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1、淹井灾害追排水施工方案的研究与应用,中铁隧道集团一处有限公司龙厦铁路追排水施工QC小组 二0一0年五月,一、工程概况 二、小组简介 三、选择课题 四、设定课题目标 五、提出方案，确定最佳方案 六、问题的假想预测 七、制定对策 八、对策实施 九、总体效果检查对比 十、总结及巩固,汇报内容,象山隧道是新建龙岩至厦门铁路的重点控制性工程，隧道设计为单线双洞，左右线正线分别长15898米，占线路总长度的1/10，隧道设有辅助施工斜井5座。象山隧道为特长铁路隧道，其长度和难度在国内隧道建设史上均能名列前茅。隧道地质条件极其复杂，要克服煤层瓦斯、软岩变形、断层、岩爆、溶蚀地层、涌水等多种地质危害，被铁道部
2、评定为极高风险隧道。其中，1#2#斜井间施工过程中揭示该段为灰岩地段，存在较大的溶腔和溶槽，溶腔充填物为粉细砂及黏土，局部含有中砂和卵砾石，存在较大岩溶突水地质灾害。中铁隧道集团一处有限公司承担隧道进口和1#、2#、3#斜井及对应正洞的施工任务。 2009年12月23日,象山隧道1#斜井右线出口YDK24+158掌子面发生岩溶涌水地质灾害，灾害发生后我部迅速启动应急预案,将施工人员撤离至安全地带，未造成人员伤亡。涌水速度最高达7227m3/h，随后总体呈下降趋势，但由于洞内涌水受地表降雨补给明显，个别时段涌水量依然达30004000 m3/h。本次灾情淹没象山隧道左右线各4100m，同时大量机
3、械设备、材料被淹，造成1#斜井停工长达8个月。,一 、工程概况,由于本工程工期要求紧，无类似施工经验，急需研究、制定科学、可靠、适宜的方案并实施，已确保追排水快速、安全进行。邀请高级工程师翟学东担任本QC小组技术顾问。 QC小组组长由项目总工程师担任，主要人员名单如下：,二 、小组简介,制表人：高战飞 时间：2010.4.10,三、选择课题,淹井是矿山、隧道等井下施工企业的重大灾害事故，发生原因多数是由于水文地质情况不清或隧道、井巷与岩溶、富水断层、采空区布置不当，导致顶、底板与强含水层或积水区透水。如2005年9月25日中铁12局施工的祈岳山隧道、2006年1月21日中铁11局施工的马鹿箐隧
4、道、2007年8月5日中铁十六局施工的野三关隧道、2008年7月21日中铁一局施工的云雾山隧道均因岩溶突水淹没隧道。地震、洪水等严重自然灾害也可能造成淹井事故，如2010年07月24日中交一航局施工的紫竹园隧道山洪灌入造成淹井。战争破坏，矿井排水能力不足，管理不善等也都可能引起淹井事故。淹井严重威胁井下作业人员生命及财产安全，以2010年3月28日发生的“王家岭”透水事故为例，153人被困井下，事故发生七天后，救援队伍迟迟下不了井？通风没有问题，安全措施完备，但排水慢却成了一道难以迈过的坎！ 象山隧道岩溶突水地质灾害发生后，涌水抽排成为恢复施工必须要面对的一个课题，本公司在此工程中无类似工程施
5、工经验可以借鉴。 项目部需要创建新型的追排水施工方案 本次QC小组活动的课题为“淹井灾害追排水施工方案的研究与应用”,（一）问题的提出,（二）课题确定,在淹井排水中，随水位下降而跟着移动的排水设备称为追排水设备，淹井排水一般称之为“追排水”。,四、设定课题目标,目标,目标值,目标的可行性论证,象山隧道岩溶突水地质灾害发生后洞内蓄水追排快速、安全进行。,拟在4个月内完成DK20+003DK24+158段左右线各4100m洞内蓄水46.5万m3及溃水口地下水动态补给，即平均每天向前推进约40m，抽排蓄水40000m3 ，抽排动态补给涌水72000m3，,根据现有隧道作业空间，合理化配置抽水设备，另
6、外通过对溃口处理，将动态水量补给控制在追排水能力的范围内，通过现场组织可以实现上述目标。,在追排水开始之前，围绕课题，QC小组成员，通过讨论分析，一致认为目前动态涌水量达约为4000m3/h，在进行追排水施工前，必须采取措施将溃口动态补给水量减少，再通过合理的追排水方案进行施工，并提出三种排水方案进行讨论，分别为直接排水、多段排水、混合排水。 三种方案分析选定见附表5-1(详见下页)。 通过比较分析，直接排水方案评为最佳方案,五、提出方案确定最佳方案,方案的提出,方案的必选,最佳方案确定,最佳方案出来了！,制表人：郭泉 复核：刘龙卫 时间：2010.2.1,六、问题假想原因预测,1、追排水设备
7、排水能力不足； 2、溃口涌水量过大； 3、电力供应不足； 4、水泵每推进一次抽水量少； 5、由于洞内作业空间较小，泵站移动后，再安装排水管，工作效率过低； 6、频繁移动泵站，排水设备有效作用时间短； 7、停机瞬间回水压力大，设备、管路故障率高。,假想问题主要归纳如下：,七、制定对策,制表人：高战飞 时间：2010.4.15,制表人：高战飞 时间：2010.4.15,实施一：,合理化抽水设备配置,结合隧道已经完成衬砌、沟槽施工后的断面及现有正洞左右线、斜井巷道，计划共投入3组移动泵站进行追排水施工，其中正洞左右线每组移动泵站 由4台500m3/h抽水机组成，斜井移动泵站由4台280m3/h抽水机
8、组成，3台移动泵站额定排水能力合计为5120m3/h。 每组移动泵站运输大车尾端朝向掌子面，以便于进口管路安装，移动泵站前面紧跟一辆自制移动变电车，负责向泵站供电。具体相见右图。,八、对策实施,单组移动泵站照片,根据上述指标对溃口进行封堵，采用美国T685车载顶驱定向钻车自地表钻孔至洞内，孔径为215mm，并下177mm套管，利用套管向孔内投碎石+浆液，在洞内形成混凝土挡水墙式塞体，将溃口封堵或将水量控制在一定范围，本隧道为防止封堵后水压上升，采用半封堵方式将出水量控制在910m3/h以内。,为尽快恢复淹井，在第一时间进行了洞内水位上涨、地表径流、降雨量、地下水位检测，并分析水源来向及突水地点
9、。根据掌握的资料推算突水稳定后，掌子面溃口涌水约为3500m3/h，且受地表降雨补给明显，波动较大，不能直接进行追排水，续封堵溃口。 Q动= 推算 Q动应小于910m3/h Q动最大动水量，m3/h； K 围岩中静水经裂隙流水使动水增加的系数，取1.11.2； n 排水设备能力利用率，立井：n=0.65，斜井：n=0.5； Q总排水能力，考虑到移动泵站交错向前移动，按2000m3/h控制。,地表钻孔封堵施工图,实施二：,控制溃口涌水量,根据设备吸程，将进口管长度由10m增加到40m，考虑移动泵站涉水长度，每推进一次正洞水位可在原基础上再降低0.33m。相当于减少了三分之二的泵站移动次数，大大提
10、高功率。,1、延长进水管长度 进水管管材选用材质较轻的PE管，将PE管连接成整体，一端利用软管与抽水机连接，一段安装吸水笼头，并在水笼头上设置浮船，实现龙头可随水位变动而自由升降。移动进水管前将管内积水放完，然后利用浮船及PE管自身浮力人工推动进水管向前移动，即加快了移动进水管的速度、降低了作业强度，又提高泵站移动步距。 2、提高泵站涉水深度 由于移动泵站装配在自卸汽车上，通过对自卸汽车排气筒的改造可提高泵站涉水深度，有效增加泵站移动步距。,实施三：,增加泵站移动步距，减少移动次数,PE管及浮船施工示意图,追排水采用250排水钢管，单根6m长的钢管重大 kg，且隧道内衬砌、沟槽均已施做完成，作
11、业空间小，人工搬运钢管困难且劳动强度大，作业现场自制管道搬运车进行管路倒运，即加快了管路搬运速度又降低了工作强度。 为了减少管路、设备因停机瞬间回水压力大，造成管路、设备故障率高。排水管路正洞每隔500m、斜井每隔200m安装一个止回阀，靠近抽水机出水口 处安装一个止回阀，降低停机瞬间回水压力对管路、设备影响。,实施四：,自制管路搬运车，设置止回阀,自制管道搬运车,排水管路增设止回阀,九、总体效果检查对比,1、安全效益： 追排施工过程中，通过进行“回水”试验，准确掌握了溃口涌水变化情况，结合泵车高度及时调整泵站移动步距，确保了追排水的安全进行。 2、进度效益： 象山隧道追排水原计划3.5个月，
12、实际自4月18日开始，6月28日结束（含砂袋挡水墙拆除、清淤工作），比原计划提前了1个月。 3、经济效益： 象山隧道追排水施工比计划工期提前的一个月，为岩溶段施工争取了时间，一个月期间直接用于抽水的人工费、机械费、电费、就高达 万元 ，同时减少岩溶段施工窝工费用 万元。 4、社会效益： 象山隧道追排水工作受到了铁道部工管中心、建设单位、设计单位、监理单位的一致好评，取得了较好的社会效益。,QC小组活动效果图,0,活动后,250,500,750,1000,1250,制图人：郭泉 时间：2010.7.1,1150m/月,目标值,1500,1750,1600m/月,十、总结,（一）制定追排水方案前须
13、搜集的资料,1、隧道淹没时，水位上涨与其对应时间的淹没曲线。 2、经水量按标高分布的图表。 3、预计动水量与排深有关的变化曲线。 4、静止水位、井口、井底及各水平标高。 5、隧道总平面布置图及 井上、下对照图。 6、可供布置排水设备的斜井、平导断面图。 7、淹没隧道、斜井的稳定情况，出水点位置及其周围地址破坏情况。 8、涌水的水质分析资料：如酸、碱度及泥沙含量。,（二）追排水前须确定追排水方案和计划的主要内容,（一）制定追排水方案前须搜集的资料,1、隧道淹没时，水位上涨与其对应时间的淹没曲线。 2、经水量按标高分布的图表。 3、预计动水量与排深有关的变化曲线。 4、静止水位、井口、井底及各水平
14、标高。 5、隧道总平面布置图及 井上、下对照图。 6、可供布置排水设备的斜井、平导断面图。 7、淹没隧道、斜井的稳定情况，出水点位置及其周围地址破坏情况。 8、涌水的水质分析资料：如酸、碱度及泥沙含量。,（三）注重管路选择及连接方法的选用,象山隧道排水管路采用250钢管，普通法兰盘连接，但进水管选用了材质较轻的PE管及快速接头（管箍），其安装、连接速度远远大于普通的排水钢管及其连接方式。根据追排水过程中工序时间统计表分析，泵站在进行“停机移动(前进)开机”这一系列重复的动作时，占用时间最多的就是管路断开、接长、连接工作，若排水管路全部采用材质较轻的PE管及快速接头（管箍），可大大提高追排水效率，降低人工作业强度。,发表结束， 请专家们给予指导,谢谢！,中铁隧道集团一处有限公司龙厦项目经理部 追排水QC小组,
