地铁盾构隧道内空间的汇水排水技术分析

地铁盾构隧道内空间的汇水排水技术分析

祁立斌 ,来,磊

西安市市政建设（集团）有限公司  陕西西安710000

摘要：我国城市化进程的深化推进，各地区的地铁建设规模在逐年增加，如何处理好地铁盾构隧道内空间的排水问题，是需着重思考的重点问题，合理应用汇水排水技术，保证地铁施工工程得以顺利交工。本文简单阐述了潜水泵排水技术和真空排水技术，对两种技术进行了对比分析，以及进一步探讨了组合式排水技术的应用。

关键词：地铁；盾构隧道；汇水排水技术

前言：现阶段，地铁盾构隧道施工过程中，所应用的主要排水工艺为，在隧道的最低点位置处设定一个废水泵站，保证所渗透出的少量地下水以及工程施工过程中产生的消防废水可以沿着道床排水沟沿线得以汇集在泵站集水池，在潜水泵的辅助作用下得以排除至室外。由于排水泵的性能仍有一定的限制，所以要进一步分析地铁盾构隧道内空间的汇水排水技术。

一、地铁盾构隧道内空间的汇水排水技术应用概述

（一）潜水泵排水技术

    将潜水泵排水技术应用在地铁盾构隧道内空间中，需要提前铺设出一个带有停泵保护水位和可以调节容积出水量的积水池。该技术应用的主要原理为，充分利用地铁盾构隧道低处位置的道床区域，在一定的范围内构建中心排水沟，保证宽度和深度合理，能够沿着地铁线路施工的纵向位置进行水量的容积调节，所铺设的集水池不会对设备限界造成影响。在集水池的内部安装多个数量的潜水泵，使其处于并联状态下，在地铁盾构隧道的测壁位置上铺设管道，由此实现废水输送[1]。为了保证潜水泵排水技术的应用成效，要合理挑选停泵水位，可以通过应用钢管片在地铁盾构隧道内空间增加数量适宜的吸水坑，为潜水泵的运行创造一个较佳的工作环境，以此来延长潜水泵等装备设置的使用寿命。潜水泵在实际排水运行状态下，所表现出的水冷却能力较为一般，出现烧泵现象的概率较大，影响技术的实际应用成效，受到了一定的限制。

（二）真空排水技术

在地铁盾构隧道内空间中应用的另一种有效的汇水排水技术为真空排水技术，其主要的工作原理为通过应用真空装置，将地铁盾构隧道内最低点位置的废水进行抽吸处理，以此实现排水目的。真空装置包含废水提升器、真空机组和控制系统等。真空排水技术的优势在于，可以全面地吸除浅积水，废水吸收的主要动力来源为真空泵在抽吸真空罐过程中而产生的罐内负压，若真空装置足够稳定，吸水高达可以超过5m。从地铁盾构隧道内空间的环境条件应用层面来说，因为隧道是没有联络的通道，隧道的整体长度没有超过600m，同时隧道的最低点与最高点的高度差维持在2-4m的区间范围内，所以真空排水技术具有比较良好的应用条件。

真空排水技术的应用过程中，同样需要在地铁盾构隧道的低点道床位置铺设3处正方形的吸水坑，作为收集地铁线路排水沟所汇流的废水储存地。同时每一个吸水坑都带有一套完备的废水提升器，与真空管道和真空罐相连接，当真空罐内的废水存储量达到峰值后，将其提升至主废水池。真空装置能够完全吸干水坑内残留不多的水分，实现废水的完全排除，以此降低废水对地铁轨道和钢弹簧装置的消极影响，在原有基础上延长相关设施设备的使用寿命[2]。
二、地铁盾构隧道内空间的汇水排水技术对比分析
在地铁盾构隧道内空间应用汇水排水技术主要有潜水泵排水技术和真空排水技术，二者各自有优势和劣势，下文主要对这两种技术进行对比分析。

首先探讨潜水泵排水技术，它需要安装75cm*2000cm*85cm的废水池，在地铁盾构隧道的各侧区间位置都要设定一处，该技术所依赖的提升装置为小型潜水泵，为了保证汇水排水成效，至少需要8台机器同时运转。从安装需求层面来看，潜水泵的正常运转还需提前铺设数量相同的泵孔，以及长度为350m的压力排水管。潜水泵排水技术对于地铁盾构隧道区间内有着明确的用电需求，整个投资成本在45万元左右。从适用性角度来分析，潜水泵排水技术需要保证水池的留存水位在10-15cm区间范围内，会对道床造成一定的侵扰，潜水泵的运行状态主要是由液位阶梯进行控制，技术应用的整个运行逻辑有一定的复杂难度，当地铁盾构隧道内空间含有大量的废水，需要进行抽排时，潜水泵排水技术的优势更加明显，稳定性更加良好。从耐久性层面来看，因为潜水泵的铺设位置在集水池的内部位置，装置的主要泵体和连接件会随着水位的变化而处于不同的环境之下，装置发生腐蚀的概率较大，需要定期对设备进行检修。

其次探讨真空排水技术，与潜水泵排水技术相同，该技术的应用也要在地铁盾构隧道内空间安装区间废水池，其体积为50cm*50cm*58cm，数量为4个。在地铁盾构隧道内空间的废水泵站处需要安装一套真空机组，同时还要在每一端的区间都要增设4套提升器。从安装需求层面来看，真空泵排水技术应用要预先在废水泵站处留有16m2的真空机组安装场地，合理安排好提升器安装孔位置。真空排水技术对于排水管的铺设要求为，要同步进行真空排水管和真空动力管的安装。该技术不同于潜水泵排水技术的最为明显优势为对吸水坑位置没有用电需求，其弊端在于它的前期投资成本更高，大概需要70万元。从真空排水技术的适用性层面来看，它基本上可以排干废水池的所有废水，但是真空装置的启动有一定的条件，废水池内的水位不能低于10cm，需要放置在浮水板的下方位置处

[3]。各个真空装置中的废水提升器都处于独立运行状态之下，整个的运行逻辑来说比较简单，但是当真空装置需要在短时间内处理大量的废水抽排时，对真空机组的连续工作性能提出的要求较高。从耐久性层面来看，真空装置由几部分组成，整体处于比较良好的运行环境之下。
三、地铁盾构隧道内空间组合式排水技术的具体应用

通过上文对潜水泵排水技术和真空排水技术的对比分析可以看出，前者应用的有效性和液位计联动控制多台泵有着十分密切的关系，虽然能够在短时间内实现集水池废水的快速排放，但是对于剩余废水的控制还有一定的进步空间。若是对潜水泵排水技术进行改良，就要选择应用高性能低液位的潜水泵，后期需要投入更高的运维成本。真空排水技术虽然不会对地铁盾构隧道内空间的道床环境产生不利影响，但是所应用的真空装置整体造价要远远高于潜水泵。再加上地铁盾构隧道内空间产生的废水绝大多数是结构渗漏水，整体的水量较少，消防废水出现的概率较小，改良潜水泵排水技术和真空排水技术所取得的成效较为一般。所以选择应用组合式排水技术最佳，就是同步应用这两种技术，可以更为灵活地切换压力排水管和真空排水管，当废水流量较低时应用真空装置完成废水抽排，当处于消防工况状态下，就瞬时切换到大流量潜水泵排水，进而减少不必要的地铁盾构隧道内空间工程投资成本，实现运维成本可控。
结论：综上所述，潜水泵排水技术在地铁盾构隧道内空间施工建设中有着十分优越的应用条件，但弊端在于会受限潜水泵性能影响，而真空排水技术的应用对于把控集水池水位的优势更为明显，但需要在前期投入较大的施工成本，铺设大排量真空机组，所以应在地铁盾构隧道内空间选择应用组合式排水技术，未来的应用前景十分广阔。
参考文献：

[1]付德利. 富水软土地层地铁盾构隧道施工技术[J]. 中国石油大学胜利学院学报,2022,36(03):80-83.

[2]史云天. 利用地铁盾构隧道内空间的汇水排水技术应用研究[J]. 城市轨道交通研究,2022,25(03):213-217.

[3]邢志豪,孙培芹,徐嘉祥,等. 溶洞注浆加固的空间属性对地铁盾构隧道建设安全的影响效应[J]. 山东大学学报(工学版),2022,52(04):183-190+200.