自动化抽排水系统在向家坝水电站南总干渠S1#施工支洞控制段的应用

赵文升

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610065)

自动化抽排水系统在向家坝水电站南总干渠S1#施工支洞控制段的应用

赵文升

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610065)

取水隧洞反坡排水采用设置多级泵站接力方式自动化抽水，较洞内传统抽水优势明显。降低了抽水费用，减少了人员配置，提高了洞内文明施工形象。该方法可为其他类似工程提供参考。

自动化抽排水系统 隧洞施工 向家坝水电站

1 工程概况

向家坝水电站南总干渠取水隧洞工程开挖断面为马蹄形洞型，隧洞混凝土衬砌后为圆形断面，直径6m。S1#施工支洞控制段(南取0+299.326～南取2+733.326)坡比3/1000，其中下游段施工范围桩号南取1+051～南取2+733.326，下游全长1682.326m。隧洞以Ⅳ、Ⅴ类岩石为主，围岩主要构成为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。工程开挖施工过程中，下游洞段排水均为反坡排水，局部洞段存在涌水和渗水等情况，结合围岩特性，为保证取水隧洞施工安全，需及时采取抽水措施，避免作业面及洞内沿线积水浸泡围岩，并做好洞内文明施工。故S1#施工支洞控制段下游洞段采用机械排水，从洞内排水人员配置、经济性、文明施工等几方面综合研究分析，采用设置多级泵站接力方式自动化抽水将水排出洞外。

2 设备配套选型

隧洞坡比只有3/1000，S1#施工支洞下游控制段高差只有5m，开挖时段掌子面水流主要以钻孔用水及部分围岩渗水为主，根据水量计算，排水管网采用φ150mm钢管，考虑在管理、操作维修上的方便，泵站均选用同型号水泵。水泵选型主要考虑单级单吸离心泵，隧洞高差较小故选型水泵扬尘不宜过大，功率不宜过高，同时水泵工作需选择转速、功率等技术参数相匹配的电机组合运行，电机选择考虑结构简单、运行可靠、重量轻、价格相对便宜的三相异步电动机。考虑水泵在运行过程中缺水时自动停泵，来水时自动启泵，需选择与水泵技术参数相匹配的水泵控制器，能够自动控制水泵的运行并保护水泵。水泵控制器选择操作简便、安全性高、使用压力满足要求的型号。

设备配套选型如下：

(1)IS80-65-125A型单级单吸离心泵，设计流量44.7m3/h，设计扬程16m，功率4kW，转速2900r/min；

(2)XY-BT1-4000型水泵控制器，工作电压220V～380V；

(3)Y132M-2型三相异步电动机，工作电压380V，功率5.5kW，转速2900r/min。

3 自动抽排水控制系统

3.1 自动化抽水布置

S1#施工支洞控制段下游排水为逆坡洞段，比降较小，开挖断面为马蹄形断面，底板宽4.84m，因洞段较长，开挖支护过程中每隔500m左右需设置一处调头洞便于车辆的倒车错车，调头洞设计尺寸为10m×4m×5m(长×宽×高)，同时每隔300m左右在隧洞顺水流方向左侧拱脚设置3m×1.5m×1m(长×宽×高)集水井，每个集水井容水量约4.5m3，共设置5处集水井，若遇到调头洞部位集水井在调头洞洞内拱脚处设置。隧洞每开挖100m左右底板进行混凝土硬化，并在顺水流方向左侧拱脚部位设置25cm宽排水沟，调头洞处排水沟沿调头洞拱脚布设，每个集水井之间用排水沟连接，如果有围岩渗水部位洞段需设置临时集水坑，先将渗水引致临时集水坑后通过排水沟自流至集水井处。

自动化抽水为多级泵站接力式将水抽至洞外，按照集水井的布设情况分为5级泵站抽水，开挖过程中掌子面处积水采用移动式潜水泵人工搬运对积水进行抽排，用软管引至就近的临时集水坑或集水井汇集。靠近掌子面的集水井用水泵沿φ150mm钢管管路抽排至前一段集水井，如此接力将水抽排到洞外经二级沉淀处理后排放。集水井布置见图1所示。

图1 集水井布置示意

3.2 自动化抽水系统组成

每处集水井处设置一台IS80-65-125A型单级单吸离心泵，并配套使用一台XY-BT1-4000型水泵智能控制器及传感器探头组成一套水泵自动化抽水系统。如图2所示。

图2 水泵自动化抽水系统示意

3.3 技术原理

水泵自动抽排水控制主要是通过安装自动水位控制开关来实现抽排水自动控制。即通过传感器探头随水位升降而通、断电，达到启闭水泵的目的。主电源进水泵控制器输入端，水泵电源接水泵控制器输出端，每个水泵均由水泵控制器的自复位开关控制该水泵的开启及关闭，每个水泵出水口接钢管管路至上一级集水井处。自复位开关通过软导线与三个传感器探头连接，传感器探头高度可通过软导线长度调节。自动化抽水前先将三个传感器探头高度调节具有一定高度差，且高位探头调至与集水井高度一致。传感器探头带有一定重量，水位下降至低位传感器探头以下时，低位传感器探头因自重自然下垂，通过软导线感应自复位开关，水泵控制器立即切断水泵电源停止水泵抽水作业。水量逐渐复位，水面与高位传感器探头接触瞬间，自复位开关工作，水泵控制器立即启动水泵进行抽水作业，将水抽至上一级集水井中。水泵开启、关闭一次即完成一次抽水，每一级水泵抽水系统原理相同。

3.4 运行管理

正常运行后，由2名抽水人员组成巡视组，分两班制进行巡视，巡查时仔细检查通电线路状况、自动排水装置、水泵、电机及集水井内淤泥淤积状况等，发现有隐患，及时处理、汇报。每隔一段时间还需对洞内排水沟的污泥杂物进行清理，保证洞内渗水及时从排水沟自流至临时集水坑内。

4 技术先进性分析

采用水泵自动化抽水系统抽水，无论是在人员配置、经济性、文明施工等方面，都要比水泵传统抽水先进，其技术先进性分析见表1。

表1 技术先进性分析

4.1 技术成熟度

水泵自动化抽水系统技术在南总干渠取水隧洞施工中运用3年多时间，运行良好，技术较为成熟。

4.2 适用范围

因地制宜选用合适技术参数的水泵，配合水泵智能控制器组成自动化抽水系统，可在马蹄形洞型、城门型洞型等类似洞型内使用，洞内底板宽度需大于4m以上为宜，并且底板部位尽量混凝土硬化、需设置排水沟。抽水系统的布设需要保证洞内施工的便利性，以不占用施工通道、保证车辆设备通行、不影响人员洞内施工为原则。洞内积水较多部位先采用移动式潜水泵辅助后，再用自动化抽水系统进行抽水作业。

4.3 安全性

一个自动化抽水系统配置一台配电箱，一机一闸，选择相匹配的水泵及电机、选择性能优良的水泵控制器为安全性的首要前提。水泵控制器自动控制水泵的开和关，有效保持水循环系统的压力，进行缺水保护，防止水泵无水空转，烧毁电机，使用过程中安全可靠，并自带故障查询、电机是否过载等功能，安全性能满足相关规范要求。

5 结语

南总干渠取水隧洞工程主洞现已全线贯通，采用水泵自动化抽水系统抽水取得了良好的经济效益，洞内环境保护及文明施工有了很大提升，得到了业主、设计、监理的一致好评。同时在向家坝水电站北总干渠取水隧洞工程进行推广，应用过程中积累了一定经验，今后在类似隧洞抽水作业中进一步对设备选型、集水井设置、文明施工等方面进行优化、调整，为提高项目管理及降低施工成本打下坚实基础。

〔1〕SL255-2000.泵站技术管理规程[S].北京：中国水利水电出版社，2000.

〔2〕SL378-2007.水工建筑物地下开挖工程施工规范[S].北京：中国水利水电出版社，2007：51-55.

赵文升(1982.04-)，男，甘肃白银人，本科(工学学士)，工程师，从事水利水电工程技术与管理。

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