用水量計算在新疆某引水隧洞施工中的應用

毛 漸

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

該供水工程輸水線路總長約為148.2km，其中有5段隧洞(總長140.8km)，第Ⅱ標段為第一段，該標段隧洞具體施工規(guī)劃詳見表1。TBM快速、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)保、經(jīng)濟，而鉆爆法具有較靈活、適應性強等特點，就掘進速度而言，TBM約為后者的幾倍，TBM施工中除了通風除塵、出渣及變形預測外，施工用水及供水也是重點考慮的因素之一。

表1 隧洞工程分段規(guī)劃表

2 地質(zhì)條件

該標段隧洞TBM施工斷面為圓形，開挖洞徑為7.8m，隧洞縱坡1/3000。鉆爆開挖洞徑8.4～8.9m，縱坡1/5600。

2+370～3+740m段：隧洞埋深23～37m，上覆巖體厚度6.5～21.0m，洞身段多位于弱風化～微風化巖體內(nèi)，上覆巖體較薄，巖石破碎，巖體完整性差，成洞條件差，圍巖不穩(wěn)定，伴有掉塊、塌方現(xiàn)象，隧洞圍巖為Ⅴ類。

5+080～13+500m段：隧洞埋深69～221m，洞身段多位于新鮮巖體內(nèi)。該段隧洞以Ⅲ類圍巖為主，長度8.317km，約占98.8%；其余為Ⅳ、Ⅴ類圍巖。

13+500～29+187m段：該段洞線長15.687km，隧洞埋深383～668m，洞身段多位于新鮮巖體內(nèi)，該段隧洞以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，長度6.577km，約占41.9%；Ⅲ類圍巖長度8.816km，約占56.2%。

3 TBM施工用水

3.1 用水項目及指標

TBM施工單工作面用水項目主要包括：隧洞洞挖、洞內(nèi)混凝土噴護及生活用水，其中洞挖是用水量主要影響因素。

3.1.1 洞挖用水及指標

計算前需明確圍巖特性，如圍巖類別、抗壓強度等，該標段圍巖特性詳見表2。

計算時，TBM掘進開挖每100m3洞渣料，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類圍巖對應不同的抗壓強度值用水指標分別選用88m3、77m3和57m3。

3.1.2 噴護混凝土、生活用水及指標

計算主要為混凝土拌和用水，噴護混凝土拌和用水指標選用為0.15～0.3m3。

生活用水量由洞內(nèi)、外人員數(shù)量決定。開挖期施工人員用水標準，參照類似工程經(jīng)驗，洞內(nèi)按80人，用水指標為150～190L/(d·人)；洞外70人，用水指標為50～80L/(d·人)指標考慮。

表2 該標段圍巖特性統(tǒng)計表

該段隧洞以Ⅲ類圍巖為主，根據(jù)圍巖類別、抗壓強度的不同選擇相應的用水指標，具體指標及施工日高峰用水量計算詳見表3。

表3 Ⅲ類圍巖TBM施工用水量計算表

日用水量與TBM掘進斷面面積、每小時步進數(shù)、每步進進尺、用水回收率、用水指標有關；噴護混凝土拌和用水與噴護面積、每小時步進數(shù)、每步進進尺、用水指標密切聯(lián)系；而生活用水量根據(jù)洞內(nèi)、外人員數(shù)量及單人用水指標計算。

日高峰用水量與日用水量、不均勻系數(shù)、未預見水量修正系數(shù)有關。開挖施工期每天最高用水量為這三部分之和乘以漏水系數(shù)。

供水管線小時設計最高供水量與開挖施工期每天最高用水量、水泵工作時間有關，供水規(guī)模按照開挖施工期每天最高用水量的1.15倍和工作時間20h考慮。

除表3列出的結果外，相應Ⅱ、Ⅳ類圍巖日高峰用水量分別為1015m3/d和667m3/d，供水管線小時設計最高供水量分別為58.3m3/h和38.4m3/h。

3.2 計算值與實測值對比及原因分析

3.2.1 計算值與實測值對比

現(xiàn)場實際掘進過程中，測得圍巖類別主要為Ⅲ類(包括Ⅲa和Ⅲb)，TBM用水量約為28m3/h，小于理論計算值51.1m3/h，經(jīng)分析，主要影響因素可以總結為以下幾點：

(1)TBM用水回收率問題不同。理論計算值采用30%回收利用，耗水量為70%，而實際應用過程中回收率可以達到40%～50%；回收率越高，對污水處理設備要求就高，從而用水量計算值也越??；反之則越大。

(2)每小時步進數(shù)不同。該計算采用每小時2個步進，每個步進1.8m；經(jīng)施工過程反映，TBM實際掘進中每小時步進數(shù)可能因圍巖條件較好而存在大于2個步進的工作狀態(tài)，如圍巖條件為Ⅲb圍巖類時，巖石硬度適中，掘進速度很快；對于Ⅲa圍巖類時，則因巖石硬度太大速度較慢，因此，小時步進數(shù)與圍巖類別是緊密聯(lián)系的。

(3)洞內(nèi)外工作人員的數(shù)量。理論上計算時，洞內(nèi)外人數(shù)分別按80人和70人計算；實際施工當中的洞內(nèi)外人數(shù)分別為90人和30人左右。

結合以上三個要點，可對理論計算過程中相應參數(shù)進行調(diào)整，使得計算值更接近和符合實際。

4 鉆爆法施工用水規(guī)模

4.1 鉆爆法用水項目及指標

與TBM類似，鉆爆法施工用水主要包括開挖、噴護和施工人員用水三部分。

鉆孔爆破開挖每方洞渣料對應每把風鉆小時用水指標0.7m3。

噴護混凝土用水量的計算主要為混凝土拌和用水，噴護混凝土拌和用水指標選用為0.17m3。

生活用水量由洞內(nèi)、外人員數(shù)量決定。開挖期施工人員用水標準，參照類似工程經(jīng)驗，洞內(nèi)按70人，用水指標為150～190L/(d·人);洞外50人,用水指標為50～80L/(d·人)指標考慮。

該段隧洞鉆爆用水指標及施工日高峰用水量計算詳見表4。

經(jīng)計算，考慮漏水損失系數(shù)后，對于Ⅲ、Ⅳ類圍巖條件下鉆爆法單工作面施工用水量分別為4.2m3/h和3.7m3/h。

表4 鉆爆施工用水量計算表

總用水量為TBM與鉆爆施工用水量之和。與TBM用水量相比，鉆爆用水量小很多，因此施工用水及供水設計側重點應在TBM施工用水方面，其用水規(guī)模占了總體很大比例。

4.2 計算值與實測值對比及原因分析

實際測得的單工作面鉆爆用水量為1～2.5m3/h，小于理論值3.7m3/h，分析其原因主要影響因素還是鉆孔設備數(shù)量、每天鉆孔循環(huán)數(shù)以及單循環(huán)所消耗時間，人員數(shù)量影響作用次之。

5 結論

(1)從理論和實踐方面分別對兩種施工工藝單工作面小時用水量進行了計算與對比，并分析了產(chǎn)生差異的主要原因，因此設計當中應重點把握。

(2)從用水規(guī)模上看，與鉆爆相比，TBM施工用水量占總用水量絕大部分，應側重研究TBM的用水規(guī)模。

(3)用水量計算為TBM和鉆爆法施工供水設計提供了重要依據(jù)和理論基礎。

(4)從目前隧洞施工情況看，用水量計算出的供水規(guī)模完全可以滿足現(xiàn)場TBM和鉆爆施工用水需求。實踐表明該計算是一種有效、合適的方法。