用水量计算在新疆某引水隧洞施工中的应用

毛 渐

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

该供水工程输水线路总长约为148.2km，其中有5段隧洞(总长140.8km)，第Ⅱ标段为第一段，该标段隧洞具体施工规划详见表1。TBM快速、优质、安全、环保、经济，而钻爆法具有较灵活、适应性强等特点，就掘进速度而言，TBM约为后者的几倍，TBM施工中除了通风除尘、出渣及变形预测外，施工用水及供水也是重点考虑的因素之一。

表1 隧洞工程分段规划表

2 地质条件

该标段隧洞TBM施工断面为圆形，开挖洞径为7.8m，隧洞纵坡1/3000。钻爆开挖洞径8.4～8.9m，纵坡1/5600。

2+370～3+740m段：隧洞埋深23～37m，上覆岩体厚度6.5～21.0m，洞身段多位于弱风化～微风化岩体内，上覆岩体较薄，岩石破碎，岩体完整性差，成洞条件差，围岩不稳定，伴有掉块、塌方现象，隧洞围岩为Ⅴ类。

5+080～13+500m段：隧洞埋深69～221m，洞身段多位于新鲜岩体内。该段隧洞以Ⅲ类围岩为主，长度8.317km，约占98.8%；其余为Ⅳ、Ⅴ类围岩。

13+500～29+187m段：该段洞线长15.687km，隧洞埋深383～668m，洞身段多位于新鲜岩体内，该段隧洞以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，长度6.577km，约占41.9%；Ⅲ类围岩长度8.816km，约占56.2%。

3 TBM施工用水

3.1 用水项目及指标

TBM施工单工作面用水项目主要包括：隧洞洞挖、洞内混凝土喷护及生活用水，其中洞挖是用水量主要影响因素。

3.1.1 洞挖用水及指标

计算前需明确围岩特性，如围岩类别、抗压强度等，该标段围岩特性详见表2。

计算时，TBM掘进开挖每100m3洞渣料，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩对应不同的抗压强度值用水指标分别选用88m3、77m3和57m3。

3.1.2 喷护混凝土、生活用水及指标

计算主要为混凝土拌和用水，喷护混凝土拌和用水指标选用为0.15～0.3m3。

生活用水量由洞内、外人员数量决定。开挖期施工人员用水标准，参照类似工程经验，洞内按80人，用水指标为150～190L/(d·人)；洞外70人，用水指标为50～80L/(d·人)指标考虑。

表2 该标段围岩特性统计表

该段隧洞以Ⅲ类围岩为主，根据围岩类别、抗压强度的不同选择相应的用水指标，具体指标及施工日高峰用水量计算详见表3。

表3 Ⅲ类围岩TBM施工用水量计算表

日用水量与TBM掘进断面面积、每小时步进数、每步进进尺、用水回收率、用水指标有关；喷护混凝土拌和用水与喷护面积、每小时步进数、每步进进尺、用水指标密切联系；而生活用水量根据洞内、外人员数量及单人用水指标计算。

日高峰用水量与日用水量、不均匀系数、未预见水量修正系数有关。开挖施工期每天最高用水量为这三部分之和乘以漏水系数。

供水管线小时设计最高供水量与开挖施工期每天最高用水量、水泵工作时间有关，供水规模按照开挖施工期每天最高用水量的1.15倍和工作时间20h考虑。

除表3列出的结果外，相应Ⅱ、Ⅳ类围岩日高峰用水量分别为1015m3/d和667m3/d，供水管线小时设计最高供水量分别为58.3m3/h和38.4m3/h。

3.2 计算值与实测值对比及原因分析

3.2.1 计算值与实测值对比

现场实际掘进过程中，测得围岩类别主要为Ⅲ类(包括Ⅲa和Ⅲb)，TBM用水量约为28m3/h，小于理论计算值51.1m3/h，经分析，主要影响因素可以总结为以下几点：

(1)TBM用水回收率问题不同。理论计算值采用30%回收利用，耗水量为70%，而实际应用过程中回收率可以达到40%～50%；回收率越高，对污水处理设备要求就高，从而用水量计算值也越小；反之则越大。

(2)每小时步进数不同。该计算采用每小时2个步进，每个步进1.8m；经施工过程反映，TBM实际掘进中每小时步进数可能因围岩条件较好而存在大于2个步进的工作状态，如围岩条件为Ⅲb围岩类时，岩石硬度适中，掘进速度很快；对于Ⅲa围岩类时，则因岩石硬度太大速度较慢，因此，小时步进数与围岩类别是紧密联系的。

(3)洞内外工作人员的数量。理论上计算时，洞内外人数分别按80人和70人计算；实际施工当中的洞内外人数分别为90人和30人左右。

结合以上三个要点，可对理论计算过程中相应参数进行调整，使得计算值更接近和符合实际。

4 钻爆法施工用水规模

4.1 钻爆法用水项目及指标

与TBM类似，钻爆法施工用水主要包括开挖、喷护和施工人员用水三部分。

钻孔爆破开挖每方洞渣料对应每把风钻小时用水指标0.7m3。

喷护混凝土用水量的计算主要为混凝土拌和用水，喷护混凝土拌和用水指标选用为0.17m3。

生活用水量由洞内、外人员数量决定。开挖期施工人员用水标准，参照类似工程经验，洞内按70人，用水指标为150～190L/(d·人);洞外50人,用水指标为50～80L/(d·人)指标考虑。

该段隧洞钻爆用水指标及施工日高峰用水量计算详见表4。

经计算，考虑漏水损失系数后，对于Ⅲ、Ⅳ类围岩条件下钻爆法单工作面施工用水量分别为4.2m3/h和3.7m3/h。

表4 钻爆施工用水量计算表

总用水量为TBM与钻爆施工用水量之和。与TBM用水量相比，钻爆用水量小很多，因此施工用水及供水设计侧重点应在TBM施工用水方面，其用水规模占了总体很大比例。

4.2 计算值与实测值对比及原因分析

实际测得的单工作面钻爆用水量为1～2.5m3/h，小于理论值3.7m3/h，分析其原因主要影响因素还是钻孔设备数量、每天钻孔循环数以及单循环所消耗时间，人员数量影响作用次之。

5 结论

(1)从理论和实践方面分别对两种施工工艺单工作面小时用水量进行了计算与对比，并分析了产生差异的主要原因，因此设计当中应重点把握。

(2)从用水规模上看，与钻爆相比，TBM施工用水量占总用水量绝大部分，应侧重研究TBM的用水规模。

(3)用水量计算为TBM和钻爆法施工供水设计提供了重要依据和理论基础。

(4)从目前隧洞施工情况看，用水量计算出的供水规模完全可以满足现场TBM和钻爆施工用水需求。实践表明该计算是一种有效、合适的方法。