毛 漸

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)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(biāo)段為第一段，該標(biāo)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(jì)，而鉆爆法具有較靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，就掘進(jìn)速度而言，TBM約為后者的幾倍，TBM施工中除了通風(fēng)除塵、出渣及變形預(yù)測外，施工用水及供水也是重點(diǎn)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(biāo)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(fēng)化～微風(fēng)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(xiàng)目及指標(biāo)

TBM施工單工作面用水項(xiàng)目主要包括：隧洞洞挖、洞內(nèi)混凝土噴護(hù)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(biāo)

計(jì)算前需明確圍巖特性，如圍巖類別、抗壓強(qiáng)度等，該標(biāo)段圍巖特性詳見表2。

計(jì)算時(shí)，TBM掘進(jìn)開挖每100m3洞渣料，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類圍巖對應(yīng)不同的抗壓強(qiáng)度值用水指標(biāo)分別選用88m3、77m3和57m3。

3.1.2 噴護(hù)混凝土、生活用水及指標(biāo)

計(jì)算主要為混凝土拌和用水，噴護(hù)混凝土拌和用水指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，洞內(nèi)按80人，用水指標(biāo)為150～190L/(d·人)；洞外70人，用水指標(biāo)為50～80L/(d·人)指標(biāo)考慮。

表2 該標(biāo)段圍巖特性統(tǒng)計(jì)表

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

表3 Ⅲ類圍巖TBM施工用水量計(jì)算表

日用水量與TBM掘進(jìn)斷面面積、每小時(shí)步進(jìn)數(shù)、每步進(jìn)進(jìn)尺、用水回收率、用水指標(biāo)有關(guān)；噴護(hù)混凝土拌和用水與噴護(hù)面積、每小時(shí)步進(jìn)數(shù)、每步進(jìn)進(jìn)尺、用水指標(biāo)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(biāo)計(jì)算。

日高峰用水量與日用水量、不均勻系數(shù)、未預(yù)見水量修正系數(shù)有關(guān)。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(shí)設(shè)計(jì)最高供水量與開挖施工期每天最高用水量、水泵工作時(shí)間有關(guān)，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(shí)間20h考慮。

除表3列出的結(jié)果外，相應(yīng)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(shí)設(shè)計(jì)最高供水量分別為58.3m3/h和38.4m3/h。

3.2 計(jì)算值與實(shí)測值對比及原因分析

3.2.1 計(jì)算值與實(shí)測值對比

現(xiàn)場實(shí)際掘進(jìn)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(jì)算值51.1m3/h，經(jīng)分析，主要影響因素可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

(1)TBM用水回收率問題不同。理論計(jì)算值采用30%回收利用，耗水量為70%，而實(shí)際應(yīng)用過程中回收率可以達(dá)到40%～50%；回收率越高，對污水處理設(shè)備要求就高，從而用水量計(jì)算值也越?。环粗畡t越大。

(2)每小時(shí)步進(jìn)數(shù)不同。該計(jì)算采用每小時(shí)2個(gè)步進(jìn)，每個(gè)步進(jìn)1.8m；經(jīng)施工過程反映，TBM實(shí)際掘進(jìn)中每小時(shí)步進(jìn)數(shù)可能因圍巖條件較好而存在大于2個(gè)步進(jìn)的工作狀態(tài)，如圍巖條件為Ⅲb圍巖類時(shí)，巖石硬度適中，掘進(jìn)速度很快；對于Ⅲa圍巖類時(shí)，則因巖石硬度太大速度較慢，因此，小時(shí)步進(jìn)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(jì)算時(shí)，洞內(nèi)外人數(shù)分別按80人和70人計(jì)算；實(shí)際施工當(dāng)中的洞內(nèi)外人數(shù)分別為90人和30人左右。

結(jié)合以上三個(gè)要點(diǎn)，可對理論計(jì)算過程中相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得計(jì)算值更接近和符合實(shí)際。

4 鉆爆法施工用水規(guī)模

4.1 鉆爆法用水項(xiàng)目及指標(biāo)

與TBM類似，鉆爆法施工用水主要包括開挖、噴護(hù)和施工人員用水三部分。

鉆孔爆破開挖每方洞渣料對應(yīng)每把風(fēng)鉆小時(shí)用水指標(biāo)0.7m3。

噴護(hù)混凝土用水量的計(jì)算主要為混凝土拌和用水，噴護(hù)混凝土拌和用水指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，洞內(nèi)按70人，用水指標(biāo)為150～190L/(d·人);洞外50人,用水指標(biāo)為50～80L/(d·人)指標(biāo)考慮。

該段隧洞鉆爆用水指標(biāo)及施工日高峰用水量計(jì)算詳見表4。

經(jīng)計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)應(yīng)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(jì)算值與實(shí)測值對比及原因分析

實(shí)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(shè)備數(shù)量、每天鉆孔循環(huán)數(shù)以及單循環(huán)所消耗時(shí)間，人員數(shù)量影響作用次之。

5 結(jié)論

(1)從理論和實(shí)踐方面分別對兩種施工工藝單工作面小時(shí)用水量進(jìn)行了計(jì)算與對比，并分析了產(chǎn)生差異的主要原因，因此設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)重點(diǎn)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(yīng)側(cè)重研究TBM的用水規(guī)模。

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

(4)從目前隧洞施工情況看，用水量計(jì)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(shí)踐表明該計(jì)算是一種有效、合適的方法。