隧道施工循環(huán)水設(shè)計(jì)薛明英韓曉芳中交路橋華北工程有限公司北京摘要:為了保持洞內(nèi)施工場地的干燥,確保洞內(nèi)工人施工以及機(jī)械施工的安全,合理利用隧道開挖過程中遇到水,節(jié)約施工成本。關(guān)鍵詞:隧道循環(huán)水設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1工程概況方斗山特長隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道,左線長7285m,右線長7310m。隧道穿越的方斗山背斜構(gòu)造,區(qū)域性斷裂構(gòu)造—一橫梁子斷裂帶(F1)及次級斷層發(fā)育、分布規(guī)律,巖溶發(fā)育規(guī)律及水文地質(zhì)特征等。方斗山隧道隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖溶發(fā)育、地下水豐富,屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜的隊(duì)址。預(yù)計(jì)平水期隧道涌水量124180m3/d,雨季最大涌水量宜按五倍計(jì),為620900m3/d,屬涌水量特大隧道。隧址區(qū)地下水對砼無結(jié)晶類、分解類、結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕性。2建設(shè)循環(huán)水設(shè)施的必要性在隧道工程施工過程中,水起到很重要的作用。需要水的方面很多,包括鑿巖機(jī)用水、噴霧灑水用水、襯砌用水、導(dǎo)管注漿用水等。從施工工藝上來簡述以上幾個(gè)環(huán)節(jié)中水的重要性。隧道開挖:爆破開挖是現(xiàn)代隊(duì)道開挖中很重要的開挖方式。爆破開挖需要用風(fēng)槍進(jìn)行鉆孔施工,風(fēng)槍鉆孔施工的原理為高壓氣體帶動(dòng)鉆頭在巖體內(nèi)鉆進(jìn)。在風(fēng)槍鉆頭鉆進(jìn)的過程中,鉆頭由于與巖體的摩擦而不斷的生熱,同時(shí)巖體較濕潤的話,鉆頭容易工作。為了風(fēng)槍鉆頭能夠降溫及更方便鉆頭鉆進(jìn),用水來降溫及潤滑鉆頭。洞內(nèi)除塵及降溫:隧道掌子面鉆孔結(jié)束后,開始進(jìn)行爆破工作,爆破后會(huì)在隧道內(nèi)出現(xiàn)大量的灰塵及有毒氣體。這些灰塵除了通過通風(fēng)設(shè)施予以排除外,還需要用水幕法予以除塵,同時(shí)部分氮氧化物也會(huì)隨之溶解在水中。隨著隧道深度的不斷加深,洞內(nèi)溫度有所上升,在洞內(nèi)噴水降溫,確保泂內(nèi)溫度不超過規(guī)范施工溫度,為工人提供舒適的工作環(huán)境。噴射混凝土:隧道開挖講究早封閉,隧道岀渣完畢后,緊接著進(jìn)行初期支護(hù)。其中的噴射混凝土的施工工藝分為干噴、潮噴、濕噴,無論是哪種施工工藝,都需要水的配合,只是用水量和加水部位不同而已?；炷涟韬?、運(yùn)輸及澆筑:二次襯砌為澆筑混凝土。混凝土的拌合離不開水。隧道襯砌混凝土的澆筑一般是泵送混凝土澆筑施工,要求拌合的混凝土具有較好的和易性。其中用水量是決定混凝土拌和物流動(dòng)性的主要因素。分布在水泥漿中的水量,決定了拌和物的流動(dòng)性。拌和物中,水泥漿應(yīng)填充骨料顆粒的空隙,并在骨料顆粒表面形成潤滑層以降低摩擦,由此可見,為了獲得要求的流動(dòng)性,必須有足夠的水泥漿,必須提供必要的施工用水。綜上所述,隊(duì)道施工過程中,需要大量的施工用水。但是由于方斗山隧道出口地處的特殊位置,地表附近沒有永久水源,水資源特別的寶貴,隧道出口端原先采用自來水施工,由于距離遠(yuǎn),水量小等原因,不僅影響施工進(jìn)度,而且增加了施工成本。3循環(huán)水的設(shè)計(jì)方案3.1隧道排、用水分析方斗山特長隧道出口段在開挖過程中,掌子面遇到地下水的水量比較大。為了確保工程按進(jìn)度計(jì)劃要求施工,保證工程質(zhì)量、工人施工安全以及機(jī)械工作安全,我們對地下水采取以防、截排、堵相結(jié)合的綜合治理原則予以處理。在隧道排水的方案中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對水的合理利用。掌子面匯集水仰拱匯集水其它匯集水洞口沉沙井沉淀池儲(chǔ)水池洞口沉沙井拌合站用水其它用水圖1循環(huán)水設(shè)置結(jié)構(gòu)圖3.2水量計(jì)算隧道內(nèi)出現(xiàn)的地下水,經(jīng)過化驗(yàn),水質(zhì)達(dá)到了施工要求,能夠直接用于施工。并且通過實(shí)際檢測,左洞地下水流量為每小時(shí)5.52立方,右洞地下水流量為每小時(shí)5.36立方。經(jīng)測算施工用水量為:鑿巖機(jī)用水量Q諧=0.3噸/時(shí)·臺(tái)×2小時(shí)×16臺(tái)×2×2=38.4噸噴霧灑水用水量Q水=0.03噸/分·臺(tái)×30分×2臺(tái)=1.8噸襯砌用水Q神=0.19噸/方·米×12米×11.91方×2=5431噸Q噴=0.139噸/方·米×3米×6.91×2=5.76噸Q=0.185噸/方·米×12米×5.26方×2=23.35噸施工最大用水量Q用=Q鑿十Q水十Q襯十Q噴論十Q拱=38.4噸+1.8噸+54.31噸+5.76噸+23.35噸=123.26噸施工用水總量Qa=Q鑿×L/n+Q噴水×t+Q×L/12+Q噴×L/n十Q拱×L/12=38.4×3000/3+1.8×365×2+54.31×3000/12+5.76×3000/3+23.35×3000/1264889噸注:1、L:單洞按照3公里估算2、n每循環(huán)掘進(jìn)按照3米估算3、t工作時(shí)間按照2年估算隧道進(jìn)口水量統(tǒng)計(jì)左洞每小時(shí)為3.52立方,右洞每小時(shí)為3.36立方總計(jì)水量Q澗=24時(shí)×(5.52+5.36)方/時(shí)=261.12噸Q用<故洞內(nèi)的地下水能夠滿足施工用水的要求,可以建設(shè)循環(huán)水設(shè)施3.3循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)洞內(nèi)排水主要靠施工防排水設(shè)施,施工防排水設(shè)施與結(jié)構(gòu)物防排水工程相結(jié)合,不僅能改善施工中的勞動(dòng)條件,保證施工安全和質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,節(jié)省工程投資,還能防止運(yùn)營中發(fā)生凍害、混凝土浸蝕、襯砌滲漏水、道路翻漿、電器設(shè)備銹蝕以及交通事故等后患。方斗山隧道遇水段的開挖方式為上、下兩個(gè)臺(tái)階開挖。方斗山隧道出口段路線縱坡為順坡,所以上、下臺(tái)階的排水措施相對比較簡單,不需要杋械排水,施工防排水工程與隧道防排水工程容易結(jié)合。采取具體方案如下在離掌子面前約2~3米處設(shè)置臨時(shí)橫向截水溝,用來匯集掌子面的流水。橫向截水溝中匯集的水排到隧道一側(cè)的縱向排水溝,縱向排水溝應(yīng)設(shè)置在于洞內(nèi)施工電纜線的另一側(cè),并且不能影響洞內(nèi)風(fēng)水管道安設(shè)。在仰拱未開挖或已完成二次襯砌施工的地段,縱向排水溝與二次襯砌的防排水結(jié)構(gòu)工程流水槽直接相接,水可以直接由縱向排水溝排到流水槽內(nèi);在仰拱開挖施工時(shí),上臺(tái)階的地下水通過排水管由縱向排水溝排到流水槽內(nèi)。仰拱開挖工程中的排水,也采用橫向截水溝與縱向排水溝相結(jié)合匯集地下水。對于隧道初期支護(hù)遇到的地下水,采取堵、截等措施,使得原有的地下水匯集到隧道的底部;另外,縱向排水溝多是施工臨時(shí)設(shè)施,在排水過程中沒有采取防漏水措施,所以掌子面的地下水在排往流水槽的時(shí)候,也會(huì)滲漏到隧道的底部,因此在隧道仰拱的開挖過程中,將會(huì)遇到水量較大的地下水。由于仰拱中匯集的地下水水位較低,排水需采用水泵將水排到流水槽內(nèi)長如圖2循環(huán)水設(shè)計(jì)平面布置圖隧道初期支護(hù)過程中,雖然對隧道內(nèi)的地下水進(jìn)行了處理,地下水也得到了控制,但是局部會(huì)有出現(xiàn)滴漏水現(xiàn)象。若對這現(xiàn)象不及時(shí)處理,洞內(nèi)施工場地容易被破壞,給工人以及機(jī)械施工帶來了很大的影響。在未作二次襯砌段,為了保持洞內(nèi)施工場地的干燥,當(dāng)隧道岀渣的時(shí)候,通過杋械在隧道內(nèi)設(shè)置橫坡,使水排到縱向排水溝內(nèi),或者在隊(duì)道內(nèi)設(shè)置拱坡,使水分別排到洞內(nèi)兩側(cè),再通過洞內(nèi)分段設(shè)置橫向截水溝排到縱向排水溝內(nèi)。在做二次襯砌的時(shí)候,采用半包防水措施。隧道洞身、橫通道及其它各種附屬洞室在初期支護(hù)和二次襯砌之間拱頂至邊墻腳下設(shè)置縱向排水管,并在縱向排水管范圍內(nèi)設(shè)ECB/EVA共擠防竄流復(fù)合防水板。同時(shí)在隧道內(nèi)布置環(huán)向排水盲溝管,通過三通與邊墻部位的縱向排水管相連接,水最后通過預(yù)埋橫向排水管與中心排水管排到洞外,與洞外排水工程相配合。流水槽內(nèi)的水排到隧道洞口時(shí),進(jìn)入隧道洞口的沉沙井內(nèi),在沉沙井內(nèi)進(jìn)行第一次沉淀,經(jīng)第一次沉淀的水通過埋制的排水管道進(jìn)入隧道左右洞中央設(shè)置的二次沉淀池,經(jīng)二次沉淀的水,通過排水管道流至集水池及污水處理系統(tǒng)。在集水池安設(shè)水壓機(jī),通過水壓機(jī)把水輸送到空壓機(jī)房及洞內(nèi)施工用水。污水處理系統(tǒng)處理后的水用于拌合站以及其它需要水的地方定期清除橫向截水溝、縱向排水溝以及流水槽內(nèi)雜物,保證水流的順暢。處理沉沙井以及沉淀池內(nèi)的雜物,保證干凈整潔。3.4循環(huán)水環(huán)保設(shè)計(jì)洞內(nèi)施工排放的污水經(jīng)沉淀處理后應(yīng)用于隧道洞內(nèi)施工。沉淀池內(nèi)淤泥用吸泥泵抽出后集中晾干,而后裝運(yùn)至棄碴場內(nèi)統(tǒng)堆棄。多次循環(huán)后的污水含有施工產(chǎn)生的廢油等,須經(jīng)沉淀、隔油、氣浮處理。處理后的水部分用于拌和站施工用水及其他用水,剩余的水排入河溝隧道污水達(dá)標(biāo)排放沉淀池集油槽過濾池化學(xué)凈化池檢測合格不合格污水=沉淀集油過濾化學(xué)凈化達(dá)標(biāo)排放「除泥沉淀物除油產(chǎn)次除污剔除超標(biāo)成分圖3沔冰沉淀凈佬婕理意圖4循環(huán)水的經(jīng)濟(jì)環(huán)保性4.1循環(huán)水經(jīng)濟(jì)性循環(huán)水的應(yīng)用不僅為施工提供方便,而且在人力、物力、財(cái)力方面均得到很大的節(jié)約,特別是在施工現(xiàn)場無水源的情況。就如方斗山特長隧道循環(huán)水的應(yīng)用,為工程施工的投入節(jié)約了成本,預(yù)計(jì)雙洞施工6公里可節(jié)約成本279341.15元,詳見下表。(1)引用自來水水費(fèi):0.35元/噸×64889噸=22711.15元電費(fèi):每天平均消耗200度電200度×365天×2×1元/度=146000元人工費(fèi):3次×50元/次×24月=3600元注:每月檢修3次:每次50元,共一人材料費(fèi)水泵:1臺(tái)×5500元/臺(tái)=5500元水管:2150米20元/米=43000元電線:2180米×3相×9.5元/米=62130元(2)循環(huán)水主要人工費(fèi)跟自來水一樣,其他的相比自來水,不增加費(fèi)用支出表1施工投入費(fèi)用對照表項(xiàng)目水費(fèi)(元)電費(fèi)(元)人工費(fèi)材料費(fèi)(元)(元)循環(huán)水施3600工引入自來22711.151460003600110630水施工節(jié)約費(fèi)用22711.15146000110630由上表各項(xiàng)費(fèi)用的對比情況可知,共節(jié)約費(fèi)用279341.15元。4.2循環(huán)水環(huán)保性隧道出來的污水除了重復(fù)利用外,其他剩余的水均經(jīng)過處理后排放,對環(huán)境無污染,相比較無循環(huán)水設(shè)計(jì)的隧道施工來說更具環(huán)保性5總結(jié)通過循環(huán)水的設(shè)置,隧道施工場地的環(huán)境得到了很大的改善,而且節(jié)約了施工成本。通過方斗山特長隧道的實(shí)踐證明隧道循環(huán)水的設(shè)計(jì)完全可行,為其他隧道工程施工提供借鑒參考文獻(xiàn)[1]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ042-94)人民交通出版社[2]《鐵路隧道施工規(guī)范》(TB10204-2002J163-2002)中國鐵道出版社