隧道施工循环水设计

摘要：为了保持洞内施工场地的干燥，确保洞内工人施工以及机械施工的安全，合理利用隧道开挖过程中遇到水，节约施工成本。

关键词：隧道循环水设计

中图分类号： U45 文献标识码： A

1 工程概况

方斗山特长隧道设计为分离式隧道，左线长7285m，右线长7310m。隧道穿越的方斗山背斜构造，区域性断裂构造——横梁子断裂带（F1）及次级断层发育、分布规律，岩溶发育规律及水文地质特征等。方斗山隧道隧址区地质构造复杂、岩溶发育、地下水丰富，属水文地质条件复杂的隧址。预计平水期隧道涌水量124180m3/d，雨季最大涌水量宜按五倍计，为620900 m3/d，属涌水量特大隧道。隧址区地下水对砼无结晶类、分解类、结晶分解复合类腐蚀性。

2 建设循环水设施的必要性

在隧道工程施工过程中，水起到很重要的作用。需要水的方面很多，包括凿岩机用水、喷雾洒水用水、衬砌用水、导管注浆用水等。从施工工艺上来简述以上几个环节中水的重要性。

隧道开挖：爆破开挖是现代隧道开挖中很重要的开挖方式。爆破开挖需要用风枪进行钻孔施工，风枪钻孔施工的原理为高压气体带动钻头在岩体内钻进。在风枪钻头钻进的过程中，钻头由于与岩体的摩擦而不断的生热，同时岩体较湿润的话，钻头容易工作。为了风枪钻头能够降温及更方便钻头钻进，用水来降温及钻头。

洞内除尘及降温：隧道掌子面钻孔结束后，开始进行爆破工作，爆破后会在隧道内出现大量的灰尘及有毒气体。这些灰尘除了通过通风设施予以排除外，还需要用水幕法予以除尘，同时部分氮氧化物也会随之溶解在水中。随着隧道深度的不断加深，洞内温度有所上升，在洞内喷水降温，确保洞内温度不超过规范施工温度，为工人提供舒适的工作环境。

喷射混凝土：隧道开挖讲究早封闭，隧道出渣完毕后，紧接着进行初期支护。其中的喷射混凝土的施工工艺分为干喷、、湿喷，无论是哪种施工工艺，都需要水的配合，只是用水量和加水部位不同而已。

混凝土拌和、运输及浇筑：二次衬砌为浇筑混凝土。混凝土的拌合离不开水。隧道衬砌混凝土的浇筑一般是泵送混凝土浇筑施工，要求拌合的混凝土具有较好的和易性。其中用水量是决定混凝土拌和物流动性的主要因素。分布在水泥浆中的水量，决定了拌和物的流动性。拌和物中，水泥浆应填充骨料颗粒的空隙，并在骨料颗粒表面形成层以降低摩擦，由此可见，为了获得要求的流动性，必须有足够的水泥浆，必须提供必要的施工用水。

综上所述，隧道施工过程中，需要大量的施工用水。但是由于方斗山隧道出口地处的特殊位置，地表附近没有永久水源，水资源特别的宝贵，隧道出口端原先采用自来水施工，由于距离远，水量小等原因，不仅影响施工进度，而且增加了施工成本。

3 循环水的设计方案

3.1 隧道排、用水分析

方斗山特长隧道出口段在开挖过程中，掌子面遇到地下水的水量比较大。为了确保工程按进度计划要求施工，保证工程质量、工人施工安全以及机械工作安全，我们对地下水采取以防、截、排、堵相结合的综合治理原则予以处理。在隧道排水的方案中，重点强调对水的合理利用。

图1 循环水设置结构图

3.2 水量计算

隧道内出现的地下水，经过化验，水质达到了施工要求，能够直接用于施工。并且通过实际检测，左洞地下水流量为每小时5.52立方，右洞地下水流量为每小时5.36立方。

经测算施工用水量为：

凿岩机用水量

Q凿=0.3吨/时·台×2小时×16台×2×2=38.4吨

喷雾洒水用水量

Q喷水=0.03吨/分·台×30分×2台=1.8吨

衬砌用水

Q衬=0.19吨/方·米×12米×11.91方×2=54.31吨

Q喷砼=0.139吨/方·米×3米×6.91×2=5.76吨

Q仰拱=0.185吨/方·米×12米×5.26方×2=23.35吨

施工最大用水量

Q用= Q凿＋Q喷水＋Q衬＋Q喷砼＋Q仰拱

=38.4吨＋1.8吨＋54.31吨＋5.76吨＋23.35吨=123.26吨

施工用水总量

Q总= Q凿×L/n＋Q喷水×t＋Q衬×L/12＋Q喷砼×L/n＋Q仰拱×L/12

=38.4×3000/3+1.8×365×2+54.31×3000/12+5.76×3000/3+23.35×3000/12

=64889吨

注：1、L:单洞按照3公里估算

2、n每循环掘进按照3米估算

3、t工作时间按照2年估算

隧道进口水量统计

左洞每小时为3.52立方，右洞每小时为3.36立方

总计水量

Q洞=24时×（5.52＋5.36）方/时=261.12吨

Q用＜Q洞

故洞内的地下水能够满足施工用水的要求，可以建设循环水设施。

3.3 循环水系统设计

洞内排水主要靠施工防排水设施，施工防排水设施与结构物防排水工程相结合，不仅能改善施工中的劳动条件，保证施工安全和质量，加快施工进度，节省工程投资，还能防止运营中发生冻害、混凝土浸蚀、衬砌渗漏水、道路翻浆、电器设备锈蚀以及交通事故等后患。

方斗山隧道遇水段的开挖方式为上、下两个台阶开挖。方斗山隧道出口段路线纵坡为顺坡，所以上、下台阶的排水措施相对比较简单，不需要机械排水，施工防排水工程与隧道防排水工程容易结合。采取具体方案如下：

在离掌子面前约2~3米处设置临时横向截水沟，用来汇集掌子面的流水。横向截水沟中汇集的水排到隧道一侧的纵向排水沟，纵向排水沟应设置在于洞内施工电缆线的另一侧，并且不能影响洞内风水管道安设。在仰拱未开挖或已完成二次衬砌施工的地段，纵向排水沟与二次衬砌的防排水结构工程流水槽直接相接，水可以直接由纵向排水沟排到流水槽内；在仰拱开挖施工时，上台阶的地下水通过排水管由纵向排水沟排到流水槽内。

仰拱开挖工程中的排水，也采用横向截水沟与纵向排水沟相结合汇集地下水。对于隧道初期支护遇到的地下水，采取堵、截等措施，使得原有的地下水汇集到隧道的底部；另外，纵向排水沟多是施工临时设施，在排水过程中没有采取防漏水措施，所以掌子面的地下水在排往流水槽的时候，也会渗漏到隧道的底部，因此在隧道仰拱的开挖过程中，将会遇到水量较大的地下水。由于仰拱中汇集的地下水水位较低，排水需采用水泵将水排到流水槽内。

图2 循环水设计平面布置图

隧道初期支护过程中，虽然对隧道内的地下水进行了处理，地下水也得到了控制，但是局部会有出现滴漏水现象。若对这现象不及时处理，洞内施工场地容易被破坏，给工人以及机械施工带来了很大的影响。在未作二次衬砌段，为了保持洞内施工场地的干燥，当隧道出渣的时候，通过机械在隧道内设置横坡，使水排到纵向排水沟内，或者在隧道内设置拱坡，使水分别排到洞内两侧，再通过洞内分段设置横向截水沟排到纵向排水沟内。在做二次衬砌的时候，采用半包防水措施。隧道洞身、横通道及其它各种附属洞室在初期支护和二次衬砌之间拱顶至边墙脚下设置纵向排水管，并在纵向排水管范围内设ECB/EVA共挤防窜流复合防水板。同时在隧道内布置环向排水盲沟管，通过三通与边墙部位的纵向排水管相连接，水最后通过预埋横向排水管与中心排水管排到洞外，与洞外排水工程相配合。

流水槽内的水排到隧道洞口时，进入隧道洞口的沉沙井内，在沉沙井内进行第一次沉淀，经第一次沉淀的水通过埋制的排水管道进入隧道左右洞中央设置的二次沉淀池，经二次沉淀的水，通过排水管道流至集水池及污水处理系统。在集水池安设水压机，通过水压机把水输送到空压机房及洞内施工用水。污水处理系统处理后的水用于拌合站以及其它需要水的地方。

定期清除横向截水沟、纵向排水沟以及流水槽内杂物，保证水流的顺畅。处理沉沙井以及沉淀池内的杂物，保证干净整洁。

3.4 循环水环保设计

洞内施工排放的污水经沉淀处理后应用于隧道洞内施工。沉淀池内淤泥用吸泥泵抽出后集中晾干，而后装运至弃碴场内统一堆弃。多次循环后的污水含有施工产生的废油等，须经沉淀、隔油、气浮处理。处理后的水部分用于拌和站施工用水及其他用水，剩余的水排入河沟。

图3 污水沉淀净化处理示意图

4 循环水的经济环保性

4.1 循环水经济性

循环水的应用不仅为施工提供方便，而且在人力、物力、财力方面均得到很大的节约，特别是在施工现场无水源的情况。就如方斗山特长隧道循环水的应用，为工程施工的投入节约了成本，预计双洞施工6公里可节约成本279341.15元，详见下表。

⑴ 引用自来水

水费：0.35元/吨×64889吨=22711.15元

电费：每天平均消耗200度电

200度×365天×2×1元/度=146000元

人工费：3次×50元/次×24月=3600元

注：每月检修3次：每次50元，共一人

材料费

水泵：1台×5500元/台=5500元

水管：2150米20元/米=43000元

电线：2180米×3相×9.5元/米=62130元

⑵ 循环水

主要人工费跟自来水一样，其他的相比自来水，不增加费用支出

表1 施工投入费用对照表

由上表各项费用的对比情况可知，共节约费用279341.15元。

4.2 循环水环保性

隧道出来的污水除了重复利用外，其他剩余的水均经过处理后排放，对环境无污染，相比较无循环水设计的隧道施工来说更具环保性。

5 总结

通过循环水的设置，隧道施工场地的环境得到了很大的改善，而且节约了施工成本。通过方斗山特长隧道的实践证明隧道循环水的设计完全可行，为其他隧道工程施工提供借鉴。

参考文献

[1]《公路隧道施工技术规范》（JTJ 042-94） 人民交通出版社

[2]《铁路隧道施工规范》（TB 10204-2002J 163-2002）中国铁道出版社