菲律賓巴納旺灌溉工程輸水隧洞涌水處理方案

畢東華

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

菲律賓巴納旺灌溉工程是中國政府對菲律賓政府的貸款項(xiàng)目。該工程位于菲律賓Ilocos Sur省境內(nèi)，是一個(gè)中等規(guī)模的灌溉工程。工程利用Abra河水作為灌溉水源，向New Bantay等6城市6000hm2的農(nóng)業(yè)用地提供常年灌溉用水。灌溉工程主要由渠首泵站、輸水隧洞、連接渠、干渠、支渠及田間配套設(shè)施等組成。

輸水隧洞設(shè)計(jì)為無壓洞。輸水隧洞總長1366.64m，襯砌型式為全斷面鋼筋混凝土襯砌，為圓拱直墻式，圓拱中心角120°。

輸水隧洞施工中，尚未襯砌的洞段多處出現(xiàn)大小不一的涌水，涌水量很長時(shí)間內(nèi)不見減小，影響了工程質(zhì)量和施工進(jìn)度。根據(jù)隧洞施工揭露的涌水實(shí)際情況，分析涌水形成原因，最后研究確定隧洞涌水處理方案，以確保隧洞施工順利進(jìn)行。

1 隧洞涌水特性及原因分析

1.1 涌水特性

隧洞于2005年9月9日開工，開挖過程中，在樁號S0＋000～S0＋410，發(fā)現(xiàn)有3處涌水并有多處滲水，由于水量較小，對施工影響不大。2006年5月7日，在樁號S0＋410處及以下50m范圍內(nèi)出現(xiàn)大量涌水，單個(gè)涌水口流量最大可達(dá)700m3/h，水壓很大。涌水自發(fā)生始一直未停止，且水量未見減少。根據(jù)施工觀測，隧洞全洞涌水達(dá)1000m3/h。隧洞涌水特征主要表現(xiàn)為高壓力大流量快速涌水。

1.2 涌水原因分析

1.2.1 氣象條件

工程區(qū)域位于菲律賓Ilocos Sur省，氣候分為兩個(gè)特殊季節(jié)，每年的11月～次年4月為旱季，其余為雨季。

工程區(qū)域多年平均氣溫 27.1℃，1月份最涼爽，平均氣溫25.4℃；5月份最熱，平均氣溫28.9℃。月平均相對濕度最小為74.6%，發(fā)生在2月；最大為85.8%，發(fā)生在8月。

工程區(qū)域多年平均降雨量2315.5mm，97%的降雨量發(fā)生在5～10月份。多年平均蒸發(fā)量為1998.6mm。

1.2.2 地質(zhì)條件

隧洞地貌單元屬北LUZON山脈的低山區(qū)，基巖裸露，植被繁茂，山勢陡峻。隧洞沿線穿越4個(gè)大沖溝，沖溝切割最深處330.0m，沖溝內(nèi)多分布有厚度不等的含壤土碎石。隧洞沿線發(fā)育的地層巖性有：①中生界白堊系凝灰質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)板巖夾凝灰質(zhì)礫巖；②燕山期侵入閃長巖。隧洞沿線圍巖有節(jié)理發(fā)育，節(jié)理密集、短小，部分圍巖層間有錯(cuò)動，夾泥發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)地下水活動較強(qiáng)。根據(jù)鉆孔資料，隧洞進(jìn)出口附近地下水位在洞頂以上。

1.2.3 涌水原因

（1）隧洞施工期正處于雨季，降雨雨量雨強(qiáng)都非常大，且隧洞區(qū)植被繁茂，溝壑縱橫，隧洞涌水處即有大沖溝穿越洞頂，溝內(nèi)分布含壤土碎石透水性強(qiáng)，致使大部分降雨被截留并向地下滲透，隧洞沿線地下水補(bǔ)給豐富。

（2）隧洞沿線有2處大沖溝，大沖溝切割深，鄰近沖溝處隧洞地下水豐富，水壓大，造成沖溝附近隧洞涌水量大、流急。

（3）隧洞沿線凝灰質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)礫巖、閃長巖屬脆性巖，全強(qiáng)風(fēng)化帶中節(jié)理發(fā)育，是地下水運(yùn)移及滲透的較好通道。隧洞開挖后，基巖中的上層滯水、裂隙水及局部受構(gòu)造影響的賦存水均流向隧洞，水量充沛、水壓高的部位便形成涌水。

2 隧洞涌水處理方案

針對隧洞涌水特性及產(chǎn)生原因，結(jié)合實(shí)際情況，本著“堵、引、排”相結(jié)合，提出如下兩種涌水處理方案。

2.1 方案1

排水管集中排水，早強(qiáng)混凝土噴護(hù)后，永久混凝土襯砌。

（1）隧洞開挖期間，涌水宜排不宜堵。在隧洞涌水范圍內(nèi)洞底開挖橫向排水溝，溝頂設(shè)雨篦子（滿足出渣設(shè)備交通），沿隧洞兩側(cè)墻角開挖縱向排水溝，縱橫排水溝連通，在回車洞一側(cè)縱向排水溝末端開挖集水坑，集水坑位置設(shè)于回車洞內(nèi)，采用潛水泵抽排至洞外。根據(jù)涌水量大小確定排水溝、集水坑及泵的參數(shù)和數(shù)量。

（2）隧洞貫通后，采取隧洞進(jìn)出口兩端同時(shí)進(jìn)行襯砌，涌水范圍外縱向排水溝部位在襯砌前溝內(nèi)填碎石排水體，溝頂鋪設(shè)土工膜。兩端襯砌至涌水范圍處時(shí)，暫停襯砌，集水坑保持抽排，并對涌水部位進(jìn)行集中處理。處理措施采用堵、引、排相結(jié)合的方式。具體措施為：根據(jù)涌水分布情況，在涌水量大的地方設(shè)塑料排水管集中排水，并將水引至排水溝，然后對涌水段隧洞從兩頭分段采用早強(qiáng)混凝土進(jìn)行噴護(hù)，噴護(hù)厚度盡量薄，以達(dá)到封堵滲水的效果即可。噴護(hù)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，便可進(jìn)行永久混凝土襯砌。涌水段隧洞襯砌完成后，對涌水段圍巖及所有排水溝部位進(jìn)行全斷面固結(jié)灌漿。

2.2 方案2

土工膜導(dǎo)排、封堵后，永久混凝土襯砌。

（1）隧洞開挖期間，涌水處理同方案1。

（2）隧洞貫通后，涌水范圍以外隧洞襯砌同方案1。隧洞涌水段處理措施為：①采用3mm厚土工膜覆蓋涌水范圍巖面并向下順延至排水溝頂部（溝內(nèi)填碎石排水體），固定好土工膜，利用土工膜導(dǎo)水至排水溝；②最后即可進(jìn)行永久混凝土襯砌。

土工膜鋪設(shè)按混凝土襯砌分倉進(jìn)行。涌水段隧洞襯砌完成后，對涌水段圍巖及所有排水溝部位進(jìn)行全斷面固結(jié)灌漿。

2.3 方案比選

以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，相比而言，方案1施工便利，易于實(shí)施，施工質(zhì)量容易保證。因此，推薦選用方案1作為隧洞涌水處理方案。

另外，在對隧洞涌水進(jìn)行處理時(shí)，為確保施工安全，應(yīng)根據(jù)隧洞圍巖狀況，考慮必要的超前支護(hù)及加固措施。

菲律賓巴納旺灌溉工程輸水隧洞開挖時(shí)正處于雨季，由于降雨量大，隧洞外水壓力高，且隧洞沿線圍巖存在節(jié)理發(fā)育，地下水活動較強(qiáng)，導(dǎo)致隧洞內(nèi)出現(xiàn)程度不同的涌水。

經(jīng)過對隧洞涌水成因分析，并結(jié)合實(shí)際情況，提出堵、引、排相結(jié)合的處理措施，取得了良好效果，確保了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。

［1］潘亨永，王仲龍.引水隧洞沿線巖溶分布規(guī)律及隧洞涌水地質(zhì)分析［J］.水利水電技術(shù)，1990（3）：30－35.

［2］SL279—2002，水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］汪雪英，蔡仲銀，熊建清.長大深埋隧洞工程施工技術(shù)研究［M］.黃河水利出版社，2009.