地下洞室特大涌水處理方法探索與實(shí)踐

解永峰，田樹申，劉宏偉，魏連生

(1.沈陽江潤(rùn)水利水電工程建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，沈陽110000;2.中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，沈陽110000)

地下洞室特大涌水處理方法探索與實(shí)踐

解永峰1，田樹申2，劉宏偉1，魏連生1

(1.沈陽江潤(rùn)水利水電工程建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，沈陽110000;2.中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，沈陽110000)

遼寧大伙房輸水隧洞工程D＆B3標(biāo)段18+707樁號(hào)部位地質(zhì)條件較差，開挖期間突發(fā)涌水，涌水量約250～300 m3/h。涌水發(fā)生后，采取加大抽排力度、將洞室內(nèi)積水排除，模筑止?jié){墻及灌漿的綜合處理方法，模筑了ⅠⅡⅢ期混凝土及Ⅳ期鋼筋混凝土止?jié){墻，成功地將涌水點(diǎn)封堵，為后續(xù)施工提供了保障。

深埋隧洞;突涌水;止?jié){墻;超前灌漿

1 工程概況

遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程主洞連續(xù)長(zhǎng)85 km，洞徑為8 m，呈馬蹄形狀，過水流量為76 m3/s。它的建成對(duì)解決未來遼南5座城市的用水、對(duì)其經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展將起到巨大的作用。工程規(guī)模之大，堪稱世界性工程。

D＆B3標(biāo)段位于遼東地區(qū)本溪市桓仁縣四道河子至三道河子西溝之間，8#施工支洞控制段主洞段8#洞下游開挖至18+707掌子面時(shí)，面對(duì)掌子面右側(cè)頂拱起拱線位置突發(fā)大量涌水，涌水量約250～300 m3/h。

涌水發(fā)生后，加大排水力度，將下游洞室內(nèi)積水排除。在下游18+707～18+694.5模筑了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期混凝土及Ⅳ期鋼筋混凝土止?jié){墻，并對(duì)主涌水點(diǎn)進(jìn)行了固結(jié)灌漿，經(jīng)過近5個(gè)月的灌漿施工，成功的將涌水點(diǎn)封堵，為后續(xù)施工提供了保障。

2 工程地質(zhì)條件

8#施工支洞控制段主洞段剩余洞段的地層為下元古界大石橋組(Pt1d)灰白色中厚層大理巖，夾深灰色薄層大理巖，普遍含石墨。圍巖由于受到斷層破碎帶的影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差，強(qiáng)度較低。

洞室圍巖由于受斷層及斷層破碎帶影響，風(fēng)化應(yīng)力沿著破碎帶向下風(fēng)化，因此洞室圍巖多為全～強(qiáng)～微風(fēng)化。

此段主要發(fā)育一條走向 NE26°傾向SW傾角70°的斷層及受斷層影響所派生的構(gòu)造破碎帶。

斷層帶寬度0.5～1.5 m。由于斷層擠壓錯(cuò)動(dòng)，斷層破碎帶內(nèi)的巖體形成斷層角礫巖和斷層泥。斷層內(nèi)發(fā)育較大的溶洞有3個(gè)，尺寸分別為30 cm3×50 cm3×50 cm3、40 cm3×40 cm3×60cm3、30 cm3×50 cm3×100 cm3，溶洞為無充填或半充填黃色的溶蝕產(chǎn)物，且富水。

在掌子面前方洞段可能發(fā)育1～4組大致與F13斷層平行的幾組斷層。

根據(jù)混凝土阻水結(jié)構(gòu)拆除后揭露的實(shí)際地質(zhì)情況，圍巖類別為Ⅳ～Ⅴ類，圍巖強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力較差，局部發(fā)生掉塊現(xiàn)象，掌子面節(jié)理發(fā)育裂隙［1］。推測(cè)為一破碎構(gòu)造帶或影響帶。

3 涌水處理方案

3.1 涌水排除

8#洞下游突發(fā)涌水后，在下游洞室內(nèi)增設(shè)有:

1)4臺(tái)3寸(流量40 m3/h)水泵2臺(tái)4寸水泵(流量85 m3/h)由掌子面向主水泵室排水。

2)2臺(tái)4寸水泵連接2條4寸管路(原有)。

3)1臺(tái)3寸水泵連接第三條原有管路向主水泵室排水。

4)3臺(tái)3寸水泵接兩條高壓消防水帶和一條橡膠水管向擴(kuò)挖后的排水溝排水，自流至水泵室。

主水泵室內(nèi)原有2臺(tái)4寸(流量85 m3/h)及一臺(tái)6寸(流量150 m3/h)水泵直接向洞外排水。

主支洞交叉口泵室外增設(shè)的一臺(tái)6寸水泵(流量150 m3/h)利用原送風(fēng)管路向洞外排水。至5月底下游洞室內(nèi)積水基本排除。排水管線布置圖見圖1。

圖1 排水管線布置圖

3.2 模筑混凝土和鋼筋混凝土阻水結(jié)構(gòu)

先后在下游涌水處模筑了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期混凝土。后因在灌漿過程中，Ⅱ期混凝土頂部及側(cè)面出現(xiàn)裂縫，并存在滲水現(xiàn)象，影響灌漿效果。

因此在原有阻水結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，又澆筑了Ⅳ期鋼筋混凝土。待Ⅳ期鋼筋混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，在其上部縱向鋪設(shè)3根116工字鋼，工字鋼上方用4"鋼管做支柱，對(duì)混凝土進(jìn)行豎向支撐，防止混凝土承受灌漿壓力后向上抬動(dòng)。

鋼管與鋼管之間用8#鋼做連接系桿件。對(duì)鋼管頂部巖面做適當(dāng)修整，并加鋼墊塊，保證鋼管與巖面充分接觸?；炷林?jié){墻加固圖見圖2。

3.3 對(duì)主涌水點(diǎn)進(jìn)行固結(jié)灌漿

在Ⅲ期混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過預(yù)留埋管和鉆設(shè)的灌漿孔對(duì)出水點(diǎn)進(jìn)行灌漿處理。后因Ⅱ期混凝土頂部及側(cè)面出現(xiàn)裂縫，模筑了Ⅳ期鋼筋混凝土。

待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，對(duì)涌水位置進(jìn)行固結(jié)灌漿施工。把前期施工的7號(hào)灌漿孔和4個(gè)泄壓孔及在Ⅱ期混凝土與Ⅲ期混凝土結(jié)合部位鉆設(shè)的8#灌漿孔接引至Ⅳ期鋼筋混凝土面以上，通過兩個(gè)灌漿孔對(duì)主出水點(diǎn)進(jìn)行灌漿處理。

圖2 混凝土止?jié){墻加固圖

灌漿施工過程中對(duì)4個(gè)泄壓孔根據(jù)出漿情況逐步關(guān)閉。同時(shí)注意觀察各漏水部位漏水情況和混凝土變化情況，在確保施工安全的前提下，逐步達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力。后因在Ⅳ期鋼筋混凝土平臺(tái)上出現(xiàn)裂縫，針對(duì)此種情況，采用水泥—水玻璃雙液漿進(jìn)行灌注，水玻璃模數(shù)為2.4～2.8，濃度為40Be，水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，配合比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定［2］。

3.4 對(duì)周邊圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿

在Ⅲ期及Ⅳ期混凝土周邊打孔，對(duì)該部位周邊圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿。在混凝土平臺(tái)上方共鉆設(shè)9個(gè)灌漿孔，孔深6 m，孔徑Φ42 mm，其中6#孔在鉆進(jìn)過程中有少量涌水，持續(xù)約20 min后，水量逐漸變小，呈滲、滴水狀態(tài)，其它孔位在鉆進(jìn)時(shí)無滲、涌水現(xiàn)象。對(duì)1#～7#孔進(jìn)行固結(jié)灌漿，各孔注入率均較小，共灌入水泥漿約410 t。

在阻水結(jié)構(gòu)Ⅳ期混凝土立墻鉆設(shè)灌漿孔(9#、13#、14#、15#、16#、17#)，孔深 15 ～ 24 m，孔徑 Φ 100 mm，其中14#孔、17#孔出現(xiàn)涌水。14#孔在鉆進(jìn)至22 m時(shí)出現(xiàn)高壓水，水壓2.8 MPa，由于水壓較大，水量較小，該孔在鉆進(jìn)至此深度時(shí)，即停止鉆進(jìn)，對(duì)該孔進(jìn)行灌漿處理，吃漿量較小，直接封孔。

17#孔涌水量較大，涌水呈有壓狀態(tài)，水壓2.7 MPa，涌水量約600 L/min。后對(duì)17#孔進(jìn)行固結(jié)灌漿，該孔吃漿量較大。

針對(duì)此情況，采用間歇限量灌漿，12 h灌注水泥15 t，17#孔累計(jì)灌注水泥漿 206t，并于2005年 9月27日達(dá)到閉漿條件。

為達(dá)到更好的灌漿效果，在Ⅳ期混凝土立墻又鉆設(shè)3 個(gè)(17#、18#、19#)灌漿孔，孔徑為Φ100 mm，孔深20 m。其中17#孔在鉆進(jìn)至13～16 m段時(shí)為肉紅色大理巖，在14.2 m深時(shí)取出7 cm厚水泥結(jié)石巖芯，取芯孔深20 m，未見涌水。

在17#孔上方約0.5 m處打19#孔，取芯為灰白色完整大理巖，孔深20 m，未見涌水。在16#與17#孔之間打18#孔，鉆至14～17 m段為肉紅色大理巖，在16 m處取出水泥結(jié)石巖芯，出現(xiàn)少量涌水，取芯孔深20 m。

之后，又對(duì)原14#孔出水點(diǎn)進(jìn)行掃孔，此孔定為20#孔，在20#孔鉆進(jìn)至24 m時(shí)出現(xiàn)高壓涌水，并含有大量斷層泥和斷層角礫物質(zhì)，鉆具及鉆桿深入孔內(nèi)，并在孔口處固定。

10月9日在8#洞會(huì)議室召開現(xiàn)場(chǎng)會(huì)確定，對(duì)20#孔出水進(jìn)行處理，在20#孔右側(cè)水平約1 m處鉆設(shè)21#灌漿孔，下傾角與20#孔相同，在孔底與20#孔相交，對(duì)主出水點(diǎn)進(jìn)行灌漿處理。在灌漿結(jié)束后，又對(duì)20#孔進(jìn)行掃孔，檢查21#孔的灌漿效果，無涌水現(xiàn)象出現(xiàn)。灌漿孔布置見圖3，灌漿情況統(tǒng)計(jì)見圖4。

圖3 灌漿孔布置圖

3.5 灌漿效果分析

在初期灌漿處理結(jié)束后，為探明灌漿效果和前方地質(zhì)情況，在Ⅲ期混凝土立面開孔，共鉆設(shè)3個(gè)超前勘探孔，無滲、涌水現(xiàn)象出現(xiàn)。表明初期灌漿施工達(dá)到了一定的效果。后對(duì)部分灌漿孔取芯，對(duì)該部位灌漿效果進(jìn)行檢查。18+707取芯及勘探孔情況見表1。

在后期的系統(tǒng)灌漿過程中，鉆設(shè)的17#孔涌水量較大，對(duì)其進(jìn)行固結(jié)灌漿，吃漿量較大，共灌入水泥約206 t。后對(duì)該孔進(jìn)行掃孔，在鉆進(jìn)至13～16 m段時(shí)為肉紅色大理巖，在14.2 m深時(shí)取出7 cm厚水泥結(jié)石巖芯，取芯孔深20 m，未見涌水。通過在17#孔附近鉆設(shè)的18#孔和19#孔來分析，18#孔和19#孔主要是對(duì)其它灌漿孔灌漿效果的檢查。根據(jù)上表中的取芯情況，18#孔和19#孔的巖芯比較完整，在鉆設(shè)過程中，幾乎無涌水現(xiàn)象出現(xiàn)。由于20#孔與21#孔孔底相交，通過21#孔對(duì)主出水點(diǎn)灌漿處理后，對(duì)20#孔進(jìn)行掃孔，無涌水現(xiàn)象出現(xiàn)。

通過以上對(duì)灌漿效果的分析表明，對(duì)該主出水點(diǎn)處的阻水灌漿效果顯著。

圖4 灌漿情況統(tǒng)計(jì)

表1 18+707取芯及勘探孔情況一覽表

4 混凝土阻水結(jié)構(gòu)拆除

灌漿處理完成后將渣臺(tái)及混凝土阻水結(jié)構(gòu)拆除，拆除后在掌子面左邊墻樁號(hào)18+705處有石墨夾層，并有少量滲水，水壓＜0.1 MPa。

5 結(jié)論

此次突發(fā)的大量涌水處理迅速，采取了綜合有效的施工方法，成功地封堵了涌水通道，達(dá)到了較好效果，為后續(xù)施工提供了保障，為今后有類似工程起到借鑒作用。

［1］汪東林.地下室基坑涌水處理的施工方法介紹［J］.給水排水，2010(01):95-96.

［2］鄒靜嫻，許模，楊艷娜.隧道施工涌突水處理方法綜述［J］.地下水，2010，32(03):162-163.

Exploration and Practice of Underground Cavern Gushing Water Treatment

XIE Yong-feng1;TIAN Shu-shen2;LIU Hong-wei1and WEI Lian-sheng1
(1.Shenyang Jiangrun Water Conservancy ＆ Hydropower Project Construction Supervision Consulting Co.，Ltd.，Shenyang 110000，China;2.China Water Conservancy ＆ Hydropower Sixth Engineering Bureau Ltd.，Shenyang 110000，China)

The geological conditions for Pile No.18+707 of D＆B3 section of tunnel engineering in Liaoning Dahuofang reservoir is poor，during the excavation water inrush occurs，outflow of about 250 ～300 m3/h.After the inrush，the pumping intensity is strengthened，the water in the tunnel is drained and comprehensive treatment method of moulding grouting wall and grouting are conducted，constructed I ，II，Ⅲ stage concrete and Ⅳ stage concrete reinforced concrete grout stopping wall，the surge point is closed successfully，providing a guarantee for the subsequent construction.

deep buried tunnel;water inrush;grout stopping wall;advance grouting

TU94

B

1007-7596(2014)06-0039-04

2013-12-03

解永峰(1983-)，男，遼寧阜新人，助理工程師，從事水利工程監(jiān)理工作;田樹坤(1981-)，男，遼寧阜新人，工程師;劉宏偉(1986-)，男，遼寧朝陽人，助理工程師;魏連生(1981-)，男，遼寧本溪人，助理工程師。