引水工程輸水隧洞掘進(jìn)中的涌水與治理

梁修坤

廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 廣東 廣州 510000

1 工程概況

榕江關(guān)埠引水工程位于廣東省東部，如圖1所示，主要包括汕頭市朝陽區(qū)和揭陽市普寧市，屬于榕江和練江流域。工程取水自朝陽區(qū)榕江支流南河下游，引水量20m3/s，取水口位于南河交匯處上游約3.8km處。南河段。南北走向的河流（金木鎮(zhèn)新嶺村），位于鏡浦碼頭下游約3.8km處，取水口170m，引水盾構(gòu)管道南北延伸，主要沿147個(gè)省道連接。途經(jīng)S234國道和京浦碼頭，沿途經(jīng)過新榮村、姜石村、東倉村、浜頭村，待村莊流入南山腳下加壓泵站前池后，經(jīng)加壓泵站至位于山腰西南側(cè)的高位水池，胡村附近的山體向西南方向轉(zhuǎn)入普寧市北山村腳下龜山水庫附近的出水池。其后由排水塘溢流堰分為北山村水道和北山水道，匯入練江。

圖1 榕江關(guān)埠引水工程地理位置圖

2 水文地質(zhì)特性

2.1 汕頭潮陽區(qū)概況

潮陽區(qū)位于廣東省東南部。地域范圍東經(jīng)116°18′～116°44′，北緯23°03′～23°33′。西接普寧市，南鄰潮南區(qū)。地處榕江下游三角洲，平原面積占大部分，余為丘陵山地。全區(qū)陸域總面積666.63km2，水資源計(jì)算面積為667.6km2。境內(nèi)河流多，港口多，主要河流有榕江、連江。朝陽區(qū)為濱海丘陵區(qū)，地勢(shì)由西北向東南傾斜，南隔連江與潮南區(qū)相望，由西向東延伸，形成連江平原。北部有小北山，榕江平原在小北山的東北側(cè)。北部山區(qū)海拔不足200m，屬中丘陵地帶。東海岸為北山余脈，丘陵臺(tái)地多，丘陵區(qū)少。

2.2 普寧市概況

普寧市屬蓮花山系的大南山麓，境內(nèi)有山地、丘陵、平原，地勢(shì)復(fù)雜，其中中西南部高，屬山區(qū)；中部低，屬平原；東北部多位丘陵地帶。全市山地、丘陵為979km2，平原為641km2，分別占全市總面積60.4%、39.6%。主要山脈，西有南陽山系，南有大南山系，東北有鐵山系，北有洪山系。地勢(shì)自東北向西南增高，西南部是群巒山區(qū)，東北部為低丘，中部為平原。境內(nèi)主要河流有榕江、練江和龍江。

3 隧洞掘進(jìn)中遇到的困難及突水涌泥分析及影響

3.1 遇到的困難

輸水隧洞段規(guī)模較大的斷層共發(fā)育10條，寬1～5m不等，兩側(cè)斷層影響帶寬約10～50m不等。斷層走向主要為北西向，與沖溝走向基本一致，傾向北東或南西的陡傾角斷層為主，與隧洞夾角多為30°～70°，斷層帶主要發(fā)育糜棱巖斷層泥、壓碎巖、角礫巖、石英等，多呈強(qiáng)風(fēng)化巖、全風(fēng)化土狀，膠結(jié)差，易產(chǎn)生塌方及突發(fā)性涌水，斷層帶內(nèi)偶夾弱風(fēng)化巖裂隙密集破碎帶，如圖2。

圖2 輸水隧洞外部實(shí)景圖

3.2 突涌水有裂隙（溶蝕裂隙）和構(gòu)造帶兩種，其作用機(jī)制差異很大

(1) 構(gòu)造帶突涌水

掌子面前方構(gòu)造帶地下水量較大，水量和水壓較大。它們的流失會(huì)造成地質(zhì)災(zāi)害，例如洪水和泥石流[1]。

施工期的洞內(nèi)排水主要來自地下滲水、施工廢水。鉆爆段巖體完整性較差，軟弱風(fēng)化夾層較多，裂隙密集發(fā)育；隧洞沿線穿越斷裂帶，裂隙較發(fā)育，斷層規(guī)模總體較大，斷層帶巖土體破碎不完整，且往往形成強(qiáng)透水通道，自穩(wěn)能力差，沿?cái)鄬用嬉资Х€(wěn)，這些部位圍巖以Ⅳ～Ⅴ類為主；沿線寬度較大沖溝地段，裂隙往往發(fā)育，巖體一般破碎，豐富的地下水本區(qū)地下水主要為巖縫水。構(gòu)造帶突涌水機(jī)理如圖3。因此，在施工期間，采用排水溝和集水井對(duì)隧道排水，并分階段抽水泵，通過各施工通道的開口將隧道積水排出。

圖3 構(gòu)造帶突涌水機(jī)理

(2) 裂隙（溶隙）突涌水

地下水從工作面局部結(jié)節(jié)和裂隙噴發(fā)如圖4所示，因?yàn)榱严叮ㄈ芙饬严叮┑暮橘|(zhì)保水和蓄水能力差，導(dǎo)致來水量低，水壓低。雖然價(jià)格昂貴，但滲濾液的作用并不能讓掌面快速閉合[2]。此工程豎井開挖土層主要為全風(fēng)化花崗巖及坡洪積中粗砂、碎石土，中粗砂、碎石土松散狀，透水性較好，穩(wěn)定性差，須做好止水、支護(hù)措施。

圖4 裂隙突涌水地質(zhì)構(gòu)造示意圖

4 突涌水預(yù)防和治理

地下水的入滲和排放主要采用引排水相結(jié)合的方式。積水集中在下層，排水系統(tǒng)將其集中泵送至隧道外。

4.1 構(gòu)建可靠排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)集水井設(shè)置液位傳感器，自動(dòng)控制水泵啟動(dòng)和停止排水，也可以手動(dòng)啟動(dòng)和停止水泵運(yùn)行。排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型具備240m3/h的排水能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般情況下需要的排水量，具備應(yīng)對(duì)較大的突發(fā)涌水的能力。而且，本標(biāo)段工程主洞坡度較小，有一定的緩沖應(yīng)急搶險(xiǎn)時(shí)間。為防萬一出現(xiàn)更大的涌水，還考慮了另外緊急搶險(xiǎn)排水措施。主要措施是將施工供水系統(tǒng)改換成排水系統(tǒng)使用。即在每個(gè)泵站處在高壓水管上開口，與安裝在泵站處的水泵相接通，正常情況下把閘閥關(guān)閉。一旦遇到突水、涌水險(xiǎn)情發(fā)生，立即將進(jìn)水閥關(guān)閉，切斷高壓供水，打開排水閘閥進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)排水。另外，如遇到極大突水、涌水險(xiǎn)情發(fā)生，排水管路無法滿足排水要求時(shí)，可臨時(shí)搭設(shè)擋水壩，防止涌水將設(shè)備淹沒損壞。TBM后配套尾部配備足量沙袋，在突水涌水發(fā)生時(shí)，第一時(shí)間搭設(shè)攔水壩，如圖5，沙袋攔水壩搭設(shè)方便迅捷，TBM排出的涌水可直接排至擋水壩后，經(jīng)交叉口排水系統(tǒng)排至洞外。

圖5 沙袋攔水壩示意圖

4.2 點(diǎn)、面、線流滲水處理

針對(duì)超前鉆孔探明的點(diǎn)、面、線流滲水，可以根據(jù)圍巖裂隙走向等描述情況，分析出圍巖的實(shí)際滲漏情況，這樣可以利用針對(duì)性的處理手段，實(shí)現(xiàn)良好的處理效果[3]。針對(duì)點(diǎn)狀滴水的情況，采用堵漏劑，通過封堵的方式進(jìn)行優(yōu)化處理。在點(diǎn)狀線流的處理中，采用表面封堵的方式，埋設(shè)引水管進(jìn)行排水處理，同時(shí)使用42.5級(jí)普通谷氨酸鹽水泥灌漿的方式，進(jìn)行針對(duì)性的處理與輔助。在對(duì)局部滲流或面流處理過程中，一般情況下采用YT-28的氣腿鉆鉆孔，形成注漿孔，將φ50鋼管放于孔內(nèi)，外露鋼管長(zhǎng)度要低于噴混凝土層；然后，使用棉紗對(duì)鋼管與孔口位置進(jìn)行封緊處理;最后，使用鋼管或者PVC管進(jìn)行充分的連接，將圍巖中的水集中排出。完成上述操作之后，既可使用混凝土噴射器進(jìn)行噴漿處理，對(duì)其孔位周圍進(jìn)行針對(duì)性的封堵，以保障其結(jié)構(gòu)質(zhì)量，也可對(duì)該孔進(jìn)行堵水處理。在出現(xiàn)大面積線流的情況下，要集中對(duì)漏水部位布設(shè)灌漿孔，保障灌漿孔排距在1.5m的范圍，同時(shí)孔距保持為1.5m的范圍，孔深控制在4.5m，并采取梅花形布置。通過這種處理模式，可以避免受到外界因素的影響，實(shí)現(xiàn)良好的灌漿處理。

4.3 涌水突水的處理

圖6 巖基中的灌漿帷幕

在完成掌子面開挖之后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同程度的突水、涌水問題。這種情況主要出現(xiàn)在富水區(qū)斷層帶及前方涌水域，因這些巖層受到水流動(dòng)的影響所導(dǎo)致。一旦出現(xiàn)大量的涌水問題，需要采用超前預(yù)注漿的方式，對(duì)巖體進(jìn)行注漿加固處理。在進(jìn)行處理的過程中，還需要采用防滲帷幕的方式，如圖6所示，并基于前方水量，采用質(zhì)量過關(guān)的水泥和特殊灌漿材料。在處理過程中，如鉆孔過程中遇到問題時(shí)，需使用含水細(xì)砂型的漿體材料，以實(shí)現(xiàn)良好的處理效果。在具體的實(shí)施過程中，為了滿足灌漿的壓力持續(xù)增大需求，達(dá)到良好的阻漿效果，需要設(shè)計(jì)止?jié){墻，控制寬度一般以3m為標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行超前帷幕鉆孔注漿處理。在造孔與設(shè)計(jì)孔位的偏差設(shè)計(jì)中，需要控制在10cm。這樣的設(shè)計(jì)中，需要嚴(yán)格控制偏差程度，孔位越接近設(shè)計(jì)孔位，灌漿質(zhì)量越能得到保障。在孔口的處理中，則需要保障埋設(shè)孔口封閉期，以避免鉆孔過程出現(xiàn)嚴(yán)重的突發(fā)涌水而無法進(jìn)行孔口封閉的情況。在孔口的管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)中，通常以5m為標(biāo)準(zhǔn)，之后再插入鋼管。在等到初凝3h之后，需要使用低壓灌漿進(jìn)行合理的固定，控制壓力在0.5MPa以下。在鉆孔過程中，可能還會(huì)出現(xiàn)不同程度的涌水、涌泥等問題，此時(shí)應(yīng)基于實(shí)際情況采取針對(duì)性的處理措施。

5 結(jié)束語

通過分析粵東地區(qū)榕江關(guān)埠引水工程所經(jīng)過地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、突涌水的特點(diǎn)和機(jī)理，結(jié)局體施工項(xiàng)目，總結(jié)出在施工過程中的防突涌水措施，包括構(gòu)建可靠排水系統(tǒng)、點(diǎn)、面、線流滲水處理、涌水突水的處理等，為后續(xù)相類似地質(zhì)情況的隧洞工程防突涌水提供技術(shù)參考。