引洮供水一期總干渠3＃隧洞進(jìn)口段涌水處理

孫 勝

甘肅省長(zhǎng)瀚建設(shè)工程有限公司 甘肅蘭州 730000

引洮供水一期工程渠（管）系包括總干渠1 條，長(zhǎng)度110.47km，設(shè)計(jì)引水流量32m3/ s，加大引水流量36 m3/ s；干渠三條，長(zhǎng)146.18km；支渠20 條，長(zhǎng)度256.52km；城市供水專用管線2 條，長(zhǎng)47.02km；鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管線10 條，總長(zhǎng)70.25km。引洮供水一期工程2006 年12 月開工建設(shè)，2014 年11 月建成通水，在工程建設(shè)期間，引洮供水一期總干渠多洞段不同程度出現(xiàn)突水、突泥、塌方掉塊等險(xiǎn)情，尤其是總干渠3#隧洞進(jìn)口段出現(xiàn)涌水事件，通過(guò)分析原因，采取“堵排結(jié)合”及工程措施進(jìn)行處理，歷時(shí)一年有效解決了涌水問(wèn)題，保證了總干渠建成安全運(yùn)行。

1 引洮供水一期總干渠隧洞概述

引洮供水一期總干渠全長(zhǎng)109.39km，其中88%為隧洞，共18 座，總長(zhǎng)96km，隧洞單洞長(zhǎng)度大于10km 的有4個(gè)，不但隧洞單洞長(zhǎng)度大，由于穿越秦嶺東西向構(gòu)造帶、祁呂賀“山”字形構(gòu)造體系、河西系扭動(dòng)構(gòu)造體系及隴西帚狀旋卷構(gòu)造體系的復(fù)合部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈。秦嶺北緣大斷裂帶、深埋隧洞地應(yīng)力、中生代白堊系及新生代第三系紅色碎屑沉積巖地層極軟巖、第四系飽水黃土等工程地質(zhì)問(wèn)題相當(dāng)突出，給工程施工管理造成了較大的困難，同時(shí)導(dǎo)致工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后，工程造價(jià)不斷攀高。

施工期間，百公里的隧洞群，多洞段出現(xiàn)嚴(yán)重的涌水、涌砂、塌方、變形等地質(zhì)災(zāi)害，建設(shè)過(guò)程困難重重。比如總干渠3＃隧洞進(jìn)口段地下暗河涌水量增加至最大值1640m3/ h；總干渠3＃隧洞楊家大莊穿越700m 深度秦嶺北緣大斷層；總干渠3＃隧洞楊家大莊地下涌水淹沒斜井垂直高度100m；引總干渠7#隧洞TBM 掘進(jìn)疏松砂巖卡機(jī)；總干渠15#隧洞失陷性黃土洞段塌方冒頂?shù)仁录?。針?duì)各隧洞在不同階段出現(xiàn)的復(fù)雜地質(zhì)條件，建設(shè)者不斷探索隧洞施工新技術(shù)，新工藝，并且通過(guò)各種技術(shù)咨詢活動(dòng)，有效的解決了隧洞施工遇到的各種難題，在保證安全前提下，確保了工程順利建成通水。

2 引洮供水一期總干渠3＃隧洞進(jìn)口段涌水治理

引洮供水一期總干渠3＃隧洞進(jìn)口樁號(hào)8+902～9+005 涌水洞段為三疊系灰黑色灰?guī)r，鈣質(zhì)膠結(jié)，受構(gòu)造影響嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，為密集裂隙帶，具有較強(qiáng)的透水導(dǎo)水性，并且為向斜核部及斷層破碎帶、影響帶，由7 條斷層組成，基本組成斷層的物質(zhì)成分主要有斷層泥、斷層角礫，伴隨巖溶管道涌水，巖體自穩(wěn)性差，巖體成層狀碎裂結(jié)構(gòu)，為極不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖。

2010 年5 月27 日，隧洞掘進(jìn)至樁號(hào)8+914 時(shí)，隧洞拱側(cè)出現(xiàn)股狀壓力突水，該處圍巖屬于極不穩(wěn)定的Ⅴ類圍巖，突水中伴隨有渾濁體，側(cè)頂部出現(xiàn)不同程度塌方掉塊，此時(shí)涌水流量85m3/ h，24h 后出水量逐漸減小，最后穩(wěn)定在30m3/ h，2010 年6 月3 日隧洞開挖至樁號(hào)8+940時(shí)，當(dāng)時(shí)在掌子面進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，側(cè)頂拱出現(xiàn)壓力涌水，最大射程5.4m，單孔出水量為39m3/ h，合計(jì)為145.8m3/ h。由于出水量增加，原有排水設(shè)備不能滿足排水需要，加之上游隧洞掘進(jìn)未貫通，洞內(nèi)積水自下游向上游排放，洞內(nèi)水位快速抬高，掌子面積水深度已高達(dá)1.5m，造成洞內(nèi)變壓器損毀，輔助小型工器具全部淹沒，造成施工暫停。

隨后緊急安裝離心水泵2 臺(tái)，φ159 排水管2500m，隨著人力、物力等人員設(shè)備投入，排水力度加大，洞內(nèi)積水快速排出。6 月24 日恢復(fù)隧洞施工，但在掘進(jìn)至樁號(hào)8+930.9 處時(shí)，掌子面底拱處又發(fā)生涌水，涌水量達(dá)到495m3/ h，致使洞內(nèi)積水水位加快上漲，掌子面位置水位達(dá)到2.6m，由于洞內(nèi)原有排水設(shè)備已全部損毀，洞內(nèi)積水自內(nèi)向外流出洞外，隨著洞內(nèi)涌水量不斷加大，根據(jù)排水量計(jì)算洞內(nèi)涌水量約達(dá)到1638m3/ h，原有排水設(shè)施已不能滿足需求，為了盡快排水，在原有排水設(shè)施基礎(chǔ)上增加排水設(shè)備并架設(shè)φ300 排水管2500m，洞內(nèi)安裝315kVA變壓器1 臺(tái)，配置大型離心泵2 臺(tái)，潛水泵2 臺(tái)，快速進(jìn)行洞內(nèi)積水搶險(xiǎn)抽排工作，同步進(jìn)行注漿封堵工作。

2010 年11 月26 日至27 日，建設(shè)單位邀請(qǐng)江河水利水電咨詢中心對(duì)引洮供水一期總干渠3＃隧洞進(jìn)口涌水段施工進(jìn)行了技術(shù)咨詢，咨詢意見要求結(jié)合施工揭示的工程地質(zhì)情況及施工條件，在掌子面位置設(shè)置止?jié){墻，對(duì)洞身開挖輪廓線外圍和洞身全斷面超前注漿是必要的；建議進(jìn)一步加大施工排水能力，按照“堵排結(jié)合，以排為主”的原則進(jìn)行該段施工；建議加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和已開挖段變形監(jiān)測(cè)，確保施工人員安全；建議復(fù)核隧洞襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算成果，在該段灰?guī)r地層施工開挖完成后，盡快完成永久襯砌工作。引洮一期總干渠3#隧洞進(jìn)口相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

表1 引洮一期總干渠3＃洞進(jìn)口相關(guān)參數(shù)

由于隧洞掌子面涌水量較大，且為多點(diǎn)出水，人工無(wú)法實(shí)施鉆孔作業(yè)，為提供作業(yè)環(huán)境及保證灌漿效果，在樁號(hào)8+931 掌子面處澆筑矩形砼墻封閉掌子面，預(yù)埋DN300 鋼管用于臨時(shí)排水，并在端部安裝控制閘閥。

堵水采用二重管無(wú)收縮雙液WSS 工法向圍巖注漿，形成圍巖注漿固結(jié)封堵圈，減小巖溶管道過(guò)水?dāng)嗝嬉韵拗朴克?，為隧洞施工提供較好的施工環(huán)境。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)鉆機(jī)的性能和注漿隊(duì)伍的施工經(jīng)驗(yàn)，采用長(zhǎng)循環(huán)注漿。注漿材料采用A、B 化學(xué)漿液，A 液為稀釋后的水玻璃，B 液為添加劑和水組成?；瘜W(xué)外加劑的主要功能是調(diào)節(jié)漿液的適灌性和混合液的凝結(jié)時(shí)間。根據(jù)該段隧洞的工程地質(zhì)條件，在掌子面共布設(shè)灌漿孔28 個(gè)，間距1.5m，排距0.5m，實(shí)際灌漿過(guò)程依據(jù)圍巖破碎程度和涌水情況適當(dāng)加密注漿孔。注漿采用特殊的端點(diǎn)混合器和二重管噴射方式，用注漿泵將A、B 化學(xué)漿液壓入外管和內(nèi)管，并在二重管的端頭混合器中混合，通過(guò)濾網(wǎng)在水平方向?qū)崿F(xiàn)噴射，注漿壓力為0.5～1.5MPa，漿液的初凝時(shí)間一般為0.5～2min,噴射過(guò)程實(shí)行階梯回抽噴射，以10～20cm 為一區(qū)間，所有階梯噴射完畢對(duì)注漿孔實(shí)行封堵。

引洮一期總干渠3#隧洞較大涌水灌漿施工在引洮工程開工以來(lái)尚屬首次，特別是在甘肅省水利施工方面也是首次，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。為此，施工過(guò)程灌漿施工時(shí)要不斷驗(yàn)證和修改灌漿有關(guān)參數(shù)，及時(shí)調(diào)整灌漿施工方法。灌漿深度、灌漿壓力、材料及漿液濃度等要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。需要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化修正方案，并且提出存在的問(wèn)題，按照確定的“堵排結(jié)合”的原則，不斷完善涌水洞段灌漿施工實(shí)施方案，參建單位盡快做好各項(xiàng)工作，待洞內(nèi)積水退到掌子面時(shí)立即實(shí)施灌漿處理措施。

2010 年11 月17 日—12 月5 日完成樁號(hào)8+931 掌子面超前深孔固結(jié)灌漿及涌水洞段環(huán)向固結(jié)灌漿封堵作業(yè)，在隨后的隧洞掘進(jìn)過(guò)程中，掌子面涌水部位仍然較多且涌水量較大，導(dǎo)致隧洞注漿及掘進(jìn)多次中斷，通過(guò)及時(shí)調(diào)整灌漿作業(yè)工序與注漿材料配合比，并且實(shí)施強(qiáng)排水強(qiáng)掘進(jìn)措施，先后通過(guò)5 個(gè)循環(huán)超前深孔固結(jié)灌漿，至2011 年6 月14 日隧洞掘進(jìn)至樁號(hào)8+993 處成功穿越富水洞段，并對(duì)8+965 右側(cè)拱頂出現(xiàn)的涌水裂隙空洞部位及8+970～8+993 不良地質(zhì)洞段側(cè)墻與底板裂隙涌水進(jìn)行了封堵加固并且埋設(shè)盲管導(dǎo)流，使涌水洞段的險(xiǎn)情得到有效控制，隨后隧洞恢復(fù)正常掘進(jìn)。

引洮一期總干渠3＃隧洞進(jìn)口后續(xù)施工中堅(jiān)決貫徹執(zhí)行“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)”的“新奧法”開挖及掘進(jìn)理念，采取一次支護(hù)和二次襯砌聯(lián)合支護(hù)方式，隧洞一次支護(hù)采用掛φ6.5 鋼筋網(wǎng)片、噴C20 砼、打錨桿、支設(shè)鋼拱架。對(duì)圍巖破碎及特殊洞段先期進(jìn)行了長(zhǎng)大管棚聯(lián)合固結(jié)灌漿超前預(yù)支護(hù)處理。即沿隧洞頂拱襯砌外緣一定距離打入一排縱向鋼管，并且在插入鋼管后，再往管內(nèi)注漿以固結(jié)軟弱圍巖、充填鋼管與孔壁之間的空隙，使管棚與圍巖固結(jié)緊密，以提高鋼管的強(qiáng)度。開挖后架設(shè)拱形鋼架支撐，形成牢固的棚狀支護(hù)結(jié)構(gòu)。主要灌漿范圍為洞頂以上5.5m（一倍洞徑），洞身兩側(cè)各2m，固結(jié)灌漿孔深可根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)確定；隧洞二次襯砌現(xiàn)澆鋼筋砼，并且進(jìn)一步做好地下水導(dǎo)排工作。在采用新技術(shù)、新材料、新方法有效施工技術(shù)，經(jīng)過(guò)參建單位共同努力，2011 年12 月引洮一期總干渠3＃隧洞建成具備通水條件。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)對(duì)引洮一期工程典型突水、突泥及疏松砂巖不良洞段的技術(shù)難題探索研究，其中引洮供水一期總干渠3＃隧洞穿越西秦嶺北緣大斷裂帶，跨越地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)并橫穿區(qū)域性活動(dòng)斷裂帶，海拔2200m 的高山渠磨石梁、駝子山等崇山峻嶺，隧洞埋深750m，地應(yīng)力大，分布地下暗河，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜。主要工程地質(zhì)問(wèn)題多與圍巖工程地質(zhì)特性有關(guān)，極軟圍巖穩(wěn)定問(wèn)題，普遍存在于泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、砂巖及砂礫巖等極軟巖洞段，圍巖穩(wěn)定性極差；斷裂帶圍巖穩(wěn)定問(wèn)題，主要存在秦嶺北緣影響段。隧洞穿越極軟圍巖及秦嶺北緣影響段時(shí)，圍巖穩(wěn)定性極差。

3.2 取得成效

引洮供水一期總干渠3#隧洞進(jìn)口段涌水量增加至最大值1640m3/ h，通過(guò)專家技術(shù)咨詢，采取“堵排結(jié)合”中二重管無(wú)收縮雙液WSS 工法向圍巖注漿治理，埋設(shè)DN300 鋼管及封堵加固并埋設(shè)盲管導(dǎo)流，歷時(shí)一年涌水洞段的險(xiǎn)情得到有效控制，成功實(shí)現(xiàn)了總干渠3#隧洞施工安全，質(zhì)量和進(jìn)度得到有效提升，為引洮總干渠全線完成襯砌具備通水條件奠定了基礎(chǔ)。

3.3 技術(shù)總結(jié)

通過(guò)對(duì)引洮一期工程典型突水、突泥及疏松砂巖不良洞段的技術(shù)難題探索研究，其目的是總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，汲取教訓(xùn)，以提高隧洞設(shè)計(jì)、施工的技術(shù)水平，做好地質(zhì)勘測(cè)、超前預(yù)報(bào)、施工支護(hù)方式等措施，采取新技術(shù)、新工藝，做好施工方案與設(shè)計(jì)方案現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合，有效解決施工過(guò)程中突水、突泥及疏松砂巖不良洞段的技術(shù)問(wèn)題，提高建設(shè)管理水平。