地下隧洞開挖施工中突涌水的預防與處理

閆紅梅

（中國水電建設集團第十五工程局有限公司 陜西 西安 710065）

1 工程背景

引漢濟渭椒溪河勘探試驗洞項目是陜西省引漢濟渭引水工程越嶺段引水隧洞的起始標段，全長6592m。隧洞設計斷面為馬蹄形，成型后洞寬×高=6.76m×6.76m。支洞長324m，與主洞交匯里程k2+575，進口方向長度2575m，出口方向長度4063m，主洞坡降為1/2527。主洞位于秦嶺嶺南中低山區，地形起伏，特別是在k2+750～k2+980段為穿越椒溪河段，地質條件復雜，最小埋深約20m，基巖厚度不到15m。在2013年的施工中出現三次大的涌水，最大時涌水量達1700m3/h以上，給施工造成嚴重影響。

2 三次大涌水的處理措施

2.1 第一次涌水

第一次涌水發生在樁號K2+692.5處的拱頂部位，經推算初始涌水流量約為1000m3/h左右。第三天洞水位已上升到洞頂以上11m多深，經測算涌水量約為300m3/h，洞內水位升高涌水流量明顯減弱。

首先，采用抽排的方案。即：通過抽排達到可繼續向前開挖條件，繼續向前開挖，不做堵水處理。但隨著雨季的到來，洞內涌水不斷增大，難于實現。

其次，采用灌漿堵水方案。即：在緊貼掌子面澆筑一混凝土止漿墻，墻厚4.0m，向周邊入巖1.0m，涌水通過Φ300的兩根帶閥門的鋼管集中引出，止漿墻上布置4環28個注漿孔（一環注漿孔3個，二環注漿孔12個，三環注漿孔10個，四環注漿孔3個），主要是放射型分布在拱圈附近，灌注洞段長度25m。設置5個超前探孔，4個檢查孔。止漿墻內設有水流通道，并通過預埋的Φ300的帶閥鋼管兩根導出。采用這種方案，經兩個月的實施拆除了止漿墻，洞挖正常開始。

2.2 第二次涌水

第二次涌水發生在K2+707斷面的左側底板靠近邊腳。這次涌水是在第一次涌水處理完成，開挖了6個爆破循環（每循環進尺2.5m左右）后出現的，距第一次涌水斷面僅掘進14.5m，也是在第一次涌水止水灌漿處理段（25m）內，但出水的位置在底部，不在處理范圍內。

這次采用第一次的堵水灌漿方案，但僅對出水部位局部澆筑混凝土蓋重止水然后再灌漿處理。本次兩次都因蓋重自重不夠而失敗，后加鋼管支撐才得以解決。共用時也兩個多月，堵漏注漿結束，經打檢查孔滿足堵漏要求。隨后進行了止漿蓋重混凝土的拆除施工，開始了下一循環開挖施工。

經過兩次突涌水及處理情況的總結，為確保繼續開挖的順利進行，經深入細致的研究，提出了“以超前鉆孔探水來了解開挖段的地質和水情情況，以探孔出水采用高壓注漿進行預處理”的方案進行逐段處理逐段開挖。具體方案如下：

（1）孔位布置。距離輪廓線內側約0.5m，環向間距3.0m布置8孔，掌子面中心布置1孔，總計9孔，孔深度25m，鉆孔位置參考超前鉆探鉆孔布置示意圖1。掌子面超前鉆孔布置的見表1。

圖1 鉆孔布置示意圖

表1 掌子面超前布孔布置

（2）超前鉆探邊緣孔應按一定的外插角進行施做，應終孔于隧洞開挖輪廓線以外2m～3m，以便查明隱伏在隧洞邊墻外的含水地質構造。

（3）在鉆進中應及時記錄鉆速、響聲及其變化、巖粉、卡鉆情況、鉆桿振動情況、沖洗液的顏色及流量變化、出水情況（出水位置、測水量、水壓）等，以粗略探明巖性、巖石強度、巖體完整程度情況等。

（4）對于超前鉆探出現突涌水的探孔應做為注漿孔進行堵水注漿。

2.3 第三次涌水

在第二次涌水成功處理后，按照“探水注漿預處理方案”，分段實施。對出現涌水的孔通過高壓灌漿堵水處理，成功完成了第一個循環。在第二個循環段完成鉆孔探水并經高壓灌漿處理后，在進行第一循環爆破后，又發現滲水直至第二天后形成涌水。據測算涌水量超過了1700m3/h。

本次涌水量明顯大，且流速快，壓力大。當天下大雨河水上漲時，洞內涌水量急劇增加，種種跡象證明涌水通道與河道的貫通，施工單位緊急啟動突涌水應急預案，同時在支洞交叉口再增加抽排設施以控制水位的繼續上升。在這種情況下，利用晴好天氣和河水位低的幾天有利時間，采取“外截內堵”方案進行處理。“外截”就是用了近五天時間，近十人在可能漏水河道段密集進行詳細察看，搜尋漏水點，并對疑是漏水點進行了防滲攔截和河道改流的措施，取得了明顯的效果，洞內涌水流量減少近一半。“內堵”就是在洞內采用100B鉆機在較好的基巖面上向漏水通道打引水分流孔道以盡量減少涌水通道的流量，然后采用錨桿系統支撐，鋼筋網阻攔，棉絮強行堵塞通道，高強噴射混凝土逐步封閉的措施對不規則的涌水通道進行封閉。在噴射混凝土具有一定強度后，利用預埋的引水灌漿管采用雙液漿灌注涌水通道以形成較強的堵水凝固漿液塞體。最后利用引水分流孔道安裝注塞器進行堵漏灌漿。通過“外截內堵”方案僅用了12天就成功地完成了第三次大涌水的處理，大大降低了突涌水造成的經濟損失和工期影響。

表2 三次大的涌水處理情況對比分析表

3 涌水施工情況分析

椒溪河勘探試驗洞在下穿河道不良地質段開挖施工中，總結第一、第二兩次涌水經驗，制定了“鉆孔探水，灌漿預處理”施工方案后，共進行了7個循環的探水預處理開挖施工，其中5個循環的20個探孔都成功探到大量涌水通道。通過高壓灌漿預處理，絕大多數涌水通道得到有效堵塞，僅有一次未成功，即發生了第三次大的涌水。根據第三次涌水現象，涌水通道位于開挖線的臨界位置，由滲水逐步發展成大涌水，大量涌水前涌出了一定量的黃泥夾石，涌水通道周圍巖石較好且距通道邊緣約40cm左右有T5探孔存在。分析認為：涌水通道往往較為復雜，涌水水流形成空腔的通道，能夠通過灌漿形成較好的堵漏塞體，而未被水流沖出空腔而被泥土填充的通道，難以通過灌漿形成堵漏塞體，一旦爆破形成薄弱部位即很快涌水。另外，探水孔的數量有限，難免有探不到的地方。

對于三次大的涌水處理，從涌水位置、最大涌水流量、處理方案、處理發生的工程量、處理所用時間及處理效果等方面對比分析見表2。

4 結論

通過對引漢濟渭椒溪河勘探試驗洞工程在極易涌水的不良地質段開挖施工中所采取的方法措施等資料整理、數據分析，筆者認為：

（1）易于涌水地質段的隧洞開挖，預防涌水非常必要。采用鉆孔探水，其直觀明了，且較好的孔位布置探水成功率都在95%以上。對于探到水的孔進行高壓灌漿封堵水道，壓力控制在5.0MPa左右，可有效解決涌水問題，確保安全順利實施開挖。

（2）一旦涌水須盡快實施封堵灌漿方案進行處理。封堵灌漿是最有效最快捷的涌水處理方案，抽排方案往往因為很難判斷其涌水水源和涌水量的多少，特別是受施工用電及抽排水設備的影響，極易造成對工期的嚴重影響，施工成本增加，甚至會造成淹洞以至安全事故。

（3）堵漏灌漿要取得較好的效果，就必須把涌水通道內的填充物盡可能的沖洗干凈。涌水通道常常不是一個單一的通道，有可能在其內部存在被填充物堵塞的旁通通道，這是特別要關注的。一般旁通通道需要一定的時間才能被水沖開。

（4）止漿墻可有效解決涌水封堵問題，但需依據實際情況采用靈活的方法更能節約工期，降低成本。椒溪河項目分別采用澆筑混凝土蓋重解決隧洞下部涌水和分流強堵聯合噴射混凝土封閉的綜合方案解決隧洞上部涌水都取得了成功。特別是分流強堵聯合噴射混凝土封閉的綜合方案還未見先例，其處理速度之快和處理成本之低具有很大的經濟效益，值得借鑒和推廣。陜西水利