引水隧洞逆坡施工大流量地下水抽排技術

王 路，張 恒，吳建文

(1.四川交通職業技術學院道路與橋梁工程系，四川成都 611130;2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都 610031;3.四川工程職業技術學院建筑工程系，四川德陽 618000)

0 引言

隧道涌水由于發生突然，部位不易正確判定，規模與動力特征很難預測，加之地下空間有限，往往給工程施工帶來很多問題，包括圍巖失穩、堵塞隧洞、淹埋設備，甚至是隧洞報廢、人員傷亡等事故［1-5］。由于受到進出口地表高程或其他因素的限制，特長隧道無法設置人字坡，而必須設置單面坡。而特長承隧道具有地質、水文條件復雜的特點，且目前的探測手段有限，無法對斷層的準確位置進行判定，容易出現大規模的涌水 。涌水出現后，泵站的設置位置、水泵的選型、管徑的選擇、抽排能力和揚程的選擇顯得至關重要，需要在施工過程中動態調整，因而反坡排水的成敗將成為特長隧道施工的控制性因素［12-19］。

1 工程概況

錦屏二級電站引水隧洞逆坡排水的距離為2 000～4 000 m，揭露的總流量在西端的T2Z洞段達到 15.7 m3·s－1，在 T2b洞段達到 14 m3·s－1。引水洞室群由4條長約16.67 km的引水洞和1條施工排水洞組成(圖1、2)。隧洞埋深為1 500～2 000 m，最大埋深約為2 525 m，地下水壓力大。錦屏山隧道高程較引水隧洞高70 m，基于錦屏山隧道施工經驗和錦屏山地質構造，引水隧洞將截斷通往錦屏山隧道的原有含水構造，引水洞地質剖面見圖3，穿越的含水地層范圍比錦屏山隧道寬180 m，面對更大的地下水風險。

圖1 錦屏輔助洞、引水隧洞、施工排水洞平面(西端)

圖2 錦屏輔助洞、引水隧洞、施工排水洞剖面(西端)

2 突涌水流量的預測分析

結合錦屏山隧道東、西兩端所揭露的涌水情況，在水文地質條件分析的基礎上采用水文地質比擬、簡易水均衡、三維滲流場分析3種方法進行涌水綜合預測。2條錦屏山隧道、4條引水隧洞和1條排水洞同時開挖后，在不設置防滲措施的情況下，漏斗形成過程中的涌水量由降雨入滲及地下水位降低排水兩部分組成，該過程的出水量是一個動態變化過程。按照以下順序安排施工程序:錦屏山隧道先期開工建設，其次施工排水洞，在排水洞施工過程中開始4條引水隧洞的施工，即1#引水洞、2#引水洞、3#引水洞、4#引水洞同期施工，該過程中最大可能涌水量見表1。由于預測計算限定在假定施工順序(開挖、混凝土襯砌、封堵)下，而施工程序的變化會影響各隧洞涌水量的預測結果，由于出水點的隨機性，最終匯總出水量也并不是各洞出水量相加，各隧洞出水量都有可能增減。

表1 引水隧洞、錦屏山隧道、排水洞穩定涌水量預測結果 m3·s－1

圖3 隧洞地質剖面

3 抽排水方案的設計

逆坡大流量地下水抽排采用大功率高揚程的抽水機，并結合大管徑水管將地下水硬抽至洞外，類似于大型提灌站。突涌水抽排水必須能夠處理在瞬間積累的大量水。逆坡抽排水中如不能有效抽排，會導致水越積越多，隧道面臨被淹沒的風險。最短的時間內啟動系統并保證其正常運轉是逆坡大流量地下水抽排的特點。引水隧洞(西段)地下水導排以進入白山組T2b為分界，分2個階段實施。

(1)涌水進入白山組大理巖之前，在支洞設置固定泵站，在水進入反坡前，可通過兩側水溝流入大積水坑被抽出洞外;而水進入反坡后，可利用移動潛水泵接力抽至平坡段。

(2)涌水進入T2b洞段，在未貫通的施工排水洞右側設置大積水坑和豎井將水導至A洞后自然流出。各引水洞和掌子面的地下水通過潛水泵接力抽至橫向通道后排入排水洞的大積水坑。

4 現場逆坡施工排水

4.1 進入T2b前的逆坡施工排水

引水隧洞、錦屏山隧道、排水洞施工坡度如圖4所示。在進入T2b前(2 655樁號)，主要使用30 kW潛水泵(群)直接通過集水坑和Φ159 mm主管路將水抽到變坡點前方20 m后(靠支洞口方向)，經過平坡段水溝排到設置于支洞的大型集水池;在2 655樁號以后的T2z洞段，通過設置大中型集水池、配置大流量抽水機、建立移動泵站，直接將地下突涌水抽至變坡點前方約50 m后，經過隧洞平坡段的排水溝排至設置于支洞口的大型集水池，再由固定泵站抽出洞外。由于上部洞段高出下部洞段500 m以上，因此主泵站必須設置在上部洞段，并根據實際落底情況前移或延伸主管路，但必須事先完成主泵站并保證能正常使用時才允許落底。開挖時每隔500 m設置一橫通道，平坡段上部開挖的同時，在斷面內的一側各自開挖0.5‰～1‰順坡排水溝(圖5);逆坡施工時，1#、2#隧洞涌水用水泵排入上游變坡點處的排水溝，1#隧洞內的水還可以經過橫向通道排到2#隧洞順流到集水池中，再抽出洞外。逆坡段排水主管路一律走2#引水隧洞排至變坡點排水溝，匯流施工支洞1#、2#兩個連通的大集水池，并經設置在大集水池的主管路抽水機抽出洞外(圖6)。當施工能正常使用主排水洞時，洞內所有排水經橫向排水洞排至主排水洞，再自然流到東端。平坡段及逆坡段排水見圖 7、8。

圖4 引水隧洞、錦屏山隧道、排水洞施工坡度

圖5 引水隧洞排水溝設置

圖6 支洞排水管道

4.2 進入T2b后的逆坡施工排水

施工進入T2b后，在2#引水洞設置第一個排水橫向通道，此橫向通道穿過施工排水洞;在排水洞南側邊墻設置集水倉，在錦屏山隧道B線8#通道口布置1個直徑1.4 m的抽水豎井，將引水洞和施工排水洞內的涌水通過掌子面的抽排設備集中排至橫向排水通道，再經集水倉抽排至A線錦屏山隧道，之后排至錦屏山隧道洞口。抽水機的布置及參數見表2。現場嚴格按照抽排水方案實施，從集水倉沿豎井到錦屏山隧道B線布置3趟Φ400 mm管路，按一管一泵布置，如圖9、10所示。通過引入煤礦抽排水理念，施工進入T2b后，抽排水系統設備運行良好，完全保證了正常施工的需要。

圖7 平坡段排水

圖8 逆坡段排水

表2 抽水機布置及參數

5 結語

(1)引水隧道地下水導排，引入了煤礦抽排理念，配置大功率設備、大集水倉，設備運轉一套、備用一套、檢修一套，并設置能夠容納以流量1 m3·s－1排放至少30 min的大水倉，有效保證涌水后能夠安全快速啟動，確保在最短的時間內完成抽排并恢復施工。

圖9 錦屏二級西端排水系統主泵站平面

圖10 錦屏二級西端排水系統主泵站設備布置

(2)選擇高壓啟動的大功率抽水機，采取固定和移動泵站相結合的方式布置抽水泵站，解決了地下水的抽排。

(3)引水隧洞群西端瞬間涌水量為2 m3·s－1，穩定涌水800 L·s－1。實踐驗證了抽水設備配置與水倉設置非常科學合理，達到了理想效果。

［1］ 祁孝珍，張曉利.隧洞施工過程中滲水及突發涌水的防治［J］.水利水電技術，2008(2):40-41，57.

［2］ 沙宗天，陳壽根，陳 亮.強富水地層大流量隧洞逆坡施工排水技術［J］.四川建筑，2012(4):250-252，255.

［3］ 喻寶楨，陳 東.錦屏二級水電站引水隧洞逆坡施工排水措施［J］.人民長江，2009(10):26-27.

［4］ 蔡俊華.山區高速公路隧道特大涌水病害治理［J］.筑路機械與施工機械化，2009，26(8):50-52.

［5］ 孫金庫，姚志輝，尹海東.錦屏二級水電站引水隧洞富水區未襯砌條件下的防滲堵水施工［J］.水利水電技術，2009(6):27-29.

［6］ 李 圍.不同溶洞條件下公路隧道施工的關鍵技術［J］.筑路機械與施工機械化，2010，27(10):68-71.

［7］ 李 元.錦屏二級水電站引水洞高壓大流量地下涌水封堵方案及施工技術研究［J］.水利水電技術，2013(2):62-65.

［8］ 席光勇.深埋特長隧道(洞)施工涌水處理技術研究［D］.成都:西南交通大學，2005.

［9］ 郭 浩.錦屏二級水電站交通隧道滲漏水的引排處理［J］.四川水力發電，2010(1):51-52.

［10］ 周垂一，李 軍，嚴 鵬.錦屏二級水電站深埋隧洞施工難點解析［J］.隧道建設，2013(6):481-488.

［11］ 羅玉虎，李 丹，劉 亮，等.摩天嶺隧道涌水原因分析及處治措施［J］.地下空間與工程學報，2011，7(2):408-412.

［12］ 喬瑞軍，胡 娟，昌曉寧.隧道涌水治理及堵水施工工藝［J］.公路，2011(6):229-233.

［13］ 鄧雄業，巫錫勇，朱寶龍.洋碰隧道左線出口端斷層帶涌水整治技術［J］.公路，2009(3):187-193.

［14］ 蔡俊華.山區高速公路隧道特大涌水病害治理［J］.筑路機械與施工機械化，2009，26(8):50-52.

［15］ 董勤銀.烏鞘嶺隧道7號斜井涌水治理措施［J］.隧道建設，2005(6):32-34，41.

［16］ 毛如意.寒嶺界隧道突發性涌水整治技術研究［J］.四川建筑，2013(1):184-186.

［17］ 張妍華，余曉東.錦屏二級水電站西端引水隧洞主要施工技術［J］.水利水電技術，2010(5):35-37.

［18］ 周金忠，吳 文，劉彬梅.青島膠州灣海下城市道路隧道排水設計思路介紹［J］.給水排水，2013(1):49-52.

［19］ 喻天金，唐 可，焦 蒼.合武鐵路大別山隧道防排水施工設計優化［J］.鐵道建筑，2010(3):37-39.