調(diào)水項目支洞涌水原因分析及處理措施

曹 星 賈洪敏

（1三亞城市投資建設(shè)集團有限公司；2華通設(shè)計顧問工程有限公司）

0 引言

文章以三亞市西水中調(diào)項10#施工支洞施工過程中所遇到的隧洞涌水問題為例，首先概述了該工程項目的涌水特征及原因，在此基礎(chǔ)上介紹了針對該涌水問題所采取的超前地質(zhì)預(yù)報及帷幕灌漿等處理措施。

1 工程概況

本項目建設(shè)內(nèi)容及規(guī)模：原水工程（按遠景規(guī)模60萬m3/d建設(shè)）包括取水工程、輸水隧洞工程、輸水管道工程。建設(shè)內(nèi)容包括大隆水庫取水口、大隆水庫至水廠輸水隧洞、1～10#施工支洞、1#（2#）農(nóng)灌支洞及農(nóng)灌井、水源池水庫補水支洞及補水口、水源池水庫至水廠供水管道、檢修支洞等。原水輸水隧洞設(shè)計引水流量為7.80 m3/s,全長28.10 km,沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，埋深大，發(fā)育有斷層、涌水、地熱及巖爆等不良地質(zhì)現(xiàn)象。項目總平圖如圖1。

圖1 三亞市西水中調(diào)項目總平圖

2 項目涌水情況及原因分析

2.1 涌水模式

隧洞涌水是由于隧道掘進破壞了含水層結(jié)構(gòu)，使水動力條件及圍巖力學平衡發(fā)生急劇改變，造成地下水體所存能量以流體高速運移形式瞬間釋放而產(chǎn)生一種動力破壞現(xiàn)象。隧洞施工過程中常見的涌水模式主要為兩種：①裂隙-溶隙突涌水②構(gòu)造帶突涌水。其中裂隙-溶隙涌水往往是由于圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育形成的少量地下水，水量及水壓均比較小，隧洞開挖過程中及時對圍巖進行封閉并預(yù)埋導流管進行排水疏導即可，對圍巖穩(wěn)定性影響較小；而構(gòu)造帶突涌水一般由地質(zhì)構(gòu)造運動形成的斷層破碎帶引起，由于該處圍巖破碎，滲透系數(shù)大，賦存大量地下水，且兩側(cè)完整性好的圍巖形成穩(wěn)定隔水層，使得破碎帶內(nèi)的地下水具有量大、承壓的特點，隧道掘進過程中隨著隔水層變薄，地下水頂穿隔水層大量涌出，對圍巖穩(wěn)定性危害極大。

2.2 涌水情況

項目10#施工支洞全場875 m，走向270.50°，與主洞呈49.70°相交，設(shè)計坡度3.98°，隧洞洞身段發(fā)育有物探FW9斷層（位于樁號K0+429.00處，傾向西南，傾角70～80°，破碎帶寬度5～10 m），地下水類型主要為孔隙-基巖裂隙潛水，一般埋深0.20～10 m，該施工支洞鉆進至樁號K0+738.50處時，突發(fā)涌水現(xiàn)現(xiàn)象，射流距離達6～8 m。

根據(jù)現(xiàn)場情況，對該處掌子面水量及水壓進行計算如下：

式中：v-射流速度，m/s；L-射流距離，6～8 m；h-孔口高度，0.50 m；g-重力加速度，10 m/s2。

計算可得，射流速度約為18.75～25 m/s。

式中：m-質(zhì)量，kg；H-水頭，m。

計算可得，水頭范圍為17.92～31.86 m。

式中：Q-流量，m3/h；r-孔口半徑，42 mm。

計算可得，該處掌子面涌水量約為93.50～124.60 m3/h。

2.3 涌水原因分析

針對此次涌水現(xiàn)象，采取地質(zhì)雷達進行超前地質(zhì)預(yù)報，對掌子面前方30 m 范圍地質(zhì)情況進行預(yù)報，由于受地層條件影響，預(yù)報有效距離為20.50 m，地質(zhì)雷達剖面圖及能譜圖如圖2。

圖2 10#支洞樁號K0+738.5處地質(zhì)雷達剖面圖及能譜圖

從圖2推斷樁號K0+740.7～K0+746范圍巖體破碎，完整性差，可能存在斷層破碎帶，為地下水的儲存提供通道，存在涌水的可能。同時，對10#支洞掌子面左側(cè)暫未發(fā)生涌水區(qū)域進行施鉆2 個探測孔，設(shè)備采用TY28 氣腿鉆配42 mm 鉆頭,鉆桿長3.50 m。施鉆第一個探測孔，過程中鉆孔正常，未出現(xiàn)卡鉆受阻、鉆孔速度突然加快等現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)有明顯流水排出，在鉆孔深度約3 m，突然出現(xiàn)較大涌水，且將氣腿鉆沖出，該孔水量噴射距離達7 m，原右側(cè)4個涌水孔水量無明顯減少，水位有明顯上漲，為保證施工安全確定不再對第2個探測孔進行施鉆。后期通過4 m 長鋼筋探孔，左側(cè)孔深3.30 m 探到巖石，右側(cè)孔深2.20 m探到巖石，與超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)論基本相符。

3 帷幕灌漿處理方案

3.1 帷幕灌漿設(shè)計

堵漏采用超前預(yù)注漿技術(shù)，根據(jù)地質(zhì)條件結(jié)合現(xiàn)場施工情況，采用水泥-水玻璃雙液漿灌漿，體積比1:0.10～1:1.00，注漿壓力為0.15～0.30 MPa，在進行正式施工前，進行試配試驗，根據(jù)地層可注性，合理調(diào)整雙液漿配合比及注漿壓力，后期爆破開挖過程中，如對止水帷幕造成破壞及時進行加強補灌。

帷幕灌漿孔孔深5 m，間距1.50 m，成孔直徑≥108 mm，鉆孔孔位與設(shè)計孔位允許偏差≤±50 mm，鉆孔允許偏斜率為1%，鉆孔有效深度宜超過設(shè)計深度0.30 m。

采用短進尺，每循環(huán)進尺為0.50～1.00 m，帷幕灌漿施工前在掌子面布置1～2個泄水孔減壓，深度≥8 m。

3.2 帷幕灌漿施工

3.2.1 鉆孔

灌漿孔采用潛孔鉆進行造孔，孔徑108 mm，鉆孔按灌漿分區(qū)進行施工，孔位偏差控制在10 cm范圍內(nèi)；灌漿分區(qū)順序：先底板，邊墻，后拱頂；灌漿鉆孔施工完成后，立即安裝止?jié){塞，連接輸漿管，調(diào)整灌漿壓力。

3.2.2 灌漿

灌漿采用自下而上分片壓入灌漿法施灌，灌漿孔采用孔口封閉全孔一次灌入。灌漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，體積比1:0.10～1:1.00，根據(jù)地層可注性，適當調(diào)整水玻璃用量，當節(jié)理裂隙較大時，通過加入適量粉細砂，增加封堵材料的強度。灌漿壓力視地質(zhì)條件，現(xiàn)場施工情況確定，灌漿過程中，分段升壓，嚴格控制壓力及注漿量，防止地層隆起或沉降。因為合理的漿液交換有利于提高灌漿質(zhì)量，并且過早使用濃漿容易將細小裂隙堵塞，影響灌漿效果，而灌漿稀漿過多則造成注漿時間過長、注漿材料的浪費，且對松散顆粒體的固結(jié)效果不好，為此在灌漿過程中才用了如下漿液交換原則：①灌漿壓力保持不變，注漿量持續(xù)減小時，或注漿量減小而壓力持續(xù)升高，則保持水灰比不變。②當某一級漿液的注漿量達到300 L 或灌漿時間達30 min時，而灌漿壓力和注漿量無改變或改變不顯著時，調(diào)整為濃一級的漿液。③當注漿量＞30 L/min時，根據(jù)施工情況越級調(diào)整為濃漿。④在灌漿段最大設(shè)計灌漿壓力下，灌漿段注漿量≤1 L/min時，延續(xù)灌注20 min后結(jié)束灌漿作業(yè)。

3.2.3 封孔

灌漿完成后采用壓力灌漿封孔，漿液采用水灰比0.50:1的純水泥漿，封孔壓力與灌漿壓力一致。

3.2.4 灌漿封堵質(zhì)量檢查

灌漿質(zhì)量檢查采用鉆孔排壓法進行檢查，當?shù)谝欢沃苓吂酀{完成后，在掌子面底部施鉆兩個孔進行卸壓，檢查第一段灌漿效果，如檢查孔出水量小，則灌漿有效果，隨即進行下步爆破掘進。

4 結(jié)論

文章結(jié)合三亞西水中調(diào)項目10#洞施工中出現(xiàn)的隧洞涌水問題，概述了出現(xiàn)涌水問題的地質(zhì)模式并找出了導致該項目涌水的具體原因，結(jié)合鉆孔與地質(zhì)雷達，以及后續(xù)帷幕灌漿技術(shù)的工程實踐，證明帷幕灌漿技術(shù)對隧洞涌水封堵及提高圍巖穩(wěn)定性有一定的效果，同時鑒于灌漿材料為水泥-水玻璃雙液漿，強度增長較快，擴散半徑小，對圍巖的加固范圍有限，因此在實際灌漿施工過程中，因根據(jù)地層條件適當調(diào)整二者配比，提高地層可注性，且考慮施工過程中，為防止地層隆起沉降，對灌漿壓力也應(yīng)進行適當調(diào)整控制。

通過后期對超前地質(zhì)預(yù)報隧洞段的開挖檢查，與預(yù)報成果基本相符，因此在隧洞施工過程中，針對不良地質(zhì)段進行超前地質(zhì)預(yù)報，并及時反饋指導施工，通過采取超前支護和預(yù)加固方式，對隧洞安全順利掘進也有一定的價值。