長深隧洞特大涌水突泥處理方案研究

龐維

（本溪泓源供水有限責(zé)任公司，遼寧本溪 117000）

1 概況

遼寧省觀音閣水庫輸水工程位于太子河干流上，是將已建的觀音閣水庫水經(jīng)過輸水隧洞及管線自流輸入到本溪市的大（2）型Ⅱ等工程，是觀音閣水庫與大伙房水庫輸水工程的配套工程，工程的主要任務(wù)是保障本溪市生活飲用水安全，解決本鋼、北臺鋼廠等大型企業(yè)存在的水量與水質(zhì)安全問題，并為本溪市、本溪縣和本溪新城經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供安全可靠的水源。

工程位于本溪市管轄區(qū)，主要由1座取水頭部、頭部壓力隧洞φ3.6m（731.29m）、輸水管線、1座電站、主洞進(jìn)口段壓力隧洞φ3.0m、無壓隧洞、2座配水站及分支隧洞和管線等幾部分組成。取水頭部設(shè)計(jì)規(guī)模為125萬m3/d。管道大部分沿河敷設(shè)，采用雙管同槽的方式，個別地段采用單根外包混凝土鋼管。工程線路長91.34km，其中管線長49.83km，隧洞長41.51km。

2 涌水突泥情況描述

涌水是隧洞施工中最常見的水文地質(zhì)現(xiàn)象，大量的涌水往往給工程帶來許多困難和危害，甚至造成嚴(yán)重事故而迫使工程停工，從而大大影響工程施工。

2.1 發(fā)生經(jīng)過

遼寧省觀音閣水庫輸水工程隧洞樁號M11+975發(fā)生涌水突泥現(xiàn)象，涌水初期水呈黃色，并夾帶砂粒和巖屑。最大涌水量約500m3/h，突泥量約3000m3，連續(xù)排水近2個月，初步具備人員、機(jī)械進(jìn)洞施工條件。經(jīng)相關(guān)專業(yè)人員現(xiàn)場查勘，涌水突泥點(diǎn)位于掌子面右拱肩處，尺寸約為0.5m×0.3m，內(nèi)部空腔形狀不規(guī)則，目前能夠暫時維持自穩(wěn)。

2.2 工程地質(zhì)情況

此次涌水突泥發(fā)生的隧洞位于4號支洞—5號支洞之間的主隧洞段，平面位置在本溪市興隆湖溝附近。主隧洞進(jìn)口設(shè)在香磨村上游約400.0m，小湯河右岸，末端為大峪分水口起點(diǎn)。隧洞進(jìn)口采用φ3.0m的圓形壓力隧洞穿越小湯河，其余部分采用城門洞型斷面，隧洞底坡為1/1429，成洞洞徑為2.9m×3.4m。樁號M11+975處地面高程約為345.00m，洞室底板高程206.18m，洞室埋深約140.0m。

該段揭露地層為元古界清白口系南芬組（Qnn）泥灰?guī)r，圍巖以Ⅲ類為主，地下水以線狀水為主，在該段下游樁號M12+040—M12+080段有2條較大斷層F97，F(xiàn)102，發(fā)育斷層泥及碎裂巖等，預(yù)測地下水為線流或股流狀。圍巖類別為Ⅵ、Ⅴ類。在下游樁號M13+639處發(fā)育1條規(guī)模更大的斷層F95，穿越于灰?guī)r中，巖層紊亂、節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體完整性差、透水性強(qiáng)、巖石溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。

4號下游涌水段揭露地層巖性為灰?guī)r（現(xiàn)場取巖樣，滴酸后有大量氣泡產(chǎn)生），揭露圍巖類別為Ⅳ類，已開挖段沒有發(fā)現(xiàn)溶蝕裂隙及溶蝕孔洞，多以節(jié)理為主，張開性裂隙不發(fā)育。該掌子面之前巖體完整性差，局部破碎，由Ⅲ類逐漸過渡到Ⅳ類，地下水以少量滴水或滲水為主，出現(xiàn)較大涌水跡象不明顯。

2.3 原因分析

1）工程招標(biāo)圖中該段附近存在F97或F102斷層，在5號洞上游開挖過程中并沒有揭露這2條斷層。初步推測可能與F97或F102斷層（或次生斷層）有關(guān)，或是這2條斷層的其中1條。

2）目前4號洞開挖揭露的巖性為灰?guī)r，屬可溶巖，雖然在已開挖段圍巖中并沒有發(fā)現(xiàn)溶蝕裂隙及巖溶孔洞等跡象，但是涌水時初期（約72h）涌水顏色為黃色，且在涌水口附近打撈水下殘留沉積物中巖石樣品中不同巖性較多，且磨圓度較好，風(fēng)化程度差異較大，所以認(rèn)為打撈物為地表河流沖積物的可能性較大。

3）距離樁號M11+975m水平距離不足500.0 m的5號支洞開挖中曾經(jīng)數(shù)次見到巖溶地質(zhì)現(xiàn)象，所以此處涌水屬于巖溶涌水的可能性較大。

該段斷層發(fā)育，巖性為可溶巖，地下水活動強(qiáng)烈，洞室埋深較淺，地表河流發(fā)育，地下水補(bǔ)給充足，因此該段易產(chǎn)生構(gòu)造巖溶性涌水。

根據(jù)以上分析，結(jié)合涌水初期水流渾濁情況及地表水井水位下降等現(xiàn)象，初步認(rèn)為該處涌水應(yīng)屬于斷層巖溶涌水，屬不可預(yù)見地質(zhì)原因。

3 處理方案

隧洞涌水的防治方法主要是排水法和止水法。樁號M11+975m涌水突泥發(fā)生后，在洞內(nèi)排水達(dá)到人員進(jìn)入條件后，進(jìn)行實(shí)地查勘，分析形成原因，確定了初步的處理方案。后通過工程管理、水文地質(zhì)、地下水處理等方面專家對前期方案進(jìn)行論證，根據(jù)前期方案及專家意見形成最終處理方案。

3.1 支護(hù)

從現(xiàn)場觀測可見，由于從出水口涌出大量石渣，出水口內(nèi)存在巨大空腔，遇擾動極易發(fā)生二次塌方。因此，在樁號M11+975—M11+970段必須采用邊清渣邊支護(hù)的原則，加大支護(hù)強(qiáng)度。該段支護(hù)參數(shù)具體見圖1，必要時頂拱施做鋼插板。

圖1 出水口處支護(hù)示意圖

3.2 導(dǎo)水

根據(jù)原有地下水位判斷，該出水點(diǎn)可能存在1.0MPa以上靜水壓力，為防止施做封堵時水壓對支護(hù)結(jié)構(gòu)和后期封堵造成破壞，在樁號M11+965處設(shè)置2個鉆孔導(dǎo)水，如圖2所示。孔徑120mm，設(shè)置在洞室右側(cè)邊墻，距底板0.5，1.0m處，與洞軸線夾角30°。導(dǎo)水孔位置和數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整。

圖2 導(dǎo)水孔示意圖

3.3 空腔支護(hù)

導(dǎo)水完成后，擴(kuò)大原有出水口，人員進(jìn)入后進(jìn)行地質(zhì)測繪和測量，針對具體情況再確定支護(hù)方案。

3.4 空腔封堵

待洞室支護(hù)和導(dǎo)水工作完成后，采用DN150鋼管向空腔內(nèi)泵送C25自密實(shí)混凝土，混凝土應(yīng)添加膨脹劑。混凝土采用分層澆筑，每層厚度不大于1.0m。混凝土澆筑前在空腔頂部預(yù)埋回填灌漿管，灌注水泥漿。封堵斷面見圖3。

圖3 M11+975封堵斷面圖

3.5 灌漿

空腔封堵完成后，在樁號M11+995—M11+950處布置徑向灌漿孔，孔徑φ42，孔深入圍巖5.0m，間距1.0m，梅花型布置，對該段實(shí)施阻水固結(jié)灌漿，灌漿材料選用HSC超細(xì)水泥漿。漿液配比及屏漿壓力根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

4 結(jié)語

此次涌水突泥事件中，大量堆積物從流水涌出，造成洞室外側(cè)形成巨大空腔。故空腔回填量較大，根據(jù)目前清淤量估算，空腔回填量可能達(dá)到1500m3。此處涌水量較大且沒有減小趨勢，故該處節(jié)理構(gòu)造發(fā)育，后期阻水固結(jié)灌漿量較大。根據(jù)該段前期歷次阻水灌漿現(xiàn)場數(shù)據(jù)及灌漿規(guī)范要求，固結(jié)灌漿量按100kg/m計(jì)算。為避免后期開挖過程中再次出現(xiàn)涌水突泥事件，在后續(xù)開挖工作前，每循環(huán)必須按照要求，在掌子面設(shè)置5個5.0m長探孔，以保證施工安全。