劉 杰，徐 黎，肖厚云

(1.四川南充水利電力建筑勘察設(shè)計研究院，四川 南充，637000；2.中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610081)

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猴子巖水電站地下洞室富水處理技術(shù)

劉 杰1，徐 黎2，肖厚云2

(1.四川南充水利電力建筑勘察設(shè)計研究院，四川 南充，637000；2.中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610081)

隧道工程與地下水有著密切聯(lián)系，隧道開挖過程中地下水將涌入隧道，大量隧道涌、突水將對隧道施工造成嚴(yán)重影響。尤其是穿越巖溶區(qū)的深埋長隧洞，它易導(dǎo)致開挖涌水、坍塌等，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、危及施工安全。文章就隧道工程地下富水處理措施做深入淺出的分析探討，對正確處理隧道施工過程中的地下水問題具有一定的參考價值。

猴子巖水電站 地下富水處理 施工技術(shù) 隧道工程

1 工程概述

猴子巖水電站進(jìn)廠交通洞路線起點接地下廠房安裝間，高程為1703.00m，終點接大壩下游猴子巖大橋右岸橋頭，高程為1710.35m。進(jìn)廠交通洞全長2002m，斷面尺寸為8m×7m，最大縱坡2.7%，開挖采用雙向掘進(jìn)方案。進(jìn)廠交通洞處于地下水位線以下，主要有松散堆積層孔隙水和巖溶水兩種類型。巖體含水充沛，基巖裂隙水以滴狀滲水為主，目估滲水量約2L/min～4L/min；巖溶水以涌水為主，滲水量約達(dá)100m3/h～120m3/h，裂隙水規(guī)模較小。

2 地下水處理原則

為維護(hù)當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)，同時確保隧洞施工按時按質(zhì)安全順利完成，結(jié)合國內(nèi)外隧洞(道)施工地下水處理的有關(guān)文獻(xiàn)和經(jīng)驗，隧洞地下水處理應(yīng)遵循“一疏、二堵、三排”因地制宜、綜合治理的原則。

一疏，就是盡量不改變地下水，特別是集中的巖溶水的徑流或滲流途徑，保持地下水的原始循環(huán)與貯存狀態(tài)的疏導(dǎo)方法，從而減少地下水的工程性流失，保證施工、結(jié)構(gòu)和環(huán)境安全，達(dá)到建設(shè)綠色環(huán)保工程的目的，是優(yōu)先考慮的方法。

二堵，就是對開挖后洞壁滲涌水或經(jīng)超前鉆探探明以及已經(jīng)涌出工作面的大量地下水、大量溶隙(洞)充填物、富水的松散破碎帶等進(jìn)行灌漿封堵，既達(dá)到防水堵水的目的，同時亦改善圍巖的力學(xué)性能，保證開挖安全。封堵范圍根據(jù)實際情況確定，以達(dá)到防水、加固而又不堵塞隧洞一定范圍外地下水徑流途徑為宜，封堵是施工中常采用的措施。

三排，就是通過疏、堵措施處理后仍然存在的少量地下水，或其它散存不便處理的少量地下水，在不大影響當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活泉流的情況下，予以限量排放。

3 地下水處理措施

3.1 地下水的疏導(dǎo)

圍巖開挖后，對于可見水流集中的孔隙、溶隙、溶洞或暗河水，為了不改變地下水的流動規(guī)律、流動路徑，其處理應(yīng)優(yōu)先考慮選擇連通疏導(dǎo)方案。首先通過多種地質(zhì)手段，探明隧洞周圍溶隙、溶洞等的發(fā)育方向，對于流動路徑比較明確的，且確系隧洞截斷了通道，則可以通過在拱頂或底部適當(dāng)部位增加輔助通道繞過隧洞將水連通，形成新的過水通道，而不改變地下水總的流動趨勢。由于水中常含有一些泥砂，并且可能受大氣降雨影響，因此這樣的輔助管道一方面應(yīng)有較大的過水?dāng)嗝妫硪环矫鎽?yīng)有一定的坡度，防止泥砂淤積。如隧洞底部存在較大溶洞、暗河，也可采用暗涵、梁板跨越。上述工作應(yīng)同時做好局部滲縫的淺部封堵、嵌縫工作。

同時，采用地下水疏導(dǎo)方法，可以避免因采用各種封堵方法導(dǎo)致的工程造價突增和工期延誤，以及防止隧洞周圍水壓增高和襯砌產(chǎn)生附加應(yīng)力。

3.2 地下水的封堵

當(dāng)洞室涌水量由小到大變化，然后趨于動儲量相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定值。這類涌水包括巖溶水因充填裂隙的地下水力梯度增加或沖刷加劇而逐漸貫通，并與其他水體(地表水與地下水)發(fā)生水力聯(lián)系時的涌水，以及與地表水有水力聯(lián)系的斷層破碎帶的涌水。采用以排為主的方法無效時，必須切斷水力聯(lián)系通道，堵住地表水體補給，適合采用注漿堵水的方法防排水。一般可考慮采取以下措施：

3.2.1 鉆孔

鉆孔前應(yīng)清除松散圍巖，根據(jù)地質(zhì)預(yù)報判斷來水方向，以便于合理布置鉆孔。一般主要在出水部位及周邊附近鉆孔，梅花形布置孔位，在一般大面積散狀滲水段，間距控制在1.0m～1.5m；孔間距可根據(jù)水流量適當(dāng)調(diào)整，控制在0.5m～2.0m；鉆孔深度應(yīng)為開挖輪廓線外8m～12m。在鉆孔過程中，一方面應(yīng)保證大部份鉆孔都能鉆到內(nèi)部的出水部位，穿過出水巖層，將水引出，另一方面應(yīng)判斷孔內(nèi)出水點到隧洞開挖輪廓線的距離，為以后的注漿服務(wù)。

3.2.2 安設(shè)注漿管

采用空口封閉法注漿，注漿管采用鋼管。根據(jù)鉆孔出水部位，在管前端1m～3.0m范圍內(nèi)鉆花孔，花孔直徑應(yīng)不小于8mm，間距為10cm～15cm。如果出水部位距離孔口較近，可安設(shè)1m～1.5m左右的孔口管(花管)；如孔內(nèi)的出水部位距離孔口較遠(yuǎn)，可安設(shè)和鉆孔長度一樣的注漿花管。管口均應(yīng)安裝球閥，管外壁和孔壁間的間隙用速凝水泥或樹脂等錨固劑封堵，注漿管安裝完成后，應(yīng)將注漿管中的水排出。

3.2.3 注漿材料與配合比

可供選擇的注漿材料較多，應(yīng)根據(jù)巖體裂隙性質(zhì)、滲透性、滲流等條件選擇，以達(dá)到設(shè)計的擴散距離要求，滿足固結(jié)具有一定的后期強度、耐久性，并達(dá)到設(shè)計防滲堵漏目的?？蛇x用水泥漿或化學(xué)漿液，最常用灌漿材料為水泥、細(xì)水泥，水泥品種應(yīng)根據(jù)要求和地下水的侵蝕性確定，無特殊要求時，一般采用普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號不低于42.5號。如水量較大，水泥漿在地層中凝固困難，可在水泥漿中摻入外加劑。外加劑的種類及其摻合量應(yīng)通過室內(nèi)漿材試驗和現(xiàn)場灌漿試驗確定，一般使用水玻璃漿液。灌注普通水泥漿水灰比2∶1、1∶1、0.6∶1，細(xì)水泥漿水灰比1∶1、0.8∶1、0.6∶1，純壓式、單液法灌漿，水泥漿與水玻璃的配合比一般為2∶1～1∶1，純壓式、雙液法灌漿，配比可依靠注漿泵的壓力或排量閥調(diào)整?；瘜W(xué)灌漿在滲漏較小、孔淺時，可采用純壓式單液法注漿。為便于施工，確保注漿的連續(xù)性，水泥灌漿材料應(yīng)選擇高速攪拌機拌和，水泥漿經(jīng)試驗盡可能選擇穩(wěn)定漿液或少級配漿液。在一般情況，普通水泥用1∶1、細(xì)水泥用0.75∶1的穩(wěn)定漿液灌注，水泥漿與水玻璃配比2∶1。

3.2.4 機械設(shè)備與一般要求

拌和采用高速攪拌機，其拌合能力應(yīng)分別與所攪拌漿液類型和注漿泵的排漿量相適應(yīng)，注漿泵性能也應(yīng)與漿液類型、濃度相適應(yīng)，注漿泵及所有軟管、閥門、接頭和連接套管的容許工作壓力應(yīng)大于最大灌漿壓力的1.5～2倍。注漿前，應(yīng)做壓水試驗，以確定注漿壓力，注漿壓力應(yīng)大于涌水壓力的2～3倍，且小于最大容許注漿壓力。涌水壓力0.1MPa≤P≤0.5MPa時，可選用中低壓力的單液泵、雙液泵、砂漿泵或化學(xué)注漿泵，其泵壓應(yīng)大于3.0MPa，注漿壓力0.5MPa～1.5MPa，漿液擴散半徑一般為0.3m～1.0m左右；當(dāng)涌水壓力0.5MPa≤P<1MPa時，注漿泵泵壓應(yīng)大于6.0MPa。注漿順序應(yīng)從上到下，先堵出水最小的孔，再依次封堵出水較大的孔。如發(fā)生串漿，應(yīng)及時暫時關(guān)閉串漿孔孔口閥，待其它孔注漿完成后，再打開串漿孔的閥門，如流水或流漿，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行注漿，直致完成封堵最后一孔流水(流漿)的孔。注漿過程中，須監(jiān)測冒漿漏漿情況、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形等，特別是涌水壓力≥1.0MPa，注漿壓力≥3.0MPa，選用高壓注漿泵注漿時，應(yīng)予以密切監(jiān)測。

3.2.5 注漿結(jié)束

以單孔內(nèi)達(dá)到“不再吸漿”和“不再滲水”為標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下，按規(guī)定壓水注漿時，單孔注入量不大于0.4L/min，且持續(xù)30min仍無變大的趨勢時，可視為達(dá)到了不再吸漿的要求。檢查孔涌水壓力小于0.2MPa、涌水量(清水)小于0.2L/min時視為不再滲水。注漿封堵結(jié)束后進(jìn)行封孔。

3.3 地下水的引排

當(dāng)隧道初期涌水量很大時，表現(xiàn)為突水，隨著時間的推移，涌水量不斷衰減，最后僅為滴水或滲水。這類涌水對隧道施工影響很大，對運營影響相對較少；對此類地下水處理應(yīng)以排為主。具體措施為：采用超前鉆孔和排水管進(jìn)行排水，布置排水溝、集水坑，然后采用水泵引水至隧洞臨時排水系統(tǒng)排出洞外。具體可以參照以下處理措施：

3.3.1 挖前對開挖體進(jìn)行超前鉆孔排水。沿頂拱開挖輪廓線施作超前排水孔，孔深6m～8m，環(huán)向間距為1.5m～2.0m，每排約4～5孔。鉆孔方向沿垂直于洞斷面的豎直平面，并與水平線成10°～20°夾角。

3.3.2 鉆孔順序為順時針或者逆時針，每鉆完1孔，立即在孔內(nèi)安裝與鉆孔相匹配的單壁波紋排水管，波紋管長約20cm，入孔15cm左右，并

圖1 超前鉆孔排水示意

采用大一號的單壁波紋管將入孔排水管用三通管串聯(lián)起來，并用φ10mm鋼筋及鉛絲將單壁波紋管沿已開挖洞壁固定牢固，并使單壁波紋管呈拱曲形，將水流順利排至路面兩側(cè)排水溝(30cm×30cm)。

3.3.3 待超前排水系統(tǒng)完成之后，便可進(jìn)行后續(xù)的開挖工作，若仍有滲漏水在工作面，施工員可配備防雨裝備進(jìn)行后續(xù)施工。

3.3.4 在后續(xù)進(jìn)行噴射混凝土工作時，若工作面有滲水現(xiàn)象，則：

(1)在噴射混凝土施工前，將受噴面表面水及裂隙水采用高壓風(fēng)風(fēng)干，以有利于混凝土的粘結(jié)；

(2)調(diào)整噴射混凝土配合比，增大噴混凝土中速凝劑、減水劑等外加劑用量，或改噴早強鋼纖維混凝土，以便及時封閉巖面；具體配合比將根據(jù)現(xiàn)場實驗做調(diào)整優(yōu)化；

(3)噴射混凝土需沿一定方向分區(qū)、分塊、分薄層均勻施噴，分多次將混凝土噴射至設(shè)計厚度；

(4)若經(jīng)過噴混凝土工藝優(yōu)化，在受噴面還有滲水，則可加設(shè)導(dǎo)管排水，導(dǎo)管垂直于受噴面布置。施作φ50mm超前排水孔，孔深2m～3m，1.5m×1.5m梅花形布置，具體孔間距可根據(jù)受噴面滲水流量大小調(diào)整。然后，在孔內(nèi)安裝φ50mm單壁波紋排水管，波紋管長20cm，入孔15cm，采用φ100mm單壁波紋管將入孔排水管用三通管串聯(lián)，具體布置形式可以參照超前排水導(dǎo)管系統(tǒng)。

3.3.5 對于已完成噴護(hù)作業(yè)的工作面，若還存在滲水情況的，可采用彩鋼瓦將滲水引排至兩側(cè)拱墻，然后順墻流至排水溝，彩鋼瓦與拱頂系統(tǒng)錨桿采用φ10mm鋼筋焊接或鉛絲進(jìn)行固定即可。

3.3.6 在拱墻滲水部位周圍設(shè)置φ50mm排水孔，深度4.0m，間排距1.5m×1.5m，梅花形布置，具體部孔密度可以根據(jù)現(xiàn)場滲水情況調(diào)整，孔向與水平線成10°～20°角。孔口設(shè)置φ50mm單壁波紋管，長度50cm，入巖10cm，尾端管口貼近墻面正對排水溝，以便水流進(jìn)入排水溝內(nèi)，采用φ10mm鋼筋、鉛絲固定即可。

3.3.7 洞內(nèi)排水系統(tǒng)。在橫斷面形成2%的人字橫坡，向雙側(cè)排水；在斷面邊墻底腳設(shè)置一條30cm×30cm(寬×深)排水溝用于排水、排污，并在開挖后的斷面根據(jù)水流集中情況，沿洞軸線每間隔50m布置1個1.5m×1.5m×1.5m尺寸的集水坑，并用40m3/h潛水泵，將集水從集水坑抽入進(jìn)廠交通洞已成形的排水系統(tǒng)，然后排出洞外。

4 結(jié)語

建設(shè)綠色環(huán)保工程，和諧工程是我們共同目的。隧洞工程，一方面造福于人民；另一方面可能因改變當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境而影響到當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和居民生產(chǎn)生活，引發(fā)社會糾紛等問題?？茖W(xué)預(yù)測預(yù)報、因地制宜、合理選擇處理方案，是值得研究并應(yīng)給予高度重視的課題。同時，地下水特別是巖溶水的疏導(dǎo)、封堵處理，是一項較為復(fù)雜的技術(shù)。工程施工中應(yīng)加強施工地質(zhì)工作。封堵方案處理前，應(yīng)予以測定涌水段裂隙溶隙、溶洞等特征處的水量、水壓以及正確判斷水流方向，以合理選擇注漿方式、材料、參數(shù)、工藝設(shè)備。

〔1〕任旭華.富水區(qū)深埋長隧洞工程中的主要水問題及對策.河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院，南京.

〔2〕吳世勇.錦屏水電站輔助洞工程地下水及治理對策.二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司，成都.

〔3〕喻寶楨.錦屏二級水電站引水隧洞逆坡施工排水措施.武警水電第一總隊第三支隊，南寧.

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2095-1809(2015)04-0018-04