調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集團有限公司；2華通設計顧問工程有限公司）

0 引言

文章以三亞市西水中調項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，在此基礎上介紹了針對該涌水問題所采取的超前地質預報及帷幕灌漿等處理措施。

1 工程概況

本項目建設內容及規模：原水工程（按遠景規模60萬m3/d建設）包括取水工程、輸水隧洞工程、輸水管道工程。建設內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#）農灌支洞及農灌井、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。原水輸水隧洞設計引水流量為7.80 m3/s,全長28.10 km,沿線地質條件復雜，埋深大，發育有斷層、涌水、地熱及巖爆等不良地質現象。項目總平圖如圖1。

圖1 三亞市西水中調項目總平圖

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構，使水動力條件及圍巖力學平衡發生急劇改變，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生一種動力破壞現象。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構造帶突涌水。其中裂隙-溶隙涌水往往是由于圍巖節理裂隙發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埋導流管進行排水疏導即可，對圍巖穩定性影響較小；而構造帶突涌水一般由地質構造運動形成的斷層破碎帶引起，由于該處圍巖破碎，滲透系數大，賦存大量地下水，且兩側完整性好的圍巖形成穩定隔水層，使得破碎帶內的地下水具有量大、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，設計坡度3.98°，隧洞洞身段發育有物探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，突發涌水現現象，射流距離達6～8 m。

根據現場情況，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

針對此次涌水現象，采取地質雷達進行超前地質預報，對掌子面前方30 m 范圍地質情況進行預報，由于受地層條件影響，預報有效距離為20.50 m，地質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#支洞掌子面左側暫未發生涌水區域進行施鉆2 個探測孔，設備采用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，未出現卡鉆受阻、鉆孔速度突然加快等現象，未發現有明顯流水排出，在鉆孔深度約3 m，突然出現較大涌水，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，左側孔深3.30 m 探到巖石，右側孔深2.20 m探到巖石，與超前地質預報結論基本相符。

3 帷幕灌漿處理方案

3.1 帷幕灌漿設計

堵漏采用超前預注漿技術，根據地質條件結合現場施工情況，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，根據地層可注性，合理調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計深度0.30 m。

采用短進尺，每循環進尺為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，鉆孔按灌漿分區進行施工，孔位偏差控制在10 cm范圍內；灌漿分區順序：先底板，邊墻，后拱頂；灌漿鉆孔施工完成后，立即安裝止漿塞，連接輸漿管，調整灌漿壓力。

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，根據地層可注性，適當調整水玻璃用量，當節理裂隙較大時，通過加入適量粉細砂，增加封堵材料的強度。灌漿壓力視地質條件，現場施工情況確定，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，注漿量持續減小時，或注漿量減小而壓力持續升高，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，調整為濃一級的漿液。③當注漿量＞30 L/min時，根據施工情況越級調整為濃漿。④在灌漿段最大設計灌漿壓力下，灌漿段注漿量≤1 L/min時，延續灌注20 min后結束灌漿作業。

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 灌漿封堵質量檢查

灌漿質量檢查采用鉆孔排壓法進行檢查，當第一段周邊灌漿完成后，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 結論

文章結合三亞西水中調項目10#洞施工中出現的隧洞涌水問題，概述了出現涌水問題的地質模式并找出了導致該項目涌水的具體原因，結合鉆孔與地質雷達，以及后續帷幕灌漿技術的工程實踐，證明帷幕灌漿技術對隧洞涌水封堵及提高圍巖穩定性有一定的效果，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，因根據地層條件適當調整二者配比，提高地層可注性，且考慮施工過程中，為防止地層隆起沉降，對灌漿壓力也應進行適當調整控制。

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