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存在的水量與水質安全問題，并為本溪市、本溪縣和本溪新城經濟社會發展提供安全可靠的水源。

工程位于本溪市管轄區，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。取水頭部設計規模為125萬m3/d。管道大部分沿河敷設，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現象，大量的涌水往往給工程帶來許多困難和危害，甚至造成嚴重事故而迫使工程停工，從而大大影響工程施工。

2.1 發生經過

遼寧省觀音閣水庫輸水工程隧洞樁號M11+975發生涌水突泥現象，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，連續排水近2個月，初步具備人員、機械進洞施工條件。經相關專業人員現場查勘，涌水突泥點位于掌子面右拱肩處，尺寸約為0.5m×0.3m，內部空腔形狀不規則，目前能夠暫時維持自穩。

2.2 工程地質情況

此次涌水突泥發生的隧洞位于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。主隧洞進口設在香磨村上游約400.0m，小湯河右岸，末端為大峪分水口起點。隧洞進口采用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）泥灰巖，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，F102，發育斷層泥及碎裂巖等，預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處發育1條規模更大的斷層F95，穿越于灰巖中，巖層紊亂、節理裂隙發育、巖體完整性差、透水性強、巖石溶蝕現象嚴重。

4號下游涌水段揭露地層巖性為灰巖（現場取巖樣，滴酸后有大量氣泡產生），揭露圍巖類別為Ⅳ類，已開挖段沒有發現溶蝕裂隙及溶蝕孔洞，多以節理為主，張開性裂隙不發育。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，出現較大涌水跡象不明顯。

2.3 原因分析

1）工程招標圖中該段附近存在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，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巖，屬可溶巖，雖然在已開挖段圍巖中并沒有發現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，風化程度差異較大，所以認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號支洞開挖中曾經數次見到巖溶地質現象，所以此處涌水屬于巖溶涌水的可能性較大。

該段斷層發育，巖性為可溶巖，地下水活動強烈，洞室埋深較淺，地表河流發育，地下水補給充足，因此該段易產生構造巖溶性涌水。

根據以上分析，結合涌水初期水流渾濁情況及地表水井水位下降等現象，初步認為該處涌水應屬于斷層巖溶涌水，屬不可預見地質原因。

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涌水突泥發生后，在洞內排水達到人員進入條件后，進行實地查勘，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、地下水處理等方面專家對前期方案進行論證，根據前期方案及專家意見形成最終處理方案。

3.1 支護

從現場觀測可見，由于從出水口涌出大量石渣，出水口內存在巨大空腔，遇擾動極易發生二次塌方。因此，在樁號M11+975—M11+970段必須采用邊清渣邊支護的原則，加大支護強度。該段支護參數具體見圖1，必要時頂拱施做鋼插板。

圖1 出水口處支護示意圖

3.2 導水

根據原有地下水位判斷，該出水點可能存在1.0MPa以上靜水壓力，為防止施做封堵時水壓對支護結構和后期封堵造成破壞，在樁號M11+965處設置2個鉆孔導水，如圖2所示。孔徑120mm，設置在洞室右側邊墻，距底板0.5，1.0m處，與洞軸線夾角30°。導水孔位置和數量可根據現場實際情況調整。

圖2 導水孔示意圖

3.3 空腔支護

導水完成后，擴大原有出水口，人員進入后進行地質測繪和測量，針對具體情況再確定支護方案。

3.4 空腔封堵

待洞室支護和導水工作完成后，采用DN150鋼管向空腔內泵送C25自密實混凝土，混凝土應添加膨脹劑。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，對該段實施阻水固結灌漿，灌漿材料選用HSC超細水泥漿。漿液配比及屏漿壓力根據現場試驗確定。

4 結語

此次涌水突泥事件中，大量堆積物從流水涌出，造成洞室外側形成巨大空腔。故空腔回填量較大，根據目前清淤量估算，空腔回填量可能達到1500m3。此處涌水量較大且沒有減小趨勢，故該處節理構造發育，后期阻水固結灌漿量較大。根據該段前期歷次阻水灌漿現場數據及灌漿規范要求，固結灌漿量按100kg/m計算。為避免后期開挖過程中再次出現涌水突泥事件，在后續開挖工作前，每循環必須按照要求，在掌子面設置5個5.0m長探孔，以保證施工安全。