引水工程輸水隧洞掘進中的涌水與治理

梁修坤

廣東華隧建設集團股份有限公司 廣東 廣州 510000

1 工程概況

榕江關埠引水工程位于廣東省東部，如圖1所示，主要包括汕頭市朝陽區和揭陽市普寧市，屬于榕江和練江流域。工程取水自朝陽區榕江支流南河下游，引水量20m3/s，取水口位于南河交匯處上游約3.8km處。南河段。南北走向的河流（金木鎮新嶺村），位于鏡浦碼頭下游約3.8km處，取水口170m，引水盾構管道南北延伸，主要沿147個省道連接。途經S234國道和京浦碼頭，沿途經過新榮村、姜石村、東倉村、浜頭村，待村莊流入南山腳下加壓泵站前池后，經加壓泵站至位于山腰西南側的高位水池，胡村附近的山體向西南方向轉入普寧市北山村腳下龜山水庫附近的出水池。其后由排水塘溢流堰分為北山村水道和北山水道，匯入練江。

圖1 榕江關埠引水工程地理位置圖

2 水文地質特性

2.1 汕頭潮陽區概況

潮陽區位于廣東省東南部。地域范圍東經116°18′～116°44′，北緯23°03′～23°33′。西接普寧市，南鄰潮南區。地處榕江下游三角洲，平原面積占大部分，余為丘陵山地。全區陸域總面積666.63km2，水資源計算面積為667.6km2。境內河流多，港口多，主要河流有榕江、連江。朝陽區為濱海丘陵區，地勢由西北向東南傾斜，南隔連江與潮南區相望，由西向東延伸，形成連江平原。北部有小北山，榕江平原在小北山的東北側。北部山區海拔不足200m，屬中丘陵地帶。東海岸為北山余脈，丘陵臺地多，丘陵區少。

2.2 普寧市概況

普寧市屬蓮花山系的大南山麓，境內有山地、丘陵、平原，地勢復雜，其中中西南部高，屬山區；中部低，屬平原；東北部多位丘陵地帶。全市山地、丘陵為979km2，平原為641km2，分別占全市總面積60.4%、39.6%。主要山脈，西有南陽山系，南有大南山系，東北有鐵山系，北有洪山系。地勢自東北向西南增高，西南部是群巒山區，東北部為低丘，中部為平原。境內主要河流有榕江、練江和龍江。

3 隧洞掘進中遇到的困難及突水涌泥分析及影響

3.1 遇到的困難

輸水隧洞段規模較大的斷層共發育10條，寬1～5m不等，兩側斷層影響帶寬約10～50m不等。斷層走向主要為北西向，與沖溝走向基本一致，傾向北東或南西的陡傾角斷層為主，與隧洞夾角多為30°～70°，斷層帶主要發育糜棱巖斷層泥、壓碎巖、角礫巖、石英等，多呈強風化巖、全風化土狀，膠結差，易產生塌方及突發性涌水，斷層帶內偶夾弱風化巖裂隙密集破碎帶，如圖2。

圖2 輸水隧洞外部實景圖

3.2 突涌水有裂隙（溶蝕裂隙）和構造帶兩種，其作用機制差異很大

(1) 構造帶突涌水

掌子面前方構造帶地下水量較大，水量和水壓較大。它們的流失會造成地質災害，例如洪水和泥石流[1]。

施工期的洞內排水主要來自地下滲水、施工廢水。鉆爆段巖體完整性較差，軟弱風化夾層較多，裂隙密集發育；隧洞沿線穿越斷裂帶，裂隙較發育，斷層規模總體較大，斷層帶巖土體破碎不完整，且往往形成強透水通道，自穩能力差，沿斷層面易失穩，這些部位圍巖以Ⅳ～Ⅴ類為主；沿線寬度較大沖溝地段，裂隙往往發育，巖體一般破碎，豐富的地下水本區地下水主要為巖縫水。構造帶突涌水機理如圖3。因此，在施工期間，采用排水溝和集水井對隧道排水，并分階段抽水泵，通過各施工通道的開口將隧道積水排出。

圖3 構造帶突涌水機理

(2) 裂隙（溶隙）突涌水

地下水從工作面局部結節和裂隙噴發如圖4所示，因為裂隙（溶解裂隙）的含水介質保水和蓄水能力差，導致來水量低，水壓低。雖然價格昂貴，但滲濾液的作用并不能讓掌面快速閉合[2]。此工程豎井開挖土層主要為全風化花崗巖及坡洪積中粗砂、碎石土，中粗砂、碎石土松散狀，透水性較好，穩定性差，須做好止水、支護措施。

圖4 裂隙突涌水地質構造示意圖

4 突涌水預防和治理

地下水的入滲和排放主要采用引排水相結合的方式。積水集中在下層，排水系統將其集中泵送至隧道外。

4.1 構建可靠排水系統

排水系統集水井設置液位傳感器，自動控制水泵啟動和停止排水，也可以手動啟動和停止水泵運行。排水系統的設計選型具備240m3/h的排水能力，遠遠大于一般情況下需要的排水量，具備應對較大的突發涌水的能力。而且，本標段工程主洞坡度較小，有一定的緩沖應急搶險時間。為防萬一出現更大的涌水，還考慮了另外緊急搶險排水措施。主要措施是將施工供水系統改換成排水系統使用。即在每個泵站處在高壓水管上開口，與安裝在泵站處的水泵相接通，正常情況下把閘閥關閉。一旦遇到突水、涌水險情發生，立即將進水閥關閉，切斷高壓供水，打開排水閘閥進行應急搶險排水。另外，如遇到極大突水、涌水險情發生，排水管路無法滿足排水要求時，可臨時搭設擋水壩，防止涌水將設備淹沒損壞。TBM后配套尾部配備足量沙袋，在突水涌水發生時，第一時間搭設攔水壩，如圖5，沙袋攔水壩搭設方便迅捷，TBM排出的涌水可直接排至擋水壩后，經交叉口排水系統排至洞外。

圖5 沙袋攔水壩示意圖

4.2 點、面、線流滲水處理

針對超前鉆孔探明的點、面、線流滲水，可以根據圍巖裂隙走向等描述情況，分析出圍巖的實際滲漏情況，這樣可以利用針對性的處理手段，實現良好的處理效果[3]。針對點狀滴水的情況，采用堵漏劑，通過封堵的方式進行優化處理。在點狀線流的處理中，采用表面封堵的方式，埋設引水管進行排水處理，同時使用42.5級普通谷氨酸鹽水泥灌漿的方式，進行針對性的處理與輔助。在對局部滲流或面流處理過程中，一般情況下采用YT-28的氣腿鉆鉆孔，形成注漿孔，將φ50鋼管放于孔內，外露鋼管長度要低于噴混凝土層；然后，使用棉紗對鋼管與孔口位置進行封緊處理;最后，使用鋼管或者PVC管進行充分的連接，將圍巖中的水集中排出。完成上述操作之后，既可使用混凝土噴射器進行噴漿處理，對其孔位周圍進行針對性的封堵，以保障其結構質量，也可對該孔進行堵水處理。在出現大面積線流的情況下，要集中對漏水部位布設灌漿孔，保障灌漿孔排距在1.5m的范圍，同時孔距保持為1.5m的范圍，孔深控制在4.5m，并采取梅花形布置。通過這種處理模式，可以避免受到外界因素的影響，實現良好的灌漿處理。

4.3 涌水突水的處理

圖6 巖基中的灌漿帷幕

在完成掌子面開挖之后，經常會出現不同程度的突水、涌水問題。這種情況主要出現在富水區斷層帶及前方涌水域，因這些巖層受到水流動的影響所導致。一旦出現大量的涌水問題，需要采用超前預注漿的方式，對巖體進行注漿加固處理。在進行處理的過程中，還需要采用防滲帷幕的方式，如圖6所示，并基于前方水量，采用質量過關的水泥和特殊灌漿材料。在處理過程中，如鉆孔過程中遇到問題時，需使用含水細砂型的漿體材料，以實現良好的處理效果。在具體的實施過程中，為了滿足灌漿的壓力持續增大需求，達到良好的阻漿效果，需要設計止漿墻，控制寬度一般以3m為標準，再進行超前帷幕鉆孔注漿處理。在造孔與設計孔位的偏差設計中，需要控制在10cm。這樣的設計中，需要嚴格控制偏差程度，孔位越接近設計孔位，灌漿質量越能得到保障。在孔口的處理中，則需要保障埋設孔口封閉期，以避免鉆孔過程出現嚴重的突發涌水而無法進行孔口封閉的情況。在孔口的管長度設計中，通常以5m為標準，之后再插入鋼管。在等到初凝3h之后，需要使用低壓灌漿進行合理的固定，控制壓力在0.5MPa以下。在鉆孔過程中，可能還會出現不同程度的涌水、涌泥等問題，此時應基于實際情況采取針對性的處理措施。

5 結束語

通過分析粵東地區榕江關埠引水工程所經過地區的地質結構、突涌水的特點和機理，結局體施工項目，總結出在施工過程中的防突涌水措施，包括構建可靠排水系統、點、面、線流滲水處理、涌水突水的處理等，為后續相類似地質情況的隧洞工程防突涌水提供技術參考。