引洮供水一期總干渠3＃隧洞進口段涌水處理

孫 勝

甘肅省長瀚建設工程有限公司 甘肅蘭州 730000

引洮供水一期工程渠（管）系包括總干渠1 條，長度110.47km，設計引水流量32m3/ s，加大引水流量36 m3/ s；干渠三條，長146.18km；支渠20 條，長度256.52km；城市供水專用管線2 條，長47.02km；鄉鎮供水管線10 條，總長70.25km。引洮供水一期工程2006 年12 月開工建設，2014 年11 月建成通水，在工程建設期間，引洮供水一期總干渠多洞段不同程度出現突水、突泥、塌方掉塊等險情，尤其是總干渠3#隧洞進口段出現涌水事件，通過分析原因，采取“堵排結合”及工程措施進行處理，歷時一年有效解決了涌水問題，保證了總干渠建成安全運行。

1 引洮供水一期總干渠隧洞概述

引洮供水一期總干渠全長109.39km，其中88%為隧洞，共18 座，總長96km，隧洞單洞長度大于10km 的有4個，不但隧洞單洞長度大，由于穿越秦嶺東西向構造帶、祁呂賀“山”字形構造體系、河西系扭動構造體系及隴西帚狀旋卷構造體系的復合部位，地質構造復雜，新構造活動強烈。秦嶺北緣大斷裂帶、深埋隧洞地應力、中生代白堊系及新生代第三系紅色碎屑沉積巖地層極軟巖、第四系飽水黃土等工程地質問題相當突出，給工程施工管理造成了較大的困難，同時導致工程進度嚴重滯后，工程造價不斷攀高。

施工期間，百公里的隧洞群，多洞段出現嚴重的涌水、涌砂、塌方、變形等地質災害，建設過程困難重重。比如總干渠3＃隧洞進口段地下暗河涌水量增加至最大值1640m3/ h；總干渠3＃隧洞楊家大莊穿越700m 深度秦嶺北緣大斷層；總干渠3＃隧洞楊家大莊地下涌水淹沒斜井垂直高度100m；引總干渠7#隧洞TBM 掘進疏松砂巖卡機；總干渠15#隧洞失陷性黃土洞段塌方冒頂等事件。針對各隧洞在不同階段出現的復雜地質條件，建設者不斷探索隧洞施工新技術，新工藝，并且通過各種技術咨詢活動，有效的解決了隧洞施工遇到的各種難題，在保證安全前提下，確保了工程順利建成通水。

2 引洮供水一期總干渠3＃隧洞進口段涌水治理

引洮供水一期總干渠3＃隧洞進口樁號8+902～9+005 涌水洞段為三疊系灰黑色灰巖，鈣質膠結，受構造影響嚴重，裂隙發育，為密集裂隙帶，具有較強的透水導水性，并且為向斜核部及斷層破碎帶、影響帶，由7 條斷層組成，基本組成斷層的物質成分主要有斷層泥、斷層角礫，伴隨巖溶管道涌水，巖體自穩性差，巖體成層狀碎裂結構，為極不穩定的Ⅴ類圍巖。

2010 年5 月27 日，隧洞掘進至樁號8+914 時，隧洞拱側出現股狀壓力突水，該處圍巖屬于極不穩定的Ⅴ類圍巖，突水中伴隨有渾濁體，側頂部出現不同程度塌方掉塊，此時涌水流量85m3/ h，24h 后出水量逐漸減小，最后穩定在30m3/ h，2010 年6 月3 日隧洞開挖至樁號8+940時，當時在掌子面進行支護作業，側頂拱出現壓力涌水，最大射程5.4m，單孔出水量為39m3/ h，合計為145.8m3/ h。由于出水量增加，原有排水設備不能滿足排水需要，加之上游隧洞掘進未貫通，洞內積水自下游向上游排放，洞內水位快速抬高，掌子面積水深度已高達1.5m，造成洞內變壓器損毀，輔助小型工器具全部淹沒，造成施工暫停。

隨后緊急安裝離心水泵2 臺，φ159 排水管2500m，隨著人力、物力等人員設備投入，排水力度加大，洞內積水快速排出。6 月24 日恢復隧洞施工，但在掘進至樁號8+930.9 處時，掌子面底拱處又發生涌水，涌水量達到495m3/ h，致使洞內積水水位加快上漲，掌子面位置水位達到2.6m，由于洞內原有排水設備已全部損毀，洞內積水自內向外流出洞外，隨著洞內涌水量不斷加大，根據排水量計算洞內涌水量約達到1638m3/ h，原有排水設施已不能滿足需求，為了盡快排水，在原有排水設施基礎上增加排水設備并架設φ300 排水管2500m，洞內安裝315kVA變壓器1 臺，配置大型離心泵2 臺，潛水泵2 臺，快速進行洞內積水搶險抽排工作，同步進行注漿封堵工作。

2010 年11 月26 日至27 日，建設單位邀請江河水利水電咨詢中心對引洮供水一期總干渠3＃隧洞進口涌水段施工進行了技術咨詢，咨詢意見要求結合施工揭示的工程地質情況及施工條件，在掌子面位置設置止漿墻，對洞身開挖輪廓線外圍和洞身全斷面超前注漿是必要的；建議進一步加大施工排水能力，按照“堵排結合，以排為主”的原則進行該段施工；建議加強地質超前預報和已開挖段變形監測，確保施工人員安全；建議復核隧洞襯砌結構計算成果，在該段灰巖地層施工開挖完成后，盡快完成永久襯砌工作。引洮一期總干渠3#隧洞進口相關參數如表1 所示。

表1 引洮一期總干渠3＃洞進口相關參數

由于隧洞掌子面涌水量較大，且為多點出水，人工無法實施鉆孔作業，為提供作業環境及保證灌漿效果，在樁號8+931 掌子面處澆筑矩形砼墻封閉掌子面，預埋DN300 鋼管用于臨時排水，并在端部安裝控制閘閥。

堵水采用二重管無收縮雙液WSS 工法向圍巖注漿，形成圍巖注漿固結封堵圈，減小巖溶管道過水斷面以限制涌水量，為隧洞施工提供較好的施工環境。根據施工現場鉆機的性能和注漿隊伍的施工經驗，采用長循環注漿。注漿材料采用A、B 化學漿液，A 液為稀釋后的水玻璃，B 液為添加劑和水組成?；瘜W外加劑的主要功能是調節漿液的適灌性和混合液的凝結時間。根據該段隧洞的工程地質條件，在掌子面共布設灌漿孔28 個，間距1.5m，排距0.5m，實際灌漿過程依據圍巖破碎程度和涌水情況適當加密注漿孔。注漿采用特殊的端點混合器和二重管噴射方式，用注漿泵將A、B 化學漿液壓入外管和內管，并在二重管的端頭混合器中混合，通過濾網在水平方向實現噴射，注漿壓力為0.5～1.5MPa，漿液的初凝時間一般為0.5～2min,噴射過程實行階梯回抽噴射，以10～20cm 為一區間，所有階梯噴射完畢對注漿孔實行封堵。

引洮一期總干渠3#隧洞較大涌水灌漿施工在引洮工程開工以來尚屬首次，特別是在甘肅省水利施工方面也是首次，缺乏實踐經驗。為此，施工過程灌漿施工時要不斷驗證和修改灌漿有關參數，及時調整灌漿施工方法。灌漿深度、灌漿壓力、材料及漿液濃度等要通過現場試驗進行調整。需要認真總結經驗，不斷優化修正方案，并且提出存在的問題，按照確定的“堵排結合”的原則，不斷完善涌水洞段灌漿施工實施方案，參建單位盡快做好各項工作，待洞內積水退到掌子面時立即實施灌漿處理措施。

2010 年11 月17 日—12 月5 日完成樁號8+931 掌子面超前深孔固結灌漿及涌水洞段環向固結灌漿封堵作業，在隨后的隧洞掘進過程中，掌子面涌水部位仍然較多且涌水量較大，導致隧洞注漿及掘進多次中斷，通過及時調整灌漿作業工序與注漿材料配合比，并且實施強排水強掘進措施，先后通過5 個循環超前深孔固結灌漿，至2011 年6 月14 日隧洞掘進至樁號8+993 處成功穿越富水洞段，并對8+965 右側拱頂出現的涌水裂隙空洞部位及8+970～8+993 不良地質洞段側墻與底板裂隙涌水進行了封堵加固并且埋設盲管導流，使涌水洞段的險情得到有效控制，隨后隧洞恢復正常掘進。

引洮一期總干渠3＃隧洞進口后續施工中堅決貫徹執行“弱爆破、短進尺、強支護”的“新奧法”開挖及掘進理念，采取一次支護和二次襯砌聯合支護方式，隧洞一次支護采用掛φ6.5 鋼筋網片、噴C20 砼、打錨桿、支設鋼拱架。對圍巖破碎及特殊洞段先期進行了長大管棚聯合固結灌漿超前預支護處理。即沿隧洞頂拱襯砌外緣一定距離打入一排縱向鋼管，并且在插入鋼管后，再往管內注漿以固結軟弱圍巖、充填鋼管與孔壁之間的空隙，使管棚與圍巖固結緊密，以提高鋼管的強度。開挖后架設拱形鋼架支撐，形成牢固的棚狀支護結構。主要灌漿范圍為洞頂以上5.5m（一倍洞徑），洞身兩側各2m，固結灌漿孔深可根據超前地質預報確定；隧洞二次襯砌現澆鋼筋砼，并且進一步做好地下水導排工作。在采用新技術、新材料、新方法有效施工技術，經過參建單位共同努力，2011 年12 月引洮一期總干渠3＃隧洞建成具備通水條件。

3 結語

3.1 經驗總結

通過對引洮一期工程典型突水、突泥及疏松砂巖不良洞段的技術難題探索研究，其中引洮供水一期總干渠3＃隧洞穿越西秦嶺北緣大斷裂帶，跨越地質構造分區并橫穿區域性活動斷裂帶，海拔2200m 的高山渠磨石梁、駝子山等崇山峻嶺，隧洞埋深750m，地應力大，分布地下暗河，地質構造極為復雜。主要工程地質問題多與圍巖工程地質特性有關，極軟圍巖穩定問題，普遍存在于泥質粉砂巖、泥巖、砂巖及砂礫巖等極軟巖洞段，圍巖穩定性極差；斷裂帶圍巖穩定問題，主要存在秦嶺北緣影響段。隧洞穿越極軟圍巖及秦嶺北緣影響段時，圍巖穩定性極差。

3.2 取得成效

引洮供水一期總干渠3#隧洞進口段涌水量增加至最大值1640m3/ h，通過專家技術咨詢，采取“堵排結合”中二重管無收縮雙液WSS 工法向圍巖注漿治理，埋設DN300 鋼管及封堵加固并埋設盲管導流，歷時一年涌水洞段的險情得到有效控制，成功實現了總干渠3#隧洞施工安全，質量和進度得到有效提升，為引洮總干渠全線完成襯砌具備通水條件奠定了基礎。

3.3 技術總結

通過對引洮一期工程典型突水、突泥及疏松砂巖不良洞段的技術難題探索研究，其目的是總結經驗，汲取教訓，以提高隧洞設計、施工的技術水平，做好地質勘測、超前預報、施工支護方式等措施，采取新技術、新工藝，做好施工方案與設計方案現場結合，有效解決施工過程中突水、突泥及疏松砂巖不良洞段的技術問題，提高建設管理水平。