地下隧洞开挖施工中突涌水的预防与处理

闫红梅

（中国水电建设集团第十五工程局有限公司 陕西 西安 710065）

1 工程背景

引汉济渭椒溪河勘探试验洞项目是陕西省引汉济渭引水工程越岭段引水隧洞的起始标段，全长6592m。隧洞设计断面为马蹄形，成型后洞宽×高=6.76m×6.76m。支洞长324m，与主洞交汇里程k2+575，进口方向长度2575m，出口方向长度4063m，主洞坡降为1/2527。主洞位于秦岭岭南中低山区，地形起伏，特别是在k2+750～k2+980段为穿越椒溪河段，地质条件复杂，最小埋深约20m，基岩厚度不到15m。在2013年的施工中出现三次大的涌水，最大时涌水量达1700m3/h以上，给施工造成严重影响。

2 三次大涌水的处理措施

2.1 第一次涌水

第一次涌水发生在桩号K2+692.5处的拱顶部位，经推算初始涌水流量约为1000m3/h左右。第三天洞水位已上升到洞顶以上11m多深，经测算涌水量约为300m3/h，洞内水位升高涌水流量明显减弱。

首先，采用抽排的方案。即：通过抽排达到可继续向前开挖条件，继续向前开挖，不做堵水处理。但随着雨季的到来，洞内涌水不断增大，难于实现。

其次，采用灌浆堵水方案。即：在紧贴掌子面浇筑一混凝土止浆墙，墙厚4.0m，向周边入岩1.0m，涌水通过Φ300的两根带阀门的钢管集中引出，止浆墙上布置4环28个注浆孔（一环注浆孔3个，二环注浆孔12个，三环注浆孔10个，四环注浆孔3个），主要是放射型分布在拱圈附近，灌注洞段长度25m。设置5个超前探孔，4个检查孔。止浆墙内设有水流通道，并通过预埋的Φ300的带阀钢管两根导出。采用这种方案，经两个月的实施拆除了止浆墙，洞挖正常开始。

2.2 第二次涌水

第二次涌水发生在K2+707断面的左侧底板靠近边脚。这次涌水是在第一次涌水处理完成，开挖了6个爆破循环（每循环进尺2.5m左右）后出现的，距第一次涌水断面仅掘进14.5m，也是在第一次涌水止水灌浆处理段（25m）内，但出水的位置在底部，不在处理范围内。

这次采用第一次的堵水灌浆方案，但仅对出水部位局部浇筑混凝土盖重止水然后再灌浆处理。本次两次都因盖重自重不够而失败，后加钢管支撑才得以解决。共用时也两个多月，堵漏注浆结束，经打检查孔满足堵漏要求。随后进行了止浆盖重混凝土的拆除施工，开始了下一循环开挖施工。

经过两次突涌水及处理情况的总结，为确保继续开挖的顺利进行，经深入细致的研究，提出了“以超前钻孔探水来了解开挖段的地质和水情情况，以探孔出水采用高压注浆进行预处理”的方案进行逐段处理逐段开挖。具体方案如下：

（1）孔位布置。距离轮廓线内侧约0.5m，环向间距3.0m布置8孔，掌子面中心布置1孔，总计9孔，孔深度25m，钻孔位置参考超前钻探钻孔布置示意图1。掌子面超前钻孔布置的见表1。

图1 钻孔布置示意图

表1 掌子面超前布孔布置

（2）超前钻探边缘孔应按一定的外插角进行施做，应终孔于隧洞开挖轮廓线以外2m～3m，以便查明隐伏在隧洞边墙外的含水地质构造。

（3）在钻进中应及时记录钻速、响声及其变化、岩粉、卡钻情况、钻杆振动情况、冲洗液的颜色及流量变化、出水情况（出水位置、测水量、水压）等，以粗略探明岩性、岩石强度、岩体完整程度情况等。

（4）对于超前钻探出现突涌水的探孔应做为注浆孔进行堵水注浆。

2.3 第三次涌水

在第二次涌水成功处理后，按照“探水注浆预处理方案”，分段实施。对出现涌水的孔通过高压灌浆堵水处理，成功完成了第一个循环。在第二个循环段完成钻孔探水并经高压灌浆处理后，在进行第一循环爆破后，又发现渗水直至第二天后形成涌水。据测算涌水量超过了1700m3/h。

本次涌水量明显大，且流速快，压力大。当天下大雨河水上涨时，洞内涌水量急剧增加，种种迹象证明涌水通道与河道的贯通，施工单位紧急启动突涌水应急预案，同时在支洞交叉口再增加抽排设施以控制水位的继续上升。在这种情况下，利用晴好天气和河水位低的几天有利时间，采取“外截内堵”方案进行处理。“外截”就是用了近五天时间，近十人在可能漏水河道段密集进行详细察看，搜寻漏水点，并对疑是漏水点进行了防渗拦截和河道改流的措施，取得了明显的效果，洞内涌水流量减少近一半。“内堵”就是在洞内采用100B钻机在较好的基岩面上向漏水通道打引水分流孔道以尽量减少涌水通道的流量，然后采用锚杆系统支撑，钢筋网阻拦，棉絮强行堵塞通道，高强喷射混凝土逐步封闭的措施对不规则的涌水通道进行封闭。在喷射混凝土具有一定强度后，利用预埋的引水灌浆管采用双液浆灌注涌水通道以形成较强的堵水凝固浆液塞体。最后利用引水分流孔道安装注塞器进行堵漏灌浆。通过“外截内堵”方案仅用了12天就成功地完成了第三次大涌水的处理，大大降低了突涌水造成的经济损失和工期影响。

表2 三次大的涌水处理情况对比分析表

3 涌水施工情况分析

椒溪河勘探试验洞在下穿河道不良地质段开挖施工中，总结第一、第二两次涌水经验，制定了“钻孔探水，灌浆预处理”施工方案后，共进行了7个循环的探水预处理开挖施工，其中5个循环的20个探孔都成功探到大量涌水通道。通过高压灌浆预处理，绝大多数涌水通道得到有效堵塞，仅有一次未成功，即发生了第三次大的涌水。根据第三次涌水现象，涌水通道位于开挖线的临界位置，由渗水逐步发展成大涌水，大量涌水前涌出了一定量的黄泥夹石，涌水通道周围岩石较好且距通道边缘约40cm左右有T5探孔存在。分析认为：涌水通道往往较为复杂，涌水水流形成空腔的通道，能够通过灌浆形成较好的堵漏塞体，而未被水流冲出空腔而被泥土填充的通道，难以通过灌浆形成堵漏塞体，一旦爆破形成薄弱部位即很快涌水。另外，探水孔的数量有限，难免有探不到的地方。

对于三次大的涌水处理，从涌水位置、最大涌水流量、处理方案、处理发生的工程量、处理所用时间及处理效果等方面对比分析见表2。

4 结论

通过对引汉济渭椒溪河勘探试验洞工程在极易涌水的不良地质段开挖施工中所采取的方法措施等资料整理、数据分析，笔者认为：

（1）易于涌水地质段的隧洞开挖，预防涌水非常必要。采用钻孔探水，其直观明了，且较好的孔位布置探水成功率都在95%以上。对于探到水的孔进行高压灌浆封堵水道，压力控制在5.0MPa左右，可有效解决涌水问题，确保安全顺利实施开挖。

（2）一旦涌水须尽快实施封堵灌浆方案进行处理。封堵灌浆是最有效最快捷的涌水处理方案，抽排方案往往因为很难判断其涌水水源和涌水量的多少，特别是受施工用电及抽排水设备的影响，极易造成对工期的严重影响，施工成本增加，甚至会造成淹洞以至安全事故。

（3）堵漏灌浆要取得较好的效果，就必须把涌水通道内的填充物尽可能的冲洗干净。涌水通道常常不是一个单一的通道，有可能在其内部存在被填充物堵塞的旁通通道，这是特别要关注的。一般旁通通道需要一定的时间才能被水冲开。

（4）止浆墙可有效解决涌水封堵问题，但需依据实际情况采用灵活的方法更能节约工期，降低成本。椒溪河项目分别采用浇筑混凝土盖重解决隧洞下部涌水和分流强堵联合喷射混凝土封闭的综合方案解决隧洞上部涌水都取得了成功。特别是分流强堵联合喷射混凝土封闭的综合方案还未见先例，其处理速度之快和处理成本之低具有很大的经济效益，值得借鉴和推广。陕西水利