猴子岩水电站地下洞室富水处理技术

刘 杰，徐 黎，肖厚云

(1.四川南充水利电力建筑勘察设计研究院，四川 南充，637000；2.中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610081)



猴子岩水电站地下洞室富水处理技术

刘 杰1，徐 黎2，肖厚云2

(1.四川南充水利电力建筑勘察设计研究院，四川 南充，637000；2.中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610081)

隧道工程与地下水有着密切联系，隧道开挖过程中地下水将涌入隧道，大量隧道涌、突水将对隧道施工造成严重影响。尤其是穿越岩溶区的深埋长隧洞，它易导致开挖涌水、坍塌等，严重影响施工进度、危及施工安全。文章就隧道工程地下富水处理措施做深入浅出的分析探讨，对正确处理隧道施工过程中的地下水问题具有一定的参考价值。

猴子岩水电站 地下富水处理 施工技术 隧道工程

1 工程概述

猴子岩水电站进厂交通洞路线起点接地下厂房安装间，高程为1703.00m，终点接大坝下游猴子岩大桥右岸桥头，高程为1710.35m。进厂交通洞全长2002m，断面尺寸为8m×7m，最大纵坡2.7%，开挖采用双向掘进方案。进厂交通洞处于地下水位线以下，主要有松散堆积层孔隙水和岩溶水两种类型。岩体含水充沛，基岩裂隙水以滴状渗水为主，目估渗水量约2L/min～4L/min；岩溶水以涌水为主，渗水量约达100m3/h～120m3/h，裂隙水规模较小。

2 地下水处理原则

为维护当地自然生态，同时确保隧洞施工按时按质安全顺利完成，结合国内外隧洞(道)施工地下水处理的有关文献和经验，隧洞地下水处理应遵循“一疏、二堵、三排”因地制宜、综合治理的原则。

一疏，就是尽量不改变地下水，特别是集中的岩溶水的径流或渗流途径，保持地下水的原始循环与贮存状态的疏导方法，从而减少地下水的工程性流失，保证施工、结构和环境安全，达到建设绿色环保工程的目的，是优先考虑的方法。

二堵，就是对开挖后洞壁渗涌水或经超前钻探探明以及已经涌出工作面的大量地下水、大量溶隙(洞)充填物、富水的松散破碎带等进行灌浆封堵，既达到防水堵水的目的，同时亦改善围岩的力学性能，保证开挖安全。封堵范围根据实际情况确定，以达到防水、加固而又不堵塞隧洞一定范围外地下水径流途径为宜，封堵是施工中常采用的措施。

三排，就是通过疏、堵措施处理后仍然存在的少量地下水，或其它散存不便处理的少量地下水，在不大影响当地生产生活泉流的情况下，予以限量排放。

3 地下水处理措施

3.1 地下水的疏导

围岩开挖后，对于可见水流集中的孔隙、溶隙、溶洞或暗河水，为了不改变地下水的流动规律、流动路径，其处理应优先考虑选择连通疏导方案。首先通过多种地质手段，探明隧洞周围溶隙、溶洞等的发育方向，对于流动路径比较明确的，且确系隧洞截断了通道，则可以通过在拱顶或底部适当部位增加辅助通道绕过隧洞将水连通，形成新的过水通道，而不改变地下水总的流动趋势。由于水中常含有一些泥砂，并且可能受大气降雨影响，因此这样的辅助管道一方面应有较大的过水断面，另一方面应有一定的坡度，防止泥砂淤积。如隧洞底部存在较大溶洞、暗河，也可采用暗涵、梁板跨越。上述工作应同时做好局部渗缝的浅部封堵、嵌缝工作。

同时，采用地下水疏导方法，可以避免因采用各种封堵方法导致的工程造价突增和工期延误，以及防止隧洞周围水压增高和衬砌产生附加应力。

3.2 地下水的封堵

当洞室涌水量由小到大变化，然后趋于动储量相当的稳定值。这类涌水包括岩溶水因充填裂隙的地下水力梯度增加或冲刷加剧而逐渐贯通，并与其他水体(地表水与地下水)发生水力联系时的涌水，以及与地表水有水力联系的断层破碎带的涌水。采用以排为主的方法无效时，必须切断水力联系通道，堵住地表水体补给，适合采用注浆堵水的方法防排水。一般可考虑采取以下措施：

3.2.1 钻孔

钻孔前应清除松散围岩，根据地质预报判断来水方向，以便于合理布置钻孔。一般主要在出水部位及周边附近钻孔，梅花形布置孔位，在一般大面积散状渗水段，间距控制在1.0m～1.5m；孔间距可根据水流量适当调整，控制在0.5m～2.0m；钻孔深度应为开挖轮廓线外8m～12m。在钻孔过程中，一方面应保证大部份钻孔都能钻到内部的出水部位，穿过出水岩层，将水引出，另一方面应判断孔内出水点到隧洞开挖轮廓线的距离，为以后的注浆服务。

3.2.2 安设注浆管

采用空口封闭法注浆，注浆管采用钢管。根据钻孔出水部位，在管前端1m～3.0m范围内钻花孔，花孔直径应不小于8mm，间距为10cm～15cm。如果出水部位距离孔口较近，可安设1m～1.5m左右的孔口管(花管)；如孔内的出水部位距离孔口较远，可安设和钻孔长度一样的注浆花管。管口均应安装球阀，管外壁和孔壁间的间隙用速凝水泥或树脂等锚固剂封堵，注浆管安装完成后，应将注浆管中的水排出。

3.2.3 注浆材料与配合比

可供选择的注浆材料较多，应根据岩体裂隙性质、渗透性、渗流等条件选择，以达到设计的扩散距离要求，满足固结具有一定的后期强度、耐久性，并达到设计防渗堵漏目的。可选用水泥浆或化学浆液，最常用灌浆材料为水泥、细水泥，水泥品种应根据要求和地下水的侵蚀性确定，无特殊要求时，一般采用普通硅酸盐水泥，水泥标号不低于42.5号。如水量较大，水泥浆在地层中凝固困难，可在水泥浆中掺入外加剂。外加剂的种类及其掺合量应通过室内浆材试验和现场灌浆试验确定，一般使用水玻璃浆液。灌注普通水泥浆水灰比2∶1、1∶1、0.6∶1，细水泥浆水灰比1∶1、0.8∶1、0.6∶1，纯压式、单液法灌浆，水泥浆与水玻璃的配合比一般为2∶1～1∶1，纯压式、双液法灌浆，配比可依靠注浆泵的压力或排量阀调整。化学灌浆在渗漏较小、孔浅时，可采用纯压式单液法注浆。为便于施工，确保注浆的连续性，水泥灌浆材料应选择高速搅拌机拌和，水泥浆经试验尽可能选择稳定浆液或少级配浆液。在一般情况，普通水泥用1∶1、细水泥用0.75∶1的稳定浆液灌注，水泥浆与水玻璃配比2∶1。

3.2.4 机械设备与一般要求

拌和采用高速搅拌机，其拌合能力应分别与所搅拌浆液类型和注浆泵的排浆量相适应，注浆泵性能也应与浆液类型、浓度相适应，注浆泵及所有软管、阀门、接头和连接套管的容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5～2倍。注浆前，应做压水试验，以确定注浆压力，注浆压力应大于涌水压力的2～3倍，且小于最大容许注浆压力。涌水压力0.1MPa≤P≤0.5MPa时，可选用中低压力的单液泵、双液泵、砂浆泵或化学注浆泵，其泵压应大于3.0MPa，注浆压力0.5MPa～1.5MPa，浆液扩散半径一般为0.3m～1.0m左右；当涌水压力0.5MPa≤P<1MPa时，注浆泵泵压应大于6.0MPa。注浆顺序应从上到下，先堵出水最小的孔，再依次封堵出水较大的孔。如发生串浆，应及时暂时关闭串浆孔孔口阀，待其它孔注浆完成后，再打开串浆孔的阀门，如流水或流浆，应继续进行注浆，直致完成封堵最后一孔流水(流浆)的孔。注浆过程中，须监测冒浆漏浆情况、围岩与支护结构的变形等，特别是涌水压力≥1.0MPa，注浆压力≥3.0MPa，选用高压注浆泵注浆时，应予以密切监测。

3.2.5 注浆结束

以单孔内达到“不再吸浆”和“不再渗水”为标准，一般情况下，按规定压水注浆时，单孔注入量不大于0.4L/min，且持续30min仍无变大的趋势时，可视为达到了不再吸浆的要求。检查孔涌水压力小于0.2MPa、涌水量(清水)小于0.2L/min时视为不再渗水。注浆封堵结束后进行封孔。

3.3 地下水的引排

当隧道初期涌水量很大时，表现为突水，随着时间的推移，涌水量不断衰减，最后仅为滴水或渗水。这类涌水对隧道施工影响很大，对运营影响相对较少；对此类地下水处理应以排为主。具体措施为：采用超前钻孔和排水管进行排水，布置排水沟、集水坑，然后采用水泵引水至隧洞临时排水系统排出洞外。具体可以参照以下处理措施：

3.3.1 挖前对开挖体进行超前钻孔排水。沿顶拱开挖轮廓线施作超前排水孔，孔深6m～8m，环向间距为1.5m～2.0m，每排约4～5孔。钻孔方向沿垂直于洞断面的竖直平面，并与水平线成10°～20°夹角。

3.3.2 钻孔顺序为顺时针或者逆时针，每钻完1孔，立即在孔内安装与钻孔相匹配的单壁波纹排水管，波纹管长约20cm，入孔15cm左右，并

图1 超前钻孔排水示意

采用大一号的单壁波纹管将入孔排水管用三通管串联起来，并用φ10mm钢筋及铅丝将单壁波纹管沿已开挖洞壁固定牢固，并使单壁波纹管呈拱曲形，将水流顺利排至路面两侧排水沟(30cm×30cm)。

3.3.3 待超前排水系统完成之后，便可进行后续的开挖工作，若仍有渗漏水在工作面，施工员可配备防雨装备进行后续施工。

3.3.4 在后续进行喷射混凝土工作时，若工作面有渗水现象，则：

(1)在喷射混凝土施工前，将受喷面表面水及裂隙水采用高压风风干，以有利于混凝土的粘结；

(2)调整喷射混凝土配合比，增大喷混凝土中速凝剂、减水剂等外加剂用量，或改喷早强钢纤维混凝土，以便及时封闭岩面；具体配合比将根据现场实验做调整优化；

(3)喷射混凝土需沿一定方向分区、分块、分薄层均匀施喷，分多次将混凝土喷射至设计厚度；

(4)若经过喷混凝土工艺优化，在受喷面还有渗水，则可加设导管排水，导管垂直于受喷面布置。施作φ50mm超前排水孔，孔深2m～3m，1.5m×1.5m梅花形布置，具体孔间距可根据受喷面渗水流量大小调整。然后，在孔内安装φ50mm单壁波纹排水管，波纹管长20cm，入孔15cm，采用φ100mm单壁波纹管将入孔排水管用三通管串联，具体布置形式可以参照超前排水导管系统。

3.3.5 对于已完成喷护作业的工作面，若还存在渗水情况的，可采用彩钢瓦将渗水引排至两侧拱墙，然后顺墙流至排水沟，彩钢瓦与拱顶系统锚杆采用φ10mm钢筋焊接或铅丝进行固定即可。

3.3.6 在拱墙渗水部位周围设置φ50mm排水孔，深度4.0m，间排距1.5m×1.5m，梅花形布置，具体部孔密度可以根据现场渗水情况调整，孔向与水平线成10°～20°角。孔口设置φ50mm单壁波纹管，长度50cm，入岩10cm，尾端管口贴近墙面正对排水沟，以便水流进入排水沟内，采用φ10mm钢筋、铅丝固定即可。

3.3.7 洞内排水系统。在横断面形成2%的人字横坡，向双侧排水；在断面边墙底脚设置一条30cm×30cm(宽×深)排水沟用于排水、排污，并在开挖后的断面根据水流集中情况，沿洞轴线每间隔50m布置1个1.5m×1.5m×1.5m尺寸的集水坑，并用40m3/h潜水泵，将集水从集水坑抽入进厂交通洞已成形的排水系统，然后排出洞外。

4 结语

建设绿色环保工程，和谐工程是我们共同目的。隧洞工程，一方面造福于人民；另一方面可能因改变当地地下水环境而影响到当地生态环境和居民生产生活，引发社会纠纷等问题。科学预测预报、因地制宜、合理选择处理方案，是值得研究并应给予高度重视的课题。同时，地下水特别是岩溶水的疏导、封堵处理，是一项较为复杂的技术。工程施工中应加强施工地质工作。封堵方案处理前，应予以测定涌水段裂隙溶隙、溶洞等特征处的水量、水压以及正确判断水流方向，以合理选择注浆方式、材料、参数、工艺设备。

〔1〕任旭华.富水区深埋长隧洞工程中的主要水问题及对策.河海大学水利水电工程学院，南京.

〔2〕吴世勇.锦屏水电站辅助洞工程地下水及治理对策.二滩水电开发有限责任公司，成都.

〔3〕喻宝桢.锦屏二级水电站引水隧洞逆坡施工排水措施.武警水电第一总队第三支队，南宁.

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2095-1809(2015)04-0018-04