锦屏二级水电站引水隧洞堵水施工技术的演变

胡小顺，王天西，李德兵

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)



锦屏二级水电站引水隧洞堵水施工技术的演变

胡小顺，王天西，李德兵

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞共揭露35个出水洞段，根据流量分为集中出水、大、次大、中、小5种出水洞段。从2008年至2013年，针对不同的涌水类型，在堵水灌浆技术方面经历了多次演变。本论文主要分析了锦屏二级水电站引水隧洞堵水灌浆技术的演变与应用。

锦屏二级水电站 引水隧洞 堵水灌浆技术 演变

1 工程概况

锦屏二级水电站引水隧洞是迄今为止我国建设的综合规模最大、地质条件最为复杂的深埋大型地下洞室群工程，共有7条隧洞穿越锦屏山，总长度达120km。隧洞沿线上覆岩体最大埋深约2525m，地应力高，施工期显现出强烈的高应力特点。同时，工程区又地处碳酸盐岩类地层，溶蚀裂隙发育，地下水丰富，外水压力高，实测最大外水压力达到10.2MPa，工程建设难度极大。

在引水隧洞开挖掌子面通过出水洞段后，为给隧洞系统支护、落底开挖、混凝土衬砌等后续施工创造良好的环境，需适时安排堵水灌浆工作，以封堵隧洞周边围岩地下出水裂隙等通道。在隧洞内的动水变为静水后，便可进行后续防渗固结灌浆工作。

2008年至2013年期间，锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞共揭露35个出水洞段，堵水灌浆技术经历了三次演变，顺利完成了4个集中出水洞段、1个大流量出水洞段、8个次大流量出水洞段、19个中流量出水洞段、3个小流量出水洞段的堵水施工。

2 隧洞涌水关联性分析

2.1 隧洞涌水与地表水的关联性

引水隧洞线处于磨房沟泉与老庄子泉之间的地下分水岭附近，地下水主要受岩层面及NEE-NWW向结构面控制。不同洞段水文地质条件有显然差异，主要与地形地貌、地质构造、含水介质类型、岩溶发育程度及气候条件有关或受影响。

东部盐塘组为溶孔～裂隙或溶隙～裂隙含水层，属弱～中等含水层性，局部富水，有少量溶孔、溶洞(槽)及垂直向溶隙较发育，在向斜部位存在静水储量，局部出现集中较大涌水。中部白山组(较纯大理岩段)为溶隙～裂隙～管道含水层，含水性较强，开挖过程遇到岩溶裂隙水，分散性涌水，局部洞段发生集中涌水。

2.2 隧洞初始揭露涌水情况

东端1#、2#引水隧洞中部白山组大理岩中，已揭露的地下水流量大于50L/s的涌水点16个。其中，1#洞7个、2#洞5个，4#横向排水洞4个。

东端1#、2#引水隧洞东端盐塘组大理岩涌水量大于50L/s的水点共为13个(大于100L/s的水点共8个)。其中，1号洞3个，2号洞10个。

2.3 实际揭露出水情况

锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞共35个出水洞段，大于500L/s的4个。其中，5+800m汛期最大出水量4.8m3/s，10+472m最大出水压力0.65MPa(出水量680L/s)。东端1#、2#引水隧洞出水洞段分布及出水量见表1。

表1 东端1#、2#引水隧洞出水洞段分布及出水量统计

2.4 相互关联的出水洞段

2.4.1 15+200m出水洞段的关联性

2008年3月25日，2#引水隧洞上断面开挖到桩号15+194m时，掌子面揭露出地下涌水，在掌子面下游近30m范围内，隧洞边顶拱出现多处线状流水，出水点约25个。从揭露的涌水点分布来看，几乎都靠近1#洞侧，涌水主要从掌子面的几条大裂隙交汇处涌出，在掌子面底部，有一股地下涌水从下向上喷出，涌水压力约1.0MPa。

自2#洞出现涌水后，辅助洞相应洞段的涌水点涌水量大幅减少，自4#洞开挖至2#洞涌水点桩号附近时，也出现了小流量的涌水现象。2#洞15+194m掌子面涌水自4#洞出水后，涌水量略有所减少，2008年4月12日，对2#洞15+194m～15+222m涌水流量进行了灌前实测，测量结果为83.33L/s。

引(1)15+163m～15+220m在进行堵水灌浆施工时，发现混凝土裂缝存在渗水现象，在其附近钻设的堵水灌浆孔的渗水压力达3MPa。为避免渗透地下水对该洞段混凝土造成破坏，在1#洞进行堵水灌浆的同时，在对应洞段引(2)15+140m～15+210m钻设泄压孔，孔深为25m，也存在渗涌水，实测总出水量16.90L/s。

2.4.2 5+800m出水洞段的关联性

东端2#引水隧洞5+880m突涌水点与东端1#引水隧洞有较好的串通性。在1#洞开挖过程中，揭露出初始涌水量约3.37m3/s的特大涌水，在2#洞上半洞开挖至与13#横通道交叉部位时，出现3股大水，同时1#洞相应部位涌水量减小，1#洞落底后2#洞的3股大水逐渐减小直至干枯。4#横向排水洞开挖形成后，地下涌水主要集中在4#横向排水洞东侧边墙溶蚀裂隙和西侧底脚、底板，其特征为股状出水或涌水，涌水呈沸水状。2#洞5+860m～5+885m右半洞落底后，该部位出水量增大，4#横向排水洞东侧边墙溶蚀裂隙处出水量减小。该区域出水空间分布广、连通性好，压力和流量较为稳定，受降水补给影响较大，汛期出水量较枯水期明显增大。1#引水隧洞充水发电后，在2#引水隧洞Ⅰ期、Ⅱ期堵水灌浆施工推进过程中，发现引(2)5+925m集中出水点突涌水量呈现增大趋势，汛期最大出水量4.8m3/s。5+800m出水洞段的关联性见图1。

图1 5+800m出水洞段的关联性

3 同一洞段多次堵水原因分析

3.1 引(1)14+525m～14+657m洞段两次出水及灌浆情况

引(1)14+525m～14+657m洞段在衬砌过程中，埋管引流出水孔共有28孔。其中，有21孔存在不同程度的出水现象，在出水较大的部位14+560m～14+572m布置了24个勘探孔。经钻孔揭示，有15个钻孔出水，实测总出水量35.12L/s，最大单孔出水量12.5L/s。

对引(1)14+525m～14+657m部位勘探孔灌浆于2011年6月4日开始，至2011年6月29日完成；对引(1)14+525m～14+657m部位引管的堵水灌浆于2011年6月29日开始，至2011年7月4日完成。

2011年7月13日，开始进行引(1)14+530m～14+580m洞段衬砌后回填灌浆与固结灌浆施工。在钻孔过程中，引(1)14+542m～14+549.5m揭示有涌水现象，实测总出水量27.23L/s，最大单孔出水量23.0L/s；在引(1)14+580m右侧边墙揭示一个出水点，总出水量20.95L/s。

对引(1)14+530m～14+555m部位堵水灌浆于2011年7月19日开始，至2011年8月14日完成；对引(1)14+555m～14+580m部位堵水灌浆于2011年7月19日开始，至2011年8月14日完成。

3.2 同一洞段多次堵水原因

引(1)14+525m～14+657m洞段在衬砌阶段仅有较小的出水，采用引管的方法就满足了混凝土的衬砌施工。由于汛期的补偿作用，引(1)14+560m～14+572m出水不断增大，施工的24个勘探孔揭示有15个钻孔出水。勘探孔和引管孔堵水灌浆完成后，在进行系统灌浆时，引(1)14+542m～14+549.5m、引(1)14+580m右侧边墙揭示出水现象，说明该部位的地下水关联性较好，堵水结合系统灌浆后，灌浆效果良好。

根据引(1)14+525m～14+657m洞段两次出水推断，每年4～10月份正值锦屏的雨季，由于汛期的补偿作用，隧洞内的出水量会不断增大；两次灌浆中的引管灌浆仅起到了表面封堵的作用，无法将出水封堵到一定深度范围之外；两次堵水的三个主要出水点分布在同一洞段的不同位置，由于渗漏通道连通性较好，一个部位灌浆结束后，可能在其它部位重新揭露出水；全洞段的封闭灌浆可以避免多次堵水。

4 堵水灌浆技术变化

2008～2009年度揭露出水洞段7个，主要采用堵水灌浆的方法封堵出水点。具体出水洞段的施工时段及施工方法见表2。

表2 2008～2009年度出水洞段的施工时段及施工方法

序号工程部位施工时段主要施工方法1引(2)15+194～15+2222009-04-14～2009-04-20堵水灌浆2引(2)12+606～12+6142009-09-02～2009-09-25堵水灌浆3引(2)12+630～12+6602009-10-23～2009-12-02堵水灌浆4引(2)12+660～12+6752009-12-02～2009-12-10堵水灌浆5引(2)12+681～12+7052009-10-16～2009-12-11堵水灌浆6引(2)12+737～12+7442009-08-14～2009-09-13堵水灌浆7引(2)12+933～12+9852009-07-14～2009-07-26堵水灌浆

2010年度揭露出水洞段2个，主要采用浅层固结、堵水灌浆和阻水帷幕的方法进行封堵。具体出水洞段的施工时段及采用的施工方法见表3。

表3 2010年度出水洞段的施工时段及施工方法

序号工程部位施工时段主要施工方法1引(1)12+7002010-07-22～2011-04-11浅层固结、堵水灌浆、阻水帷幕2引(2)13+8002010-04-22～2010-12-17浅层固结、堵水灌浆

2011年度揭露出水洞段10个，主要采用浅层固结、堵水灌浆和阻水帷幕的方法进行封堵。具体出水洞段的施工时段及施工方法见表4。

表4 2011年度出水洞段的施工时段及施工方法

序号工程部位施工时段采用主要施工方法1引(1)7+359～7+3892011-10-20～2011-11-25浅层固结、堵水灌浆2引(1)10+334～10+3582011-03-29～2011-04-06堵水灌浆3引(1)10+407～10+4372011-04-06～2011-06-29浅层固结、堵水灌浆、阻水帷幕4引(1)10+388～10+3905引(1)14+525～14+6572011-06-04～2011-07-14堵水灌浆6引(1)14+530～14+5552011-07-19～2011-08-14堵水灌浆7引(1)14+555～14+5802011-08-01～2011-08-11堵水灌浆8引(1)15+160～15+1952011-09-13～2011-09-29堵水灌浆9引(2)10+060～10+0902011-07-13～2011-08-14堵水灌浆10引(2)10+300～10+3202011-06-24～2011-07-11堵水灌浆

2012年度揭露出水洞段12个，主要采用深孔封闭固结、堵水灌浆和阻水帷幕的方法进行封堵，对集中出水点压力和流量较大的部位实施引排施工。具体出水洞段的施工时段及施工方法见表5。

表5 2012年度出水洞段的施工时段及施工方法

2013年度揭露出水洞段4个，主要采用浅层固结、深孔封闭固结、堵水灌浆(分序施工)和阻水帷幕的方法进行封堵。具体出水洞段的施工时段及施工方法见表6。

表6 2013年度出水洞段的施工时段及施工方法

总体上堵水经历了三个发展阶段，第一阶段采用单一堵水灌浆，第二阶段浅层固结与堵水灌浆相结合，第三阶段深孔封闭固结灌浆与堵水灌浆相结合。对于集中出水部位采用了阻水帷幕和引排技术。

采用堵水灌浆的阶段，在一个出水部位封堵完成后，相邻部位会重新出水。初期采用了浅层固结灌浆，形成了浅层封闭圈，但是在汛期到来之后，部分浅层封闭圈会被高压水击穿。在2012年之后开始试验深孔封闭固结灌浆，把隧洞涌水阻止到一定深度以外，在超高渗透压力、超大流量条件下集中出水洞段采用了引排技术，同时采用阻水帷幕灌浆截断地下水的串联通道，取得较好的效果。

5 结语

锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞埋深2525m，地表水和地下水发育，串联性好，最大外水压力达到10.2MPa。从2008年至2013年先后揭露了35个出水洞段，从单一的堵水灌浆，发展到浅层固结形成浅层封闭圈，最后形成了一套深孔封闭固结灌浆+堵水灌浆+阻水帷幕+引排(集中出水洞段)的地下水治理技术。该技术对锦屏二级水电站有较强的实用性，确保了锦屏二级水电站引水隧洞地下水的治理和衬砌施工的顺利实施，特别是5+800m集中出水洞段的治理成功，保证了引水隧洞的运行安全。

〔1〕张会远，穆静静.岩溶区大断面隧道突泥突水的防治[J].铁道建筑，2009，(6)：49～51.

〔2〕沈春林.地下防水工程实用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔3〕关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社，2003.

〔4〕沈春林.地下防水工程实用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔5〕马国彦，常振华.岩体灌浆排水锚固理论与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

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2095-1809(2015)05-0044-04

胡小顺(1971-)，男，成都人，成都理工大学本科，高级工程师，从事水力水电施工技术管理工作。

王天西(1985-)，男，河南平顶山人，四川交通职业技术学院专科，主任，助理工程师，从事水力水电施工技术管理工作。

李德兵(1986-)，男，四川德阳人，黄河水利水电职业技术学院专科，主任，助理工程师，从事水力水电施工技术管理工作。