引水工程输水隧洞掘进中的涌水与治理

梁修坤

广东华隧建设集团股份有限公司 广东 广州 510000

1 工程概况

榕江关埠引水工程位于广东省东部，如图1所示，主要包括汕头市朝阳区和揭阳市普宁市，属于榕江和练江流域。工程取水自朝阳区榕江支流南河下游，引水量20m3/s，取水口位于南河交汇处上游约3.8km处。南河段。南北走向的河流（金木镇新岭村），位于镜浦码头下游约3.8km处，取水口170m，引水盾构管道南北延伸，主要沿147个省道连接。途经S234国道和京浦码头，沿途经过新荣村、姜石村、东仓村、浜头村，待村庄流入南山脚下加压泵站前池后，经加压泵站至位于山腰西南侧的高位水池，胡村附近的山体向西南方向转入普宁市北山村脚下龟山水库附近的出水池。其后由排水塘溢流堰分为北山村水道和北山水道，汇入练江。

图1 榕江关埠引水工程地理位置图

2 水文地质特性

2.1 汕头潮阳区概况

潮阳区位于广东省东南部。地域范围东经116°18′～116°44′，北纬23°03′～23°33′。西接普宁市，南邻潮南区。地处榕江下游三角洲，平原面积占大部分，余为丘陵山地。全区陆域总面积666.63km2，水资源计算面积为667.6km2。境内河流多，港口多，主要河流有榕江、连江。朝阳区为滨海丘陵区，地势由西北向东南倾斜，南隔连江与潮南区相望，由西向东延伸，形成连江平原。北部有小北山，榕江平原在小北山的东北侧。北部山区海拔不足200m，属中丘陵地带。东海岸为北山余脉，丘陵台地多，丘陵区少。

2.2 普宁市概况

普宁市属莲花山系的大南山麓，境内有山地、丘陵、平原，地势复杂，其中中西南部高，属山区；中部低，属平原；东北部多位丘陵地带。全市山地、丘陵为979km2，平原为641km2，分别占全市总面积60.4%、39.6%。主要山脉，西有南阳山系，南有大南山系，东北有铁山系，北有洪山系。地势自东北向西南增高，西南部是群峦山区，东北部为低丘，中部为平原。境内主要河流有榕江、练江和龙江。

3 隧洞掘进中遇到的困难及突水涌泥分析及影响

3.1 遇到的困难

输水隧洞段规模较大的断层共发育10条，宽1～5m不等，两侧断层影响带宽约10～50m不等。断层走向主要为北西向，与冲沟走向基本一致，倾向北东或南西的陡倾角断层为主，与隧洞夹角多为30°～70°，断层带主要发育糜棱岩断层泥、压碎岩、角砾岩、石英等，多呈强风化岩、全风化土状，胶结差，易产生塌方及突发性涌水，断层带内偶夹弱风化岩裂隙密集破碎带，如图2。

图2 输水隧洞外部实景图

3.2 突涌水有裂隙（溶蚀裂隙）和构造带两种，其作用机制差异很大

(1) 构造带突涌水

掌子面前方构造带地下水量较大，水量和水压较大。它们的流失会造成地质灾害，例如洪水和泥石流[1]。

施工期的洞内排水主要来自地下渗水、施工废水。钻爆段岩体完整性较差，软弱风化夹层较多，裂隙密集发育；隧洞沿线穿越断裂带，裂隙较发育，断层规模总体较大，断层带岩土体破碎不完整，且往往形成强透水通道，自稳能力差，沿断层面易失稳，这些部位围岩以Ⅳ～Ⅴ类为主；沿线宽度较大冲沟地段，裂隙往往发育，岩体一般破碎，丰富的地下水本区地下水主要为岩缝水。构造带突涌水机理如图3。因此，在施工期间，采用排水沟和集水井对隧道排水，并分阶段抽水泵，通过各施工通道的开口将隧道积水排出。

图3 构造带突涌水机理

(2) 裂隙（溶隙）突涌水

地下水从工作面局部结节和裂隙喷发如图4所示，因为裂隙（溶解裂隙）的含水介质保水和蓄水能力差，导致来水量低，水压低。虽然价格昂贵，但渗滤液的作用并不能让掌面快速闭合[2]。此工程竖井开挖土层主要为全风化花岗岩及坡洪积中粗砂、碎石土，中粗砂、碎石土松散状，透水性较好，稳定性差，须做好止水、支护措施。

图4 裂隙突涌水地质构造示意图

4 突涌水预防和治理

地下水的入渗和排放主要采用引排水相结合的方式。积水集中在下层，排水系统将其集中泵送至隧道外。

4.1 构建可靠排水系统

排水系统集水井设置液位传感器，自动控制水泵启动和停止排水，也可以手动启动和停止水泵运行。排水系统的设计选型具备240m³/h的排水能力，远远大于一般情况下需要的排水量，具备应对较大的突发涌水的能力。而且，本标段工程主洞坡度较小，有一定的缓冲应急抢险时间。为防万一出现更大的涌水，还考虑了另外紧急抢险排水措施。主要措施是将施工供水系统改换成排水系统使用。即在每个泵站处在高压水管上开口，与安装在泵站处的水泵相接通，正常情况下把闸阀关闭。一旦遇到突水、涌水险情发生，立即将进水阀关闭，切断高压供水，打开排水闸阀进行应急抢险排水。另外，如遇到极大突水、涌水险情发生，排水管路无法满足排水要求时，可临时搭设挡水坝，防止涌水将设备淹没损坏。TBM后配套尾部配备足量沙袋，在突水涌水发生时，第一时间搭设拦水坝，如图5，沙袋拦水坝搭设方便迅捷，TBM排出的涌水可直接排至挡水坝后，经交叉口排水系统排至洞外。

图5 沙袋拦水坝示意图

4.2 点、面、线流渗水处理

针对超前钻孔探明的点、面、线流渗水，可以根据围岩裂隙走向等描述情况，分析出围岩的实际渗漏情况，这样可以利用针对性的处理手段，实现良好的处理效果[3]。针对点状滴水的情况，采用堵漏剂，通过封堵的方式进行优化处理。在点状线流的处理中，采用表面封堵的方式，埋设引水管进行排水处理，同时使用42.5级普通谷氨酸盐水泥灌浆的方式，进行针对性的处理与辅助。在对局部渗流或面流处理过程中，一般情况下采用YT-28的气腿钻钻孔，形成注浆孔，将φ50钢管放于孔内，外露钢管长度要低于喷混凝土层；然后，使用棉纱对钢管与孔口位置进行封紧处理;最后，使用钢管或者PVC管进行充分的连接，将围岩中的水集中排出。完成上述操作之后，既可使用混凝土喷射器进行喷浆处理，对其孔位周围进行针对性的封堵，以保障其结构质量，也可对该孔进行堵水处理。在出现大面积线流的情况下，要集中对漏水部位布设灌浆孔，保障灌浆孔排距在1.5m的范围，同时孔距保持为1.5m的范围，孔深控制在4.5m，并采取梅花形布置。通过这种处理模式，可以避免受到外界因素的影响，实现良好的灌浆处理。

4.3 涌水突水的处理

图6 岩基中的灌浆帷幕

在完成掌子面开挖之后，经常会出现不同程度的突水、涌水问题。这种情况主要出现在富水区断层带及前方涌水域，因这些岩层受到水流动的影响所导致。一旦出现大量的涌水问题，需要采用超前预注浆的方式，对岩体进行注浆加固处理。在进行处理的过程中，还需要采用防渗帷幕的方式，如图6所示，并基于前方水量，采用质量过关的水泥和特殊灌浆材料。在处理过程中，如钻孔过程中遇到问题时，需使用含水细砂型的浆体材料，以实现良好的处理效果。在具体的实施过程中，为了满足灌浆的压力持续增大需求，达到良好的阻浆效果，需要设计止浆墙，控制宽度一般以3m为标准，再进行超前帷幕钻孔注浆处理。在造孔与设计孔位的偏差设计中，需要控制在10cm。这样的设计中，需要严格控制偏差程度，孔位越接近设计孔位，灌浆质量越能得到保障。在孔口的处理中，则需要保障埋设孔口封闭期，以避免钻孔过程出现严重的突发涌水而无法进行孔口封闭的情况。在孔口的管长度设计中，通常以5m为标准，之后再插入钢管。在等到初凝3h之后，需要使用低压灌浆进行合理的固定，控制压力在0.5MPa以下。在钻孔过程中，可能还会出现不同程度的涌水、涌泥等问题，此时应基于实际情况采取针对性的处理措施。

5 结束语

通过分析粤东地区榕江关埠引水工程所经过地区的地质结构、突涌水的特点和机理，结局体施工项目，总结出在施工过程中的防突涌水措施，包括构建可靠排水系统、点、面、线流渗水处理、涌水突水的处理等，为后续相类似地质情况的隧洞工程防突涌水提供技术参考。