引洮供水一期总干渠3＃隧洞进口段涌水处理

孙 胜

甘肃省长瀚建设工程有限公司 甘肃兰州 730000

引洮供水一期工程渠（管）系包括总干渠1 条，长度110.47km，设计引水流量32m3/ s，加大引水流量36 m3/ s；干渠三条，长146.18km；支渠20 条，长度256.52km；城市供水专用管线2 条，长47.02km；乡镇供水管线10 条，总长70.25km。引洮供水一期工程2006 年12 月开工建设，2014 年11 月建成通水，在工程建设期间，引洮供水一期总干渠多洞段不同程度出现突水、突泥、塌方掉块等险情，尤其是总干渠3#隧洞进口段出现涌水事件，通过分析原因，采取“堵排结合”及工程措施进行处理，历时一年有效解决了涌水问题，保证了总干渠建成安全运行。

1 引洮供水一期总干渠隧洞概述

引洮供水一期总干渠全长109.39km，其中88%为隧洞，共18 座，总长96km，隧洞单洞长度大于10km 的有4个，不但隧洞单洞长度大，由于穿越秦岭东西向构造带、祁吕贺“山”字形构造体系、河西系扭动构造体系及陇西帚状旋卷构造体系的复合部位，地质构造复杂，新构造活动强烈。秦岭北缘大断裂带、深埋隧洞地应力、中生代白垩系及新生代第三系红色碎屑沉积岩地层极软岩、第四系饱水黄土等工程地质问题相当突出，给工程施工管理造成了较大的困难，同时导致工程进度严重滞后，工程造价不断攀高。

施工期间，百公里的隧洞群，多洞段出现严重的涌水、涌砂、塌方、变形等地质灾害，建设过程困难重重。比如总干渠3＃隧洞进口段地下暗河涌水量增加至最大值1640m3/ h；总干渠3＃隧洞杨家大庄穿越700m 深度秦岭北缘大断层；总干渠3＃隧洞杨家大庄地下涌水淹没斜井垂直高度100m；引总干渠7#隧洞TBM 掘进疏松砂岩卡机；总干渠15#隧洞失陷性黄土洞段塌方冒顶等事件。针对各隧洞在不同阶段出现的复杂地质条件，建设者不断探索隧洞施工新技术，新工艺，并且通过各种技术咨询活动，有效的解决了隧洞施工遇到的各种难题，在保证安全前提下，确保了工程顺利建成通水。

2 引洮供水一期总干渠3＃隧洞进口段涌水治理

引洮供水一期总干渠3＃隧洞进口桩号8+902～9+005 涌水洞段为三叠系灰黑色灰岩，钙质胶结，受构造影响严重，裂隙发育，为密集裂隙带，具有较强的透水导水性，并且为向斜核部及断层破碎带、影响带，由7 条断层组成，基本组成断层的物质成分主要有断层泥、断层角砾，伴随岩溶管道涌水，岩体自稳性差，岩体成层状碎裂结构，为极不稳定的Ⅴ类围岩。

2010 年5 月27 日，隧洞掘进至桩号8+914 时，隧洞拱侧出现股状压力突水，该处围岩属于极不稳定的Ⅴ类围岩，突水中伴随有浑浊体，侧顶部出现不同程度塌方掉块，此时涌水流量85m3/ h，24h 后出水量逐渐减小，最后稳定在30m3/ h，2010 年6 月3 日隧洞开挖至桩号8+940时，当时在掌子面进行支护作业，侧顶拱出现压力涌水，最大射程5.4m，单孔出水量为39m3/ h，合计为145.8m3/ h。由于出水量增加，原有排水设备不能满足排水需要，加之上游隧洞掘进未贯通，洞内积水自下游向上游排放，洞内水位快速抬高，掌子面积水深度已高达1.5m，造成洞内变压器损毁，辅助小型工器具全部淹没，造成施工暂停。

随后紧急安装离心水泵2 台，φ159 排水管2500m，随着人力、物力等人员设备投入，排水力度加大，洞内积水快速排出。6 月24 日恢复隧洞施工，但在掘进至桩号8+930.9 处时，掌子面底拱处又发生涌水，涌水量达到495m3/ h，致使洞内积水水位加快上涨，掌子面位置水位达到2.6m，由于洞内原有排水设备已全部损毁，洞内积水自内向外流出洞外，随着洞内涌水量不断加大，根据排水量计算洞内涌水量约达到1638m3/ h，原有排水设施已不能满足需求，为了尽快排水，在原有排水设施基础上增加排水设备并架设φ300 排水管2500m，洞内安装315kVA变压器1 台，配置大型离心泵2 台，潜水泵2 台，快速进行洞内积水抢险抽排工作，同步进行注浆封堵工作。

2010 年11 月26 日至27 日，建设单位邀请江河水利水电咨询中心对引洮供水一期总干渠3＃隧洞进口涌水段施工进行了技术咨询，咨询意见要求结合施工揭示的工程地质情况及施工条件，在掌子面位置设置止浆墙，对洞身开挖轮廓线外围和洞身全断面超前注浆是必要的；建议进一步加大施工排水能力，按照“堵排结合，以排为主”的原则进行该段施工；建议加强地质超前预报和已开挖段变形监测，确保施工人员安全；建议复核隧洞衬砌结构计算成果，在该段灰岩地层施工开挖完成后，尽快完成永久衬砌工作。引洮一期总干渠3#隧洞进口相关参数如表1 所示。

表1 引洮一期总干渠3＃洞进口相关参数

由于隧洞掌子面涌水量较大，且为多点出水，人工无法实施钻孔作业，为提供作业环境及保证灌浆效果，在桩号8+931 掌子面处浇筑矩形砼墙封闭掌子面，预埋DN300 钢管用于临时排水，并在端部安装控制闸阀。

堵水采用二重管无收缩双液WSS 工法向围岩注浆，形成围岩注浆固结封堵圈，减小岩溶管道过水断面以限制涌水量，为隧洞施工提供较好的施工环境。根据施工现场钻机的性能和注浆队伍的施工经验，采用长循环注浆。注浆材料采用A、B 化学浆液，A 液为稀释后的水玻璃，B 液为添加剂和水组成。化学外加剂的主要功能是调节浆液的适灌性和混合液的凝结时间。根据该段隧洞的工程地质条件，在掌子面共布设灌浆孔28 个，间距1.5m，排距0.5m，实际灌浆过程依据围岩破碎程度和涌水情况适当加密注浆孔。注浆采用特殊的端点混合器和二重管喷射方式，用注浆泵将A、B 化学浆液压入外管和内管，并在二重管的端头混合器中混合，通过滤网在水平方向实现喷射，注浆压力为0.5～1.5MPa，浆液的初凝时间一般为0.5～2min,喷射过程实行阶梯回抽喷射，以10～20cm 为一区间，所有阶梯喷射完毕对注浆孔实行封堵。

引洮一期总干渠3#隧洞较大涌水灌浆施工在引洮工程开工以来尚属首次，特别是在甘肃省水利施工方面也是首次，缺乏实践经验。为此，施工过程灌浆施工时要不断验证和修改灌浆有关参数，及时调整灌浆施工方法。灌浆深度、灌浆压力、材料及浆液浓度等要通过现场试验进行调整。需要认真总结经验，不断优化修正方案，并且提出存在的问题，按照确定的“堵排结合”的原则，不断完善涌水洞段灌浆施工实施方案，参建单位尽快做好各项工作，待洞内积水退到掌子面时立即实施灌浆处理措施。

2010 年11 月17 日—12 月5 日完成桩号8+931 掌子面超前深孔固结灌浆及涌水洞段环向固结灌浆封堵作业，在随后的隧洞掘进过程中，掌子面涌水部位仍然较多且涌水量较大，导致隧洞注浆及掘进多次中断，通过及时调整灌浆作业工序与注浆材料配合比，并且实施强排水强掘进措施，先后通过5 个循环超前深孔固结灌浆，至2011 年6 月14 日隧洞掘进至桩号8+993 处成功穿越富水洞段，并对8+965 右侧拱顶出现的涌水裂隙空洞部位及8+970～8+993 不良地质洞段侧墙与底板裂隙涌水进行了封堵加固并且埋设盲管导流，使涌水洞段的险情得到有效控制，随后隧洞恢复正常掘进。

引洮一期总干渠3＃隧洞进口后续施工中坚决贯彻执行“弱爆破、短进尺、强支护”的“新奥法”开挖及掘进理念，采取一次支护和二次衬砌联合支护方式，隧洞一次支护采用挂φ6.5 钢筋网片、喷C20 砼、打锚杆、支设钢拱架。对围岩破碎及特殊洞段先期进行了长大管棚联合固结灌浆超前预支护处理。即沿隧洞顶拱衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管，并且在插入钢管后，再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙，使管棚与围岩固结紧密，以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的棚状支护结构。主要灌浆范围为洞顶以上5.5m（一倍洞径），洞身两侧各2m，固结灌浆孔深可根据超前地质预报确定；隧洞二次衬砌现浇钢筋砼，并且进一步做好地下水导排工作。在采用新技术、新材料、新方法有效施工技术，经过参建单位共同努力，2011 年12 月引洮一期总干渠3＃隧洞建成具备通水条件。

3 结语

3.1 经验总结

通过对引洮一期工程典型突水、突泥及疏松砂岩不良洞段的技术难题探索研究，其中引洮供水一期总干渠3＃隧洞穿越西秦岭北缘大断裂带，跨越地质构造分区并横穿区域性活动断裂带，海拔2200m 的高山渠磨石梁、驼子山等崇山峻岭，隧洞埋深750m，地应力大，分布地下暗河，地质构造极为复杂。主要工程地质问题多与围岩工程地质特性有关，极软围岩稳定问题，普遍存在于泥质粉砂岩、泥岩、砂岩及砂砾岩等极软岩洞段，围岩稳定性极差；断裂带围岩稳定问题，主要存在秦岭北缘影响段。隧洞穿越极软围岩及秦岭北缘影响段时，围岩稳定性极差。

3.2 取得成效

引洮供水一期总干渠3#隧洞进口段涌水量增加至最大值1640m3/ h，通过专家技术咨询，采取“堵排结合”中二重管无收缩双液WSS 工法向围岩注浆治理，埋设DN300 钢管及封堵加固并埋设盲管导流，历时一年涌水洞段的险情得到有效控制，成功实现了总干渠3#隧洞施工安全，质量和进度得到有效提升，为引洮总干渠全线完成衬砌具备通水条件奠定了基础。

3.3 技术总结

通过对引洮一期工程典型突水、突泥及疏松砂岩不良洞段的技术难题探索研究，其目的是总结经验，汲取教训，以提高隧洞设计、施工的技术水平，做好地质勘测、超前预报、施工支护方式等措施，采取新技术、新工艺，做好施工方案与设计方案现场结合，有效解决施工过程中突水、突泥及疏松砂岩不良洞段的技术问题，提高建设管理水平。