劉臘臘 張洪威

（吉林省現(xiàn)代軌道交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司天津分公司 300011）

錦屏水電樞紐輔引3號(hào)施工支洞突涌水治理技術(shù)總結(jié)

劉臘臘 張洪威

（吉林省現(xiàn)代軌道交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司天津分公司 300011）

輔引3號(hào)施工隧道位于川西雅礱江流域錦屏山，隧道平均埋深約2000m。根據(jù)設(shè)計(jì)前的預(yù)案和施工中的應(yīng)急處理方案，成功地克服了突涌水給施工帶來(lái)的困難。本文主要對(duì)該隧道在設(shè)計(jì)施工中的突涌水治理技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。

錦屏水電樞紐 突涌水 線路繞行 水倉(cāng)

錦屏二級(jí)水電站屬于二灘電站在雅礱江干流錦屏大河灣上卡拉至江口河段規(guī)劃的5個(gè)梯級(jí)電站之一，總裝機(jī)容量480萬(wàn)kW，是雅礱江流域裝機(jī)規(guī)模最大的水電站。為保證錦屏二級(jí)水電站2012年首臺(tái)機(jī)組按期發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，錦屏建設(shè)管理局決定在錦屏電站工程A輔助洞（AK6+950）增設(shè)輔引3號(hào)施工支洞工程，解決引水隧洞主體工程的施工通道和排水問(wèn)題。輔引3號(hào)施工支洞是連接輔助洞與錦屏二級(jí)水電站的施工排水洞、4號(hào)、3號(hào)、2號(hào)、1號(hào)引水隧洞工程施工的一條重要施工支洞，其平均埋深約 2000m，最大坡度為-11%（超長(zhǎng)坡，約800m），最大高差79.04m。由于輔引3號(hào)施工支洞，反坡開(kāi)挖、工期緊（10個(gè)月），在施工過(guò)程中，存在大流量突涌水、巖爆問(wèn)題。因此合理解決涌水的排水問(wèn)題，預(yù)防巖爆成為輔引3號(hào)施工支洞設(shè)計(jì)施工成敗的關(guān)鍵。

1 隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

隧洞工程區(qū)內(nèi)出露的地層為前泥盆系—侏羅系的一套淺?！獮I海相、海陸交替相地層。巖性復(fù)雜，由黑云母綠泥石片巖、變質(zhì)中細(xì)砂巖夾薄層狀大理巖、礫狀或條帶狀大理巖等組成，以T2b灰白色大理巖為主。錦屏山屬裸露型深切河間高山峽谷巖溶區(qū)，主要接受大氣降水補(bǔ)給，巖溶形態(tài)以溶蝕裂隙為主，溶洞少，且規(guī)模不大。隧洞施工中的最大突發(fā)水量是涉及施工安全和進(jìn)度的重要水文地質(zhì)問(wèn)題，輔引3號(hào)施工支洞設(shè)計(jì)和施工中按照1.5m3/s作為單點(diǎn)最大突水量的量級(jí)考慮。

2 突涌水的治理

輔引3號(hào)施工支洞工期的要求決定了治理突涌水的原則是“以排為主、堵排結(jié)合”。為此，輔引3號(hào)施工支洞設(shè)置了完善的排水系統(tǒng)來(lái)確保施工安全及掌子面掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行。在實(shí)際施工過(guò)程中，為加快施工進(jìn)度，在不影響支洞主要功能的前提下，輔引3號(hào)洞多采用線路繞行的方案，以避開(kāi)大的涌水點(diǎn)和掘進(jìn)前方的水系。

2.1 輔引3號(hào)支洞的排水系統(tǒng)

輔引3號(hào)支洞的排水系統(tǒng)由一級(jí)排水系統(tǒng)2號(hào)水倉(cāng)、一級(jí)排水系統(tǒng)3號(hào)水倉(cāng)、二級(jí)排水系統(tǒng)、施工工作面的排水系統(tǒng)組成。一級(jí)排水系統(tǒng)、二級(jí)排水系統(tǒng)設(shè)置臨時(shí)固定水倉(cāng)，用于聚積涌水進(jìn)行集中排水，每個(gè)水倉(cāng)中設(shè)置3臺(tái)潛水電泵并配置各自獨(dú)立的排水管路；施工工作面的排水系統(tǒng)主要作用是在施工過(guò)程中隨工作面的推進(jìn)將不斷涌出的水排至固定水倉(cāng)或洞外，到達(dá)能夠正常施工并加快進(jìn)度的目的。

由于輔引3號(hào)施工支洞在施工過(guò)程中及其完工投入使用時(shí)引水隧洞主體工程施工過(guò)程中，可能存在大流量的涌水問(wèn)題，設(shè)計(jì)的一級(jí)、二級(jí)水倉(cāng)及泵站只是解決了輔引3號(hào)支洞的定點(diǎn)排水問(wèn)題（匯積至水倉(cāng)進(jìn)行集中排水），而施工過(guò)程中的涌水和積水直接影響到施工進(jìn)度。因此，難點(diǎn)是工作面在不斷向前開(kāi)挖過(guò)程中，工作面位置涌水如何抽排至一級(jí)或二級(jí)水倉(cāng)內(nèi)，再通過(guò)水倉(cāng)內(nèi)的固定泵站抽排至洞外。

2.2 掘進(jìn)掌子面不同涌水量的排水方案

a.掘進(jìn)掌子面的總涌水量不大于0.3m3/s時(shí)，為配合排凈掘進(jìn)掌子面的涌水、及時(shí)保證施工的進(jìn)行，在掘進(jìn)掌子面配備3臺(tái)WQ20—24—3型潛水泵（20m3/h）、5臺(tái)KL50—22型潛水泵（50m3/h），另有2臺(tái)300SLDB750/ 20—75型潛水電泵（750m3/h）、2臺(tái)WQ600—20—55型移動(dòng)式潛水泵（600m3/h）備用，現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)實(shí)際情況確定開(kāi)啟水泵的臺(tái)數(shù)和投入水泵的類型。

b.掘進(jìn)掌子面涌水量在0.3～0.5m3/s時(shí)，則采用排水措施僅能控制洞內(nèi)水位，無(wú)法繼續(xù)實(shí)施鉆爆施工作業(yè)。因此需要采用繞行支洞方案，繼續(xù)開(kāi)挖（見(jiàn)圖1）。線路繞行遵循以下原則：

圖1 支（3）0+042/186涌水位置繞行方案示意圖

?在掌子面后方20m位置，開(kāi)挖繞行支洞，繼續(xù)向下開(kāi)挖。將原工作面改為一級(jí)水倉(cāng)，設(shè)置車載水泵。繞行支洞與原支洞邊到邊距離不小于20m；

?繞行支洞繼續(xù)下挖如果順利通過(guò)原工作面的出水帶后，又揭露大的出水點(diǎn)，則再次退后20m開(kāi)挖新的繞行支洞，設(shè)置第二個(gè)一級(jí)水倉(cāng)。如果繞行支洞繼續(xù)下挖又揭露了原工作面的出水帶，并且水量沒(méi)有減小，則改由另一側(cè)開(kāi)挖新的繞行支洞，并且繞行并排距離需要加大至40～50m。

c.總涌水量不小于0.5m3/s時(shí)，如果是散水匯總后涌水量達(dá)到0.5m3/s以上，需要緊急設(shè)置一級(jí)水倉(cāng)，通過(guò)增加水泵數(shù)量，加強(qiáng)排水能力，并采用繞行支洞如果能夠成功避開(kāi)出水帶，則仍可繼續(xù)施工。但是如果是單點(diǎn)涌水量超過(guò)0.5m3/s，則涌水水位將迅速不斷上升，淹沒(méi)洞室，涌水已難以控制，大型水泵也來(lái)不及投入使用。并且現(xiàn)場(chǎng)的各種條件也無(wú)法滿足大型水泵數(shù)量無(wú)限制增加。因此建議放棄開(kāi)挖。

2.3 三個(gè)施工階段排水方法

a.一級(jí)水倉(cāng)未形成之前，需根據(jù)涌水量大小采取不同排水方式。此階段，采用3臺(tái)WQ20—24—3型潛水泵（20m3/h）、5臺(tái) KL50—22型潛水泵 （50m3/h）、2臺(tái) 300SLDB750/20-75型潛水電泵（750m3/h）、2臺(tái)WQ600—20—55型移動(dòng)式潛水泵（600m3/h）進(jìn)行排水，并準(zhǔn)備接力排水所用的設(shè)備、設(shè)施。

b.一級(jí)水倉(cāng)形成后至二級(jí)水倉(cāng)形成之前，一級(jí)水倉(cāng)高程之上的出水匯集到一級(jí)水倉(cāng)內(nèi)，通過(guò)一級(jí)水倉(cāng)內(nèi)的固定泵站抽排至洞外。一級(jí)水倉(cāng)高程之下的散水匯集于積水坑后，通過(guò)掘進(jìn)工作面的排水設(shè)備排至一級(jí)水倉(cāng)內(nèi)。

c.二級(jí)水倉(cāng)形成之后，所有的涌水通過(guò)設(shè)置的水溝自流匯集至二級(jí)水倉(cāng)之內(nèi)，通過(guò)二級(jí)水倉(cāng)內(nèi)的固定泵站排至洞外。

2.4 工程實(shí)例：輔引3號(hào)施工支洞支（3）0+042.00/ 186.11、293.00三處涌水的處理

2010年2月21日，輔引3號(hào)洞在支（3）0+042左肩（E）拱有出水點(diǎn)呈管狀涌水，單股穩(wěn)定涌水量為200L/s（見(jiàn)圖2）。

2010年4月25日，輔引3號(hào)洞在支（3）0+186處掌子面出水，呈管噴狀，最大噴射水平距離約15m，涌水量約為300L/s（見(jiàn)圖3）。

2010年5月23日，輔引3號(hào)洞在支（3）0+293北側(cè)拱肩位置出水，涌水量約為100L/s。

2.4.1 方案

經(jīng)充分的討論和協(xié)商，對(duì)此三處涌水提出以下治理方案：

圖2 支（3）0+042處管狀涌水

支（3）0+042/186兩處涌水，因掌子面單股涌水量較大，掌子面設(shè)置的臨時(shí)排水設(shè)施只能控制洞內(nèi)水位，無(wú)法鉆爆作業(yè)。經(jīng)詳細(xì)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作后，決定在遵循線路繞行原則的前提下，采用線路繞行方案（見(jiàn)圖1），以“避開(kāi)”涌水。

支（3）0+293位置的涌水，因掌子面總涌水量較小，地質(zhì)工程師預(yù)測(cè)前方的水系將減弱，且掌子面的排水設(shè)施可以保證鉆爆作業(yè)的進(jìn)行，故采用“強(qiáng)行穿越水系”的方案，繼續(xù)按原線路進(jìn)行鉆爆作業(yè)，掘進(jìn)至0+310m左右，涌水果然減小。

2.4.2 排水方法

三處涌水均采用預(yù)設(shè)方案中的第一種排水方法。前兩處的的涌水位置，因距離輔引3號(hào)洞口不遠(yuǎn)，且高差不大，利用設(shè)置的潛水泵將掌子面的積水直接排到洞外的A輔助洞內(nèi)的排水溝里。至于支（3）0+293位置的涌水，則利用線路繞行在186.11位置處形成的一級(jí)水倉(cāng)，先將掌子面處的涌水排到一級(jí)水倉(cāng)，再利用一級(jí)水倉(cāng)里的水泵接力將水排到洞外的排水溝。

此三處的涌水處理達(dá)到了保證安全、確保工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度的目的。

2.5 排水系統(tǒng)水倉(cāng)

輔引3號(hào)隧洞的最大特點(diǎn)除了最大坡度-11%的超長(zhǎng)坡（800m）外，借鑒礦井排水成功經(jīng)驗(yàn)，一級(jí)排水系統(tǒng)、二級(jí)排水系統(tǒng)設(shè)置臨時(shí)固定水倉(cāng)，用于聚積涌水進(jìn)行集中排水，也是一個(gè)創(chuàng)新。

2.5.1 水倉(cāng)布置

輔引3號(hào)支洞設(shè)一、二級(jí)儲(chǔ)水倉(cāng)，均為臨時(shí)性單水倉(cāng)。一級(jí)儲(chǔ)水倉(cāng)共設(shè)三個(gè)，各儲(chǔ)水倉(cāng)高差約20m，布置在輔引3號(hào)支洞斜坡段前進(jìn)方向右側(cè)（見(jiàn)圖4、圖5）；二級(jí)儲(chǔ)水倉(cāng)布置在輔引3號(hào)支洞落平段拐彎處，長(zhǎng)約200m（見(jiàn)圖6）。

2.5.2 設(shè)置水倉(cāng)的優(yōu)勢(shì)

圖4 一級(jí)排水系統(tǒng)2號(hào)水倉(cāng)水泵、管路安裝

a.確保施工安全，有效防控突涌水。輔引3號(hào)洞最大高差為79.04m，限于現(xiàn)場(chǎng)條件，掘進(jìn)工作面附近無(wú)法設(shè)置大功率的水泵，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的水泵揚(yáng)程有限，當(dāng)掘進(jìn)到一定位置時(shí)，掌子面附近的水泵就無(wú)法把涌水直接排到洞外的排水溝，需要接力，先把掌子面附近的積水排到儲(chǔ)水倉(cāng)，利用水倉(cāng)里的大功率水泵，直接將水排到洞外。在遇到大流量的突涌水時(shí)，需及時(shí)控制掌子面附近的水位，水倉(cāng)在為排水系統(tǒng)贏得反應(yīng)時(shí)間方面優(yōu)勢(shì)突出。

b.超過(guò)水倉(cāng)進(jìn)口高程洞段的散水、淋水、涌水等，可匯集到水倉(cāng)，減少了掘進(jìn)工作面的積水總量，進(jìn)而減輕了掘進(jìn)工作面的排水壓力。

圖5 一級(jí)排水系統(tǒng)2號(hào)水倉(cāng)平面設(shè)計(jì)圖

圖6 二級(jí)排水系統(tǒng)水倉(cāng)平面設(shè)計(jì)圖

c.定點(diǎn)集中使用大功率水泵排水，效率高、功效快。此外，水倉(cāng)的設(shè)置，減少了排水接力的中間環(huán)節(jié)，提高了排水系統(tǒng)的可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

a.輔引3號(hào)施工支洞工期緊，沒(méi)有線路和行車時(shí)速的特別要求，也沒(méi)有時(shí)間對(duì)大流量涌水點(diǎn)進(jìn)行封堵處理。在此情況下，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整隧道平面線路，以避開(kāi)水系和大流量涌水點(diǎn)，合理地抽排，不失為處理突涌水的一個(gè)有效手段。

b.在地下水豐富、巖溶水發(fā)育的地區(qū)，反坡開(kāi)挖大坡度長(zhǎng)隧道時(shí)，設(shè)置臨時(shí)固定水倉(cāng)，可有效地防控突涌水，提高施工安全度，確保已經(jīng)開(kāi)挖的隧洞不因大流量涌水而報(bào)廢。

1 柴登榜主編.礦井地質(zhì)手冊(cè).北京:煤炭工業(yè)出版社，1984.

2 馬哲，肖有才.礦井涌水量與防治水安全有關(guān)的問(wèn)題.中國(guó)煤炭，2008.34（3）：33-35.

3 陳漫天，吳體剛，劉曉鵬.云南大保高速公路大箐隧道處理地下涌水和塌方施工技術(shù)總結(jié).中國(guó)西部科技，2010.9（1）：8-10.

4 葉樵.長(zhǎng)大復(fù)雜地質(zhì)隧道大涌水地質(zhì)災(zāi)害分析與治理.鐵路工程學(xué)報(bào)，2008.7：65-68.