调水项目支洞涌水原因分析及处理措施

曹 星 贾洪敏

（1三亚城市投资建设集团有限公司；2华通设计顾问工程有限公司）

0 引言

文章以三亚市西水中调项10#施工支洞施工过程中所遇到的隧洞涌水问题为例，首先概述了该工程项目的涌水特征及原因，在此基础上介绍了针对该涌水问题所采取的超前地质预报及帷幕灌浆等处理措施。

1 工程概况

本项目建设内容及规模：原水工程（按远景规模60万m3/d建设）包括取水工程、输水隧洞工程、输水管道工程。建设内容包括大隆水库取水口、大隆水库至水厂输水隧洞、1～10#施工支洞、1#（2#）农灌支洞及农灌井、水源池水库补水支洞及补水口、水源池水库至水厂供水管道、检修支洞等。原水输水隧洞设计引水流量为7.80 m3/s,全长28.10 km,沿线地质条件复杂，埋深大，发育有断层、涌水、地热及岩爆等不良地质现象。项目总平图如图1。

图1 三亚市西水中调项目总平图

2 项目涌水情况及原因分析

2.1 涌水模式

隧洞涌水是由于隧道掘进破坏了含水层结构，使水动力条件及围岩力学平衡发生急剧改变，造成地下水体所存能量以流体高速运移形式瞬间释放而产生一种动力破坏现象。隧洞施工过程中常见的涌水模式主要为两种：①裂隙-溶隙突涌水②构造带突涌水。其中裂隙-溶隙涌水往往是由于围岩节理裂隙发育形成的少量地下水，水量及水压均比较小，隧洞开挖过程中及时对围岩进行封闭并预埋导流管进行排水疏导即可，对围岩稳定性影响较小；而构造带突涌水一般由地质构造运动形成的断层破碎带引起，由于该处围岩破碎，渗透系数大，赋存大量地下水，且两侧完整性好的围岩形成稳定隔水层，使得破碎带内的地下水具有量大、承压的特点，隧道掘进过程中随着隔水层变薄，地下水顶穿隔水层大量涌出，对围岩稳定性危害极大。

2.2 涌水情况

项目10#施工支洞全场875 m，走向270.50°，与主洞呈49.70°相交，设计坡度3.98°，隧洞洞身段发育有物探FW9断层（位于桩号K0+429.00处，倾向西南，倾角70～80°，破碎带宽度5～10 m），地下水类型主要为孔隙-基岩裂隙潜水，一般埋深0.20～10 m，该施工支洞钻进至桩号K0+738.50处时，突发涌水现现象，射流距离达6～8 m。

根据现场情况，对该处掌子面水量及水压进行计算如下：

式中：v-射流速度，m/s；L-射流距离，6～8 m；h-孔口高度，0.50 m；g-重力加速度，10 m/s2。

计算可得，射流速度约为18.75～25 m/s。

式中：m-质量，kg；H-水头，m。

计算可得，水头范围为17.92～31.86 m。

式中：Q-流量，m3/h；r-孔口半径，42 mm。

计算可得，该处掌子面涌水量约为93.50～124.60 m3/h。

2.3 涌水原因分析

针对此次涌水现象，采取地质雷达进行超前地质预报，对掌子面前方30 m 范围地质情况进行预报，由于受地层条件影响，预报有效距离为20.50 m，地质雷达剖面图及能谱图如图2。

图2 10#支洞桩号K0+738.5处地质雷达剖面图及能谱图

从图2推断桩号K0+740.7～K0+746范围岩体破碎，完整性差，可能存在断层破碎带，为地下水的储存提供通道，存在涌水的可能。同时，对10#支洞掌子面左侧暂未发生涌水区域进行施钻2 个探测孔，设备采用TY28 气腿钻配42 mm 钻头,钻杆长3.50 m。施钻第一个探测孔，过程中钻孔正常，未出现卡钻受阻、钻孔速度突然加快等现象，未发现有明显流水排出，在钻孔深度约3 m，突然出现较大涌水，且将气腿钻冲出，该孔水量喷射距离达7 m，原右侧4个涌水孔水量无明显减少，水位有明显上涨，为保证施工安全确定不再对第2个探测孔进行施钻。后期通过4 m 长钢筋探孔，左侧孔深3.30 m 探到岩石，右侧孔深2.20 m探到岩石，与超前地质预报结论基本相符。

3 帷幕灌浆处理方案

3.1 帷幕灌浆设计

堵漏采用超前预注浆技术，根据地质条件结合现场施工情况，采用水泥-水玻璃双液浆灌浆，体积比1:0.10～1:1.00，注浆压力为0.15～0.30 MPa，在进行正式施工前，进行试配试验，根据地层可注性，合理调整双液浆配合比及注浆压力，后期爆破开挖过程中，如对止水帷幕造成破坏及时进行加强补灌。

帷幕灌浆孔孔深5 m，间距1.50 m，成孔直径≥108 mm，钻孔孔位与设计孔位允许偏差≤±50 mm，钻孔允许偏斜率为1%，钻孔有效深度宜超过设计深度0.30 m。

采用短进尺，每循环进尺为0.50～1.00 m，帷幕灌浆施工前在掌子面布置1～2个泄水孔减压，深度≥8 m。

3.2 帷幕灌浆施工

3.2.1 钻孔

灌浆孔采用潜孔钻进行造孔，孔径108 mm，钻孔按灌浆分区进行施工，孔位偏差控制在10 cm范围内；灌浆分区顺序：先底板，边墙，后拱顶；灌浆钻孔施工完成后，立即安装止浆塞，连接输浆管，调整灌浆压力。

3.2.2 灌浆

灌浆采用自下而上分片压入灌浆法施灌，灌浆孔采用孔口封闭全孔一次灌入。灌浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，体积比1:0.10～1:1.00，根据地层可注性，适当调整水玻璃用量，当节理裂隙较大时，通过加入适量粉细砂，增加封堵材料的强度。灌浆压力视地质条件，现场施工情况确定，灌浆过程中，分段升压，严格控制压力及注浆量，防止地层隆起或沉降。因为合理的浆液交换有利于提高灌浆质量，并且过早使用浓浆容易将细小裂隙堵塞，影响灌浆效果，而灌浆稀浆过多则造成注浆时间过长、注浆材料的浪费，且对松散颗粒体的固结效果不好，为此在灌浆过程中才用了如下浆液交换原则：①灌浆压力保持不变，注浆量持续减小时，或注浆量减小而压力持续升高，则保持水灰比不变。②当某一级浆液的注浆量达到300 L 或灌浆时间达30 min时，而灌浆压力和注浆量无改变或改变不显著时，调整为浓一级的浆液。③当注浆量＞30 L/min时，根据施工情况越级调整为浓浆。④在灌浆段最大设计灌浆压力下，灌浆段注浆量≤1 L/min时，延续灌注20 min后结束灌浆作业。

3.2.3 封孔

灌浆完成后采用压力灌浆封孔，浆液采用水灰比0.50:1的纯水泥浆，封孔压力与灌浆压力一致。

3.2.4 灌浆封堵质量检查

灌浆质量检查采用钻孔排压法进行检查，当第一段周边灌浆完成后，在掌子面底部施钻两个孔进行卸压，检查第一段灌浆效果，如检查孔出水量小，则灌浆有效果，随即进行下步爆破掘进。

4 结论

文章结合三亚西水中调项目10#洞施工中出现的隧洞涌水问题，概述了出现涌水问题的地质模式并找出了导致该项目涌水的具体原因，结合钻孔与地质雷达，以及后续帷幕灌浆技术的工程实践，证明帷幕灌浆技术对隧洞涌水封堵及提高围岩稳定性有一定的效果，同时鉴于灌浆材料为水泥-水玻璃双液浆，强度增长较快，扩散半径小，对围岩的加固范围有限，因此在实际灌浆施工过程中，因根据地层条件适当调整二者配比，提高地层可注性，且考虑施工过程中，为防止地层隆起沉降，对灌浆压力也应进行适当调整控制。

通过后期对超前地质预报隧洞段的开挖检查，与预报成果基本相符，因此在隧洞施工过程中，针对不良地质段进行超前地质预报，并及时反馈指导施工，通过采取超前支护和预加固方式，对隧洞安全顺利掘进也有一定的价值。