长深隧洞特大涌水突泥处理方案研究

庞维

（本溪泓源供水有限责任公司，辽宁本溪 117000）

1 概况

辽宁省观音阁水库输水工程位于太子河干流上，是将已建的观音阁水库水经过输水隧洞及管线自流输入到本溪市的大（2）型Ⅱ等工程，是观音阁水库与大伙房水库输水工程的配套工程，工程的主要任务是保障本溪市生活饮用水安全，解决本钢、北台钢厂等大型企业存在的水量与水质安全问题，并为本溪市、本溪县和本溪新城经济社会发展提供安全可靠的水源。

工程位于本溪市管辖区，主要由1座取水头部、头部压力隧洞φ3.6m（731.29m）、输水管线、1座电站、主洞进口段压力隧洞φ3.0m、无压隧洞、2座配水站及分支隧洞和管线等几部分组成。取水头部设计规模为125万m3/d。管道大部分沿河敷设，采用双管同槽的方式，个别地段采用单根外包混凝土钢管。工程线路长91.34km，其中管线长49.83km，隧洞长41.51km。

2 涌水突泥情况描述

涌水是隧洞施工中最常见的水文地质现象，大量的涌水往往给工程带来许多困难和危害，甚至造成严重事故而迫使工程停工，从而大大影响工程施工。

2.1 发生经过

辽宁省观音阁水库输水工程隧洞桩号M11+975发生涌水突泥现象，涌水初期水呈黄色，并夹带砂粒和岩屑。最大涌水量约500m3/h，突泥量约3000m3，连续排水近2个月，初步具备人员、机械进洞施工条件。经相关专业人员现场查勘，涌水突泥点位于掌子面右拱肩处，尺寸约为0.5m×0.3m，内部空腔形状不规则，目前能够暂时维持自稳。

2.2 工程地质情况

此次涌水突泥发生的隧洞位于4号支洞—5号支洞之间的主隧洞段，平面位置在本溪市兴隆湖沟附近。主隧洞进口设在香磨村上游约400.0m，小汤河右岸，末端为大峪分水口起点。隧洞进口采用φ3.0m的圆形压力隧洞穿越小汤河，其余部分采用城门洞型断面，隧洞底坡为1/1429，成洞洞径为2.9m×3.4m。桩号M11+975处地面高程约为345.00m，洞室底板高程206.18m，洞室埋深约140.0m。

该段揭露地层为元古界清白口系南芬组（Qnn）泥灰岩，围岩以Ⅲ类为主，地下水以线状水为主，在该段下游桩号M12+040—M12+080段有2条较大断层F97，F102，发育断层泥及碎裂岩等，预测地下水为线流或股流状。围岩类别为Ⅵ、Ⅴ类。在下游桩号M13+639处发育1条规模更大的断层F95，穿越于灰岩中，岩层紊乱、节理裂隙发育、岩体完整性差、透水性强、岩石溶蚀现象严重。

4号下游涌水段揭露地层岩性为灰岩（现场取岩样，滴酸后有大量气泡产生），揭露围岩类别为Ⅳ类，已开挖段没有发现溶蚀裂隙及溶蚀孔洞，多以节理为主，张开性裂隙不发育。该掌子面之前岩体完整性差，局部破碎，由Ⅲ类逐渐过渡到Ⅳ类，地下水以少量滴水或渗水为主，出现较大涌水迹象不明显。

2.3 原因分析

1）工程招标图中该段附近存在F97或F102断层，在5号洞上游开挖过程中并没有揭露这2条断层。初步推测可能与F97或F102断层（或次生断层）有关，或是这2条断层的其中1条。

2）目前4号洞开挖揭露的岩性为灰岩，属可溶岩，虽然在已开挖段围岩中并没有发现溶蚀裂隙及岩溶孔洞等迹象，但是涌水时初期（约72h）涌水颜色为黄色，且在涌水口附近打捞水下残留沉积物中岩石样品中不同岩性较多，且磨圆度较好，风化程度差异较大，所以认为打捞物为地表河流冲积物的可能性较大。

3）距离桩号M11+975m水平距离不足500.0 m的5号支洞开挖中曾经数次见到岩溶地质现象，所以此处涌水属于岩溶涌水的可能性较大。

该段断层发育，岩性为可溶岩，地下水活动强烈，洞室埋深较浅，地表河流发育，地下水补给充足，因此该段易产生构造岩溶性涌水。

根据以上分析，结合涌水初期水流浑浊情况及地表水井水位下降等现象，初步认为该处涌水应属于断层岩溶涌水，属不可预见地质原因。

3 处理方案

隧洞涌水的防治方法主要是排水法和止水法。桩号M11+975m涌水突泥发生后，在洞内排水达到人员进入条件后，进行实地查勘，分析形成原因，确定了初步的处理方案。后通过工程管理、水文地质、地下水处理等方面专家对前期方案进行论证，根据前期方案及专家意见形成最终处理方案。

3.1 支护

从现场观测可见，由于从出水口涌出大量石渣，出水口内存在巨大空腔，遇扰动极易发生二次塌方。因此，在桩号M11+975—M11+970段必须采用边清渣边支护的原则，加大支护强度。该段支护参数具体见图1，必要时顶拱施做钢插板。

图1 出水口处支护示意图

3.2 导水

根据原有地下水位判断，该出水点可能存在1.0MPa以上静水压力，为防止施做封堵时水压对支护结构和后期封堵造成破坏，在桩号M11+965处设置2个钻孔导水，如图2所示。孔径120mm，设置在洞室右侧边墙，距底板0.5，1.0m处，与洞轴线夹角30°。导水孔位置和数量可根据现场实际情况调整。

图2 导水孔示意图

3.3 空腔支护

导水完成后，扩大原有出水口，人员进入后进行地质测绘和测量，针对具体情况再确定支护方案。

3.4 空腔封堵

待洞室支护和导水工作完成后，采用DN150钢管向空腔内泵送C25自密实混凝土，混凝土应添加膨胀剂。混凝土采用分层浇筑，每层厚度不大于1.0m。混凝土浇筑前在空腔顶部预埋回填灌浆管，灌注水泥浆。封堵断面见图3。

图3 M11+975封堵断面图

3.5 灌浆

空腔封堵完成后，在桩号M11+995—M11+950处布置径向灌浆孔，孔径φ42，孔深入围岩5.0m，间距1.0m，梅花型布置，对该段实施阻水固结灌浆，灌浆材料选用HSC超细水泥浆。浆液配比及屏浆压力根据现场试验确定。

4 结语

此次涌水突泥事件中，大量堆积物从流水涌出，造成洞室外侧形成巨大空腔。故空腔回填量较大，根据目前清淤量估算，空腔回填量可能达到1500m3。此处涌水量较大且没有减小趋势，故该处节理构造发育，后期阻水固结灌浆量较大。根据该段前期历次阻水灌浆现场数据及灌浆规范要求，固结灌浆量按100kg/m计算。为避免后期开挖过程中再次出现涌水突泥事件，在后续开挖工作前，每循环必须按照要求，在掌子面设置5个5.0m长探孔，以保证施工安全。