農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)隧洞堵水與排水施工技術(shù)探討

陳 鵬

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030002）

山西省中部引黃工程TBM1標(biāo)位于呂梁市興縣境內(nèi)，進(jìn)洞支洞洞口位于山西省呂梁市興縣交樓申鄉(xiāng)陳家圪臺村對面。為進(jìn)行主洞掘進(jìn)需進(jìn)行的施工內(nèi)容為進(jìn)洞支洞SJ0+000—SJ5+199.659，長度5199.659 m，與主洞高差為180.341 m，坡比為3.857%；23#通風(fēng)支洞在總85+963處于主洞成49.764°斜交，洞長969.03 m，與主洞高差為330.039 m，坡比為37.315%；進(jìn)洞支洞和主洞為TBM掘進(jìn)，采用1臺羅賓斯公司生產(chǎn)的φ5.06 m雙護(hù)盾TBM獨頭掘進(jìn)，施工斷面為圓形，預(yù)制C45混凝土管片拼裝式結(jié)構(gòu)，成型管片內(nèi)徑4.3 m，管片厚度0.25 m，管片型式為六邊形蜂窩狀，4片管片組成1環(huán)，管片與圍巖之間的空隙采用豆礫石充填并進(jìn)行回填灌漿。洞內(nèi)鋪設(shè)單線鋼軌，連續(xù)皮帶機(jī)出渣，采用編組列車進(jìn)行物料運輸，設(shè)置錯車道。

1 項目工程水文地質(zhì)情況

隧洞進(jìn)入主洞10 km時洞身將進(jìn)入地下水位以下，沿線地下水類型主要有變質(zhì)巖類裂隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水（區(qū)域水及層間水）、碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙水，其中，對隧洞有影響的是碳酸鹽巖裂隙巖溶水（區(qū)域）及變質(zhì)巖類裂隙水。變質(zhì)巖類裂隙水地下水貯存于巖層風(fēng)化帶及裂隙中，水位隨季節(jié)變化，地下水的補給主要為大氣降水補給。地下水的排泄為向下游的徑流排泄或向溝谷的側(cè)向徑流排泄，當(dāng)貯水層為埋深較大的構(gòu)造裂隙時，具承壓性。當(dāng)洞段斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育時，洞內(nèi)可能有涌水，順帶方向構(gòu)成的不同巖層之間可能出現(xiàn)的層間水。

2 堵水方案主要內(nèi)容

2.1 掌子面堵水方案

2.1.1 超前物探 分析掌子面前方存在大概率涌水情況時，采用退刀盤3～5 m，用小型地質(zhì)鉆機(jī)（可鉆孔深需20 m）在掌子面裂縫處進(jìn)行鉆探。

2.1.2 掌子面堵水 當(dāng)鉆探發(fā)現(xiàn)較大涌水，采用加密鉆孔、超前注漿（雙液漿或化灌）堵水，封堵涌水后再恢復(fù)掘進(jìn)，掘進(jìn)至注漿堵水界線，再退刀盤進(jìn)行鉆探，直至無大的涌水時方可正常掘進(jìn)。

2.2 已安裝管片隧洞段堵水方案

一是鉆探發(fā)現(xiàn)涌水量較小且可控時，采用邊排水邊掘進(jìn)，安裝無面板鋼制管片，將涌水裂縫段拖出盾體后在裂縫處進(jìn)行鉆孔堵水，堵水采用雙液漿。直至裂縫涌水封堵后進(jìn)行噴射砼填充和施焊面板防腐處理。二是涌水洞段巖石較破碎，安裝D3型管片并進(jìn)行豆礫石回填，雙液漿回填灌漿。三是地下水水頭較高，回填灌漿后還有外水噴射和線流現(xiàn)象，采取固結(jié)灌漿進(jìn)行處理。固結(jié)灌漿處理后對仍有較高壓力水涌水點采取打排水孔導(dǎo)水減壓，減少管片承壓。

3 隧洞堵水方案

3.1 隧洞內(nèi)滲水來源

3.1.1 已襯砌管片段出水 現(xiàn)有隧洞在掌子面無水時，排水主要來源為主支洞擴(kuò)挖洞積水約5 m3/h，隧洞在主洞樁號總91+353處設(shè)置可通機(jī)車的小擋壩攔截4#錯車臺至小擋壩間已進(jìn)行回填灌漿但仍在出水的積水量，約40 m3/h，并用1臺YDⅡ60-30*3離心泵抽入7#接力水箱，進(jìn)入排水系統(tǒng)。小擋壩至掌子面回填灌漿后仍出水洞段的積水約320 m3/h，向機(jī)頭方向自流后由伸縮盾潛水泵抽排，排入TBM臺車1#、2#接力水箱并通過隧洞排水系統(tǒng)排出洞外。為減少掌子面突涌水時管道排水總量，確保管道排水對掌子面突涌水有效排出，掘進(jìn)前需采取專門措施，進(jìn)行已襯砌管片段堵水施工。

3.1.2 掌子面突涌水 已多次發(fā)生掌子面突涌水情況，在較小流量、歷時較短時，可在涌水發(fā)生后及時排出隧洞積水，采用繼續(xù)掘進(jìn)將涌水段拖出盾體并進(jìn)行管片襯砌后，用雙液漿進(jìn)行豆礫石回填后灌漿，進(jìn)行堵水。但是當(dāng)突涌水流量較大、歷時較長時，將對隧洞施工安全形成威脅。為做到提前預(yù)防發(fā)生此類事件，進(jìn)行超前探測和鉆探以及超前堵水更為重要。

3.2 隧洞堵水方案

根據(jù)隧洞出水情況，隧洞堵水方案分兩部分制定。

3.2.1 隧洞堵水加固 由于隧洞掘進(jìn)中TBM臺車灌漿條件限制，只進(jìn)行了270°回填灌漿，需在停止掘進(jìn)期間完成全斷面豆礫石回填后灌漿，并按要求進(jìn)行檢驗，達(dá)到合格要求。對有涌水洞段的回填灌漿，當(dāng)純水泥漿灌漿受水流影響無法實施時，采用水玻璃+水泥漿混合的速凝漿液灌漿。對不良地質(zhì)洞段、回填灌漿后仍在較大外水壓力下形成漏水的裂隙發(fā)育洞段、Ⅴ類圍巖漏水洞段和經(jīng)設(shè)計提出需進(jìn)行固結(jié)灌漿洞段進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿技術(shù)按“水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范SL62-2014”要求和設(shè)計要求執(zhí)行。固結(jié)灌漿范圍按現(xiàn)場踏勘和地質(zhì)揭露資料選定報批，按批準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行施工。

3.2.2 掌子面堵水

3.2.2.1 超前探測。采用震波超前探測技術(shù)和瞬變電磁探測技術(shù)，按照“物探先行、鉆探驗證”的原則，對可能涌水的異常區(qū)域，結(jié)合鉆探等有效措施探驗，根據(jù)情況采取相應(yīng)的防治措施，必要時需進(jìn)行超前注漿加固。根據(jù)超前探測范圍約100 m限制，要求每掘進(jìn)100 m進(jìn)行1次超前探查測，并及時分析探測結(jié)果，為下一步掘進(jìn)決策提供依據(jù)。

3.2.2.2 超前注漿。首先，對于此次涌水掌子面，在排出隧洞積水后，購置小型地質(zhì)鉆機(jī)（要求體積較小，可由刀盤入孔進(jìn)入掌子面，可鉆孔深度約20 m），做好超前鉆孔注漿堵水準(zhǔn)備，對掌子面涌水裂縫和出水孔洞，先用鋼板和膠墊壓緊掌子面涌水處，封堵涌水裂縫，使涌水可控，再采用退刀盤3～5 m（需拆除2～3環(huán)管片），在掌子面布孔，用已購置的小型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔20 m，鉆孔順序擬先進(jìn)行涌水區(qū)域中心鉆孔，采用由內(nèi)向外擴(kuò)散型式封堵圍巖裂縫，直至掌子面區(qū)域圍巖裂縫用膠凝漿液封堵，再進(jìn)行周邊鉆孔超前注漿，用大于涌水水頭的注漿壓力推移漿液沿裂縫延伸，使掌子面周圍一定范圍的水流通道封堵，達(dá)到涌水量可控狀態(tài)時再恢復(fù)掘進(jìn)，掘進(jìn)至注漿區(qū)域邊界，再進(jìn)行超前物探和鉆探，直至脫離涌水區(qū)域。使TBM施工在涌水可控的情況下進(jìn)行掘進(jìn)。剩余3.7 km的掘進(jìn)中，如經(jīng)超前探測后發(fā)現(xiàn)物探有異常時，采用退刀盤進(jìn)一步進(jìn)行超前鉆探，如果鉆探發(fā)現(xiàn)裂隙涌水較少可控，可采取將涌水處拖出盾體并安裝無面板鋼管片，有針對性地對裂隙進(jìn)行鉆孔堵水。鉆探出現(xiàn)較大涌水時，則加密鉆孔采用超前注漿進(jìn)行堵水。超前注漿漿液優(yōu)先選用水玻璃+水泥漿的雙液漿，如水壓力較大、水流量較大時可先用化灌對涌水控制，再進(jìn)行雙液漿注漿堵水，對于周邊注漿為使?jié){液擴(kuò)大滲徑，選擇純水泥漿（漿液由稀到濃）注漿堵水。

4 排水方案比選

4.1 方案比較

4.1.1 主案一 采用YDⅡ150-70×3離心泵，用于新增1條DN200管道排水，實際揚程比機(jī)泵揚程小1倍，實際排出水量應(yīng)大于水泵額定排水量150 m3/h，使主洞共有排水能力大于500 m3/h。

4.1.2 方案二 選擇MD450-60*4多級離心泵，用于新增1條DN300管道排水，流量450 m3/h、揚程247 m、功率450 kW水泵1臺。該泵安裝在TBM后配套原高壓電纜卷盤位置（左側(cè)距TBM掌子面244 m），設(shè)變頻器；使主洞共有管道排水能力大于850 m3/h。4.1.3 方案三 選擇MD700-65*4多級離心泵，流量700 m3/h、揚程260 m、功率710 kW水泵2臺并聯(lián)，用于新增DN400管道2級排水，使主洞共有管道排水能力為1400 m3/h。

4.2 排水方案確定

經(jīng)充分研討，針對隧洞突涌水嚴(yán)峻形勢，安全風(fēng)險性較大的現(xiàn)實，后期3.7 km隧洞施工涌水量可能更大，為在施工中徹底消除突涌水安全隱患，對隧洞涌水先堵后排，堵排結(jié)合，對已襯砌和回填灌漿后仍出水的洞段進(jìn)行固結(jié)灌漿，減少管道排水負(fù)擔(dān)，確保TBM施工安全可控，排水方案2提出的管道選擇較為合理，進(jìn)一步優(yōu)化后，可提高排水系統(tǒng)能力。