锦屏水电枢纽辅引3号施工支洞突涌水治理技术总结

2011-01-25刘腊腊张洪威

水利建设与管理 2011年1期

关键词：水仓潜水泵支洞

刘腊腊张洪威

（吉林省现代轨道交通勘察设计院有限公司天津分公司 300011）

锦屏水电枢纽辅引3号施工支洞突涌水治理技术总结

刘腊腊张洪威

（吉林省现代轨道交通勘察设计院有限公司天津分公司 300011）

辅引3号施工隧道位于川西雅砻江流域锦屏山，隧道平均埋深约2000m。根据设计前的预案和施工中的应急处理方案，成功地克服了突涌水给施工带来的困难。本文主要对该隧道在设计施工中的突涌水治理技术进行总结。

锦屏水电枢纽突涌水线路绕行水仓

锦屏二级水电站属于二滩电站在雅砻江干流锦屏大河湾上卡拉至江口河段规划的5个梯级电站之一，总装机容量480万kW，是雅砻江流域装机规模最大的水电站。为保证锦屏二级水电站2012年首台机组按期发电目标的实现，锦屏建设管理局决定在锦屏电站工程A辅助洞（AK6+950）增设辅引3号施工支洞工程，解决引水隧洞主体工程的施工通道和排水问题。辅引3号施工支洞是连接辅助洞与锦屏二级水电站的施工排水洞、4号、3号、2号、1号引水隧洞工程施工的一条重要施工支洞，其平均埋深约 2000m，最大坡度为-11%（超长坡，约800m），最大高差79.04m。由于辅引3号施工支洞，反坡开挖、工期紧（10个月），在施工过程中，存在大流量突涌水、岩爆问题。因此合理解决涌水的排水问题，预防岩爆成为辅引3号施工支洞设计施工成败的关键。

1 隧道工程地质及水文地质

隧洞工程区内出露的地层为前泥盆系—侏罗系的一套浅海—滨海相、海陆交替相地层。岩性复杂，由黑云母绿泥石片岩、变质中细砂岩夹薄层状大理岩、砾状或条带状大理岩等组成，以T2b灰白色大理岩为主。锦屏山属裸露型深切河间高山峡谷岩溶区，主要接受大气降水补给，岩溶形态以溶蚀裂隙为主，溶洞少，且规模不大。隧洞施工中的最大突发水量是涉及施工安全和进度的重要水文地质问题，辅引3号施工支洞设计和施工中按照1.5m3/s作为单点最大突水量的量级考虑。

2 突涌水的治理

辅引3号施工支洞工期的要求决定了治理突涌水的原则是“以排为主、堵排结合”。为此，辅引3号施工支洞设置了完善的排水系统来确保施工安全及掌子面掘进工作的顺利进行。在实际施工过程中，为加快施工进度，在不影响支洞主要功能的前提下，辅引3号洞多采用线路绕行的方案，以避开大的涌水点和掘进前方的水系。

2.1 辅引3号支洞的排水系统

辅引3号支洞的排水系统由一级排水系统2号水仓、一级排水系统3号水仓、二级排水系统、施工工作面的排水系统组成。一级排水系统、二级排水系统设置临时固定水仓，用于聚积涌水进行集中排水，每个水仓中设置3台潜水电泵并配置各自独立的排水管路；施工工作面的排水系统主要作用是在施工过程中随工作面的推进将不断涌出的水排至固定水仓或洞外，到达能够正常施工并加快进度的目的。

由于辅引3号施工支洞在施工过程中及其完工投入使用时引水隧洞主体工程施工过程中，可能存在大流量的涌水问题，设计的一级、二级水仓及泵站只是解决了辅引3号支洞的定点排水问题（汇积至水仓进行集中排水），而施工过程中的涌水和积水直接影响到施工进度。因此，难点是工作面在不断向前开挖过程中，工作面位置涌水如何抽排至一级或二级水仓内，再通过水仓内的固定泵站抽排至洞外。

2.2 掘进掌子面不同涌水量的排水方案

a.掘进掌子面的总涌水量不大于0.3m3/s时，为配合排净掘进掌子面的涌水、及时保证施工的进行，在掘进掌子面配备3台WQ20—24—3型潜水泵（20m3/h）、5台KL50—22型潜水泵（50m3/h），另有2台300SLDB750/ 20—75型潜水电泵（750m3/h）、2台WQ600—20—55型移动式潜水泵（600m3/h）备用，现场可以根据实际情况确定开启水泵的台数和投入水泵的类型。

b.掘进掌子面涌水量在0.3～0.5m3/s时，则采用排水措施仅能控制洞内水位，无法继续实施钻爆施工作业。因此需要采用绕行支洞方案，继续开挖（见图1）。线路绕行遵循以下原则：

图1 支（3）0+042/186涌水位置绕行方案示意图

ⓐ在掌子面后方20m位置，开挖绕行支洞，继续向下开挖。将原工作面改为一级水仓，设置车载水泵。绕行支洞与原支洞边到边距离不小于20m；

ⓑ绕行支洞继续下挖如果顺利通过原工作面的出水带后，又揭露大的出水点，则再次退后20m开挖新的绕行支洞，设置第二个一级水仓。如果绕行支洞继续下挖又揭露了原工作面的出水带，并且水量没有减小，则改由另一侧开挖新的绕行支洞，并且绕行并排距离需要加大至40～50m。

c.总涌水量不小于0.5m3/s时，如果是散水汇总后涌水量达到0.5m3/s以上，需要紧急设置一级水仓，通过增加水泵数量，加强排水能力，并采用绕行支洞如果能够成功避开出水带，则仍可继续施工。但是如果是单点涌水量超过0.5m3/s，则涌水水位将迅速不断上升，淹没洞室，涌水已难以控制，大型水泵也来不及投入使用。并且现场的各种条件也无法满足大型水泵数量无限制增加。因此建议放弃开挖。

2.3 三个施工阶段排水方法

a.一级水仓未形成之前，需根据涌水量大小采取不同排水方式。此阶段，采用3台WQ20—24—3型潜水泵（20m3/h）、5台 KL50—22型潜水泵（50m3/h）、2台 300SLDB750/20-75型潜水电泵（750m3/h）、2台WQ600—20—55型移动式潜水泵（600m3/h）进行排水，并准备接力排水所用的设备、设施。

b.一级水仓形成后至二级水仓形成之前，一级水仓高程之上的出水汇集到一级水仓内，通过一级水仓内的固定泵站抽排至洞外。一级水仓高程之下的散水汇集于积水坑后，通过掘进工作面的排水设备排至一级水仓内。

c.二级水仓形成之后，所有的涌水通过设置的水沟自流汇集至二级水仓之内，通过二级水仓内的固定泵站排至洞外。

2.4 工程实例：辅引3号施工支洞支（3）0+042.00/ 186.11、293.00三处涌水的处理

2010年2月21日，辅引3号洞在支（3）0+042左肩（E）拱有出水点呈管状涌水，单股稳定涌水量为200L/s（见图2）。

2010年4月25日，辅引3号洞在支（3）0+186处掌子面出水，呈管喷状，最大喷射水平距离约15m，涌水量约为300L/s（见图3）。

2010年5月23日，辅引3号洞在支（3）0+293北侧拱肩位置出水，涌水量约为100L/s。

2.4.1 方案

经充分的讨论和协商，对此三处涌水提出以下治理方案：

图2 支（3）0+042处管状涌水

支（3）0+042/186两处涌水，因掌子面单股涌水量较大，掌子面设置的临时排水设施只能控制洞内水位，无法钻爆作业。经详细的超前地质预报工作后，决定在遵循线路绕行原则的前提下，采用线路绕行方案（见图1），以“避开”涌水。

支（3）0+293位置的涌水，因掌子面总涌水量较小，地质工程师预测前方的水系将减弱，且掌子面的排水设施可以保证钻爆作业的进行，故采用“强行穿越水系”的方案，继续按原线路进行钻爆作业，掘进至0+310m左右，涌水果然减小。

2.4.2 排水方法

三处涌水均采用预设方案中的第一种排水方法。前两处的的涌水位置，因距离辅引3号洞口不远，且高差不大，利用设置的潜水泵将掌子面的积水直接排到洞外的A辅助洞内的排水沟里。至于支（3）0+293位置的涌水，则利用线路绕行在186.11位置处形成的一级水仓，先将掌子面处的涌水排到一级水仓，再利用一级水仓里的水泵接力将水排到洞外的排水沟。

此三处的涌水处理达到了保证安全、确保工程质量、加快施工进度的目的。

2.5 排水系统水仓

辅引3号隧洞的最大特点除了最大坡度-11%的超长坡（800m）外，借鉴矿井排水成功经验，一级排水系统、二级排水系统设置临时固定水仓，用于聚积涌水进行集中排水，也是一个创新。

2.5.1 水仓布置

辅引3号支洞设一、二级储水仓，均为临时性单水仓。一级储水仓共设三个，各储水仓高差约20m，布置在辅引3号支洞斜坡段前进方向右侧（见图4、图5）；二级储水仓布置在辅引3号支洞落平段拐弯处，长约200m（见图6）。

2.5.2 设置水仓的优势

图4 一级排水系统2号水仓水泵、管路安装

a.确保施工安全，有效防控突涌水。辅引3号洞最大高差为79.04m，限于现场条件，掘进工作面附近无法设置大功率的水泵，现场设置的水泵扬程有限，当掘进到一定位置时，掌子面附近的水泵就无法把涌水直接排到洞外的排水沟，需要接力，先把掌子面附近的积水排到储水仓，利用水仓里的大功率水泵，直接将水排到洞外。在遇到大流量的突涌水时，需及时控制掌子面附近的水位，水仓在为排水系统赢得反应时间方面优势突出。

b.超过水仓进口高程洞段的散水、淋水、涌水等，可汇集到水仓，减少了掘进工作面的积水总量，进而减轻了掘进工作面的排水压力。