农村偏远地区隧洞堵水与排水施工技术探讨

陈 鹏

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西 太原 030002）

山西省中部引黄工程TBM1标位于吕梁市兴县境内，进洞支洞洞口位于山西省吕梁市兴县交楼申乡陈家圪台村对面。为进行主洞掘进需进行的施工内容为进洞支洞SJ0+000—SJ5+199.659，长度5199.659 m，与主洞高差为180.341 m，坡比为3.857%；23#通风支洞在总85+963处于主洞成49.764°斜交，洞长969.03 m，与主洞高差为330.039 m，坡比为37.315%；进洞支洞和主洞为TBM掘进，采用1台罗宾斯公司生产的φ5.06 m双护盾TBM独头掘进，施工断面为圆形，预制C45混凝土管片拼装式结构，成型管片内径4.3 m，管片厚度0.25 m，管片型式为六边形蜂窝状，4片管片组成1环，管片与围岩之间的空隙采用豆砾石充填并进行回填灌浆。洞内铺设单线钢轨，连续皮带机出渣，采用编组列车进行物料运输，设置错车道。

1 项目工程水文地质情况

隧洞进入主洞10 km时洞身将进入地下水位以下，沿线地下水类型主要有变质岩类裂隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水（区域水及层间水）、碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙水，其中，对隧洞有影响的是碳酸盐岩裂隙岩溶水（区域）及变质岩类裂隙水。变质岩类裂隙水地下水贮存于岩层风化带及裂隙中，水位随季节变化，地下水的补给主要为大气降水补给。地下水的排泄为向下游的径流排泄或向沟谷的侧向径流排泄，当贮水层为埋深较大的构造裂隙时，具承压性。当洞段断层、节理裂隙发育时，洞内可能有涌水，顺带方向构成的不同岩层之间可能出现的层间水。

2 堵水方案主要内容

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况时，采用退刀盘3～5 m，用小型地质钻机（可钻孔深需20 m）在掌子面裂缝处进行钻探。

2.1.2 掌子面堵水 当钻探发现较大涌水，采用加密钻孔、超前注浆（双液浆或化灌）堵水，封堵涌水后再恢复掘进，掘进至注浆堵水界线，再退刀盘进行钻探，直至无大的涌水时方可正常掘进。

2.2 已安装管片隧洞段堵水方案

一是钻探发现涌水量较小且可控时，采用边排水边掘进，安装无面板钢制管片，将涌水裂缝段拖出盾体后在裂缝处进行钻孔堵水，堵水采用双液浆。直至裂缝涌水封堵后进行喷射砼填充和施焊面板防腐处理。二是涌水洞段岩石较破碎，安装D3型管片并进行豆砾石回填，双液浆回填灌浆。三是地下水水头较高，回填灌浆后还有外水喷射和线流现象，采取固结灌浆进行处理。固结灌浆处理后对仍有较高压力水涌水点采取打排水孔导水减压，减少管片承压。

3 隧洞堵水方案

3.1 隧洞内渗水来源

3.1.1 已衬砌管片段出水 现有隧洞在掌子面无水时，排水主要来源为主支洞扩挖洞积水约5 m3/h，隧洞在主洞桩号总91+353处设置可通机车的小挡坝拦截4#错车台至小挡坝间已进行回填灌浆但仍在出水的积水量，约40 m3/h，并用1台YDⅡ60-30*3离心泵抽入7#接力水箱，进入排水系统。小挡坝至掌子面回填灌浆后仍出水洞段的积水约320 m3/h，向机头方向自流后由伸缩盾潜水泵抽排，排入TBM台车1#、2#接力水箱并通过隧洞排水系统排出洞外。为减少掌子面突涌水时管道排水总量，确保管道排水对掌子面突涌水有效排出，掘进前需采取专门措施，进行已衬砌管片段堵水施工。

3.1.2 掌子面突涌水 已多次发生掌子面突涌水情况，在较小流量、历时较短时，可在涌水发生后及时排出隧洞积水，采用继续掘进将涌水段拖出盾体并进行管片衬砌后，用双液浆进行豆砾石回填后灌浆，进行堵水。但是当突涌水流量较大、历时较长时，将对隧洞施工安全形成威胁。为做到提前预防发生此类事件，进行超前探测和钻探以及超前堵水更为重要。

3.2 隧洞堵水方案

根据隧洞出水情况，隧洞堵水方案分两部分制定。

3.2.1 隧洞堵水加固 由于隧洞掘进中TBM台车灌浆条件限制，只进行了270°回填灌浆，需在停止掘进期间完成全断面豆砾石回填后灌浆，并按要求进行检验，达到合格要求。对有涌水洞段的回填灌浆，当纯水泥浆灌浆受水流影响无法实施时，采用水玻璃+水泥浆混合的速凝浆液灌浆。对不良地质洞段、回填灌浆后仍在较大外水压力下形成漏水的裂隙发育洞段、Ⅴ类围岩漏水洞段和经设计提出需进行固结灌浆洞段进行固结灌浆，固结灌浆技术按“水工建筑物水泥灌浆施工技术规范SL62-2014”要求和设计要求执行。固结灌浆范围按现场踏勘和地质揭露资料选定报批，按批准结果进行施工。

3.2.2 掌子面堵水

3.2.2.1 超前探测。采用震波超前探测技术和瞬变电磁探测技术，按照“物探先行、钻探验证”的原则，对可能涌水的异常区域，结合钻探等有效措施探验，根据情况采取相应的防治措施，必要时需进行超前注浆加固。根据超前探测范围约100 m限制，要求每掘进100 m进行1次超前探查测，并及时分析探测结果，为下一步掘进决策提供依据。

3.2.2.2 超前注浆。首先，对于此次涌水掌子面，在排出隧洞积水后，购置小型地质钻机（要求体积较小，可由刀盘入孔进入掌子面，可钻孔深度约20 m），做好超前钻孔注浆堵水准备，对掌子面涌水裂缝和出水孔洞，先用钢板和胶垫压紧掌子面涌水处，封堵涌水裂缝，使涌水可控，再采用退刀盘3～5 m（需拆除2～3环管片），在掌子面布孔，用已购置的小型地质钻机钻孔20 m，钻孔顺序拟先进行涌水区域中心钻孔，采用由内向外扩散型式封堵围岩裂缝，直至掌子面区域围岩裂缝用胶凝浆液封堵，再进行周边钻孔超前注浆，用大于涌水水头的注浆压力推移浆液沿裂缝延伸，使掌子面周围一定范围的水流通道封堵，达到涌水量可控状态时再恢复掘进，掘进至注浆区域边界，再进行超前物探和钻探，直至脱离涌水区域。使TBM施工在涌水可控的情况下进行掘进。剩余3.7 km的掘进中，如经超前探测后发现物探有异常时，采用退刀盘进一步进行超前钻探，如果钻探发现裂隙涌水较少可控，可采取将涌水处拖出盾体并安装无面板钢管片，有针对性地对裂隙进行钻孔堵水。钻探出现较大涌水时，则加密钻孔采用超前注浆进行堵水。超前注浆浆液优先选用水玻璃+水泥浆的双液浆，如水压力较大、水流量较大时可先用化灌对涌水控制，再进行双液浆注浆堵水，对于周边注浆为使浆液扩大渗径，选择纯水泥浆（浆液由稀到浓）注浆堵水。

4 排水方案比选

4.1 方案比较

4.1.1 主案一 采用YDⅡ150-70×3离心泵，用于新增1条DN200管道排水，实际扬程比机泵扬程小1倍，实际排出水量应大于水泵额定排水量150 m3/h，使主洞共有排水能力大于500 m3/h。

4.1.2 方案二 选择MD450-60*4多级离心泵，用于新增1条DN300管道排水，流量450 m3/h、扬程247 m、功率450 kW水泵1台。该泵安装在TBM后配套原高压电缆卷盘位置（左侧距TBM掌子面244 m），设变频器；使主洞共有管道排水能力大于850 m3/h。4.1.3 方案三 选择MD700-65*4多级离心泵，流量700 m3/h、扬程260 m、功率710 kW水泵2台并联，用于新增DN400管道2级排水，使主洞共有管道排水能力为1400 m3/h。

4.2 排水方案确定

经充分研讨，针对隧洞突涌水严峻形势，安全风险性较大的现实，后期3.7 km隧洞施工涌水量可能更大，为在施工中彻底消除突涌水安全隐患，对隧洞涌水先堵后排，堵排结合，对已衬砌和回填灌浆后仍出水的洞段进行固结灌浆，减少管道排水负担，确保TBM施工安全可控，排水方案2提出的管道选择较为合理，进一步优化后，可提高排水系统能力。