錦屏水電樞紐輔引3號施工支洞突涌水治理技術(shù)總結(jié)

劉臘臘 張洪威

（吉林省現(xiàn)代軌道交通勘察設(shè)計院有限公司天津分公司 300011）

錦屏水電樞紐輔引3號施工支洞突涌水治理技術(shù)總結(jié)

劉臘臘 張洪威

（吉林省現(xiàn)代軌道交通勘察設(shè)計院有限公司天津分公司 300011）

輔引3號施工隧道位于川西雅礱江流域錦屏山，隧道平均埋深約2000m。根據(jù)設(shè)計前的預(yù)案和施工中的應(yīng)急處理方案，成功地克服了突涌水給施工帶來的困難。本文主要對該隧道在設(shè)計施工中的突涌水治理技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。

錦屏水電樞紐 突涌水 線路繞行 水倉

錦屏二級水電站屬于二灘電站在雅礱江干流錦屏大河灣上卡拉至江口河段規(guī)劃的5個梯級電站之一，總裝機(jī)容量480萬kW，是雅礱江流域裝機(jī)規(guī)模最大的水電站。為保證錦屏二級水電站2012年首臺機(jī)組按期發(fā)電目標(biāo)的實現(xiàn)，錦屏建設(shè)管理局決定在錦屏電站工程A輔助洞（AK6+950）增設(shè)輔引3號施工支洞工程，解決引水隧洞主體工程的施工通道和排水問題。輔引3號施工支洞是連接輔助洞與錦屏二級水電站的施工排水洞、4號、3號、2號、1號引水隧洞工程施工的一條重要施工支洞，其平均埋深約 2000m，最大坡度為-11%（超長坡，約800m），最大高差79.04m。由于輔引3號施工支洞，反坡開挖、工期緊（10個月），在施工過程中，存在大流量突涌水、巖爆問題。因此合理解決涌水的排水問題，預(yù)防巖爆成為輔引3號施工支洞設(shè)計施工成敗的關(guān)鍵。

1 隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

隧洞工程區(qū)內(nèi)出露的地層為前泥盆系—侏羅系的一套淺?！獮I海相、海陸交替相地層。巖性復(fù)雜，由黑云母綠泥石片巖、變質(zhì)中細(xì)砂巖夾薄層狀大理巖、礫狀或條帶狀大理巖等組成，以T2b灰白色大理巖為主。錦屏山屬裸露型深切河間高山峽谷巖溶區(qū)，主要接受大氣降水補給，巖溶形態(tài)以溶蝕裂隙為主，溶洞少，且規(guī)模不大。隧洞施工中的最大突發(fā)水量是涉及施工安全和進(jìn)度的重要水文地質(zhì)問題，輔引3號施工支洞設(shè)計和施工中按照1.5m3/s作為單點最大突水量的量級考慮。

2 突涌水的治理

輔引3號施工支洞工期的要求決定了治理突涌水的原則是“以排為主、堵排結(jié)合”。為此，輔引3號施工支洞設(shè)置了完善的排水系統(tǒng)來確保施工安全及掌子面掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行。在實際施工過程中，為加快施工進(jìn)度，在不影響支洞主要功能的前提下，輔引3號洞多采用線路繞行的方案，以避開大的涌水點和掘進(jìn)前方的水系。

2.1 輔引3號支洞的排水系統(tǒng)

輔引3號支洞的排水系統(tǒng)由一級排水系統(tǒng)2號水倉、一級排水系統(tǒng)3號水倉、二級排水系統(tǒng)、施工工作面的排水系統(tǒng)組成。一級排水系統(tǒng)、二級排水系統(tǒng)設(shè)置臨時固定水倉，用于聚積涌水進(jìn)行集中排水，每個水倉中設(shè)置3臺潛水電泵并配置各自獨立的排水管路；施工工作面的排水系統(tǒng)主要作用是在施工過程中隨工作面的推進(jìn)將不斷涌出的水排至固定水倉或洞外，到達(dá)能夠正常施工并加快進(jìn)度的目的。

由于輔引3號施工支洞在施工過程中及其完工投入使用時引水隧洞主體工程施工過程中，可能存在大流量的涌水問題，設(shè)計的一級、二級水倉及泵站只是解決了輔引3號支洞的定點排水問題（匯積至水倉進(jìn)行集中排水），而施工過程中的涌水和積水直接影響到施工進(jìn)度。因此，難點是工作面在不斷向前開挖過程中，工作面位置涌水如何抽排至一級或二級水倉內(nèi)，再通過水倉內(nèi)的固定泵站抽排至洞外。

2.2 掘進(jìn)掌子面不同涌水量的排水方案

a.掘進(jìn)掌子面的總涌水量不大于0.3m3/s時，為配合排凈掘進(jìn)掌子面的涌水、及時保證施工的進(jìn)行，在掘進(jìn)掌子面配備3臺WQ20—24—3型潛水泵（20m3/h）、5臺KL50—22型潛水泵（50m3/h），另有2臺300SLDB750/ 20—75型潛水電泵（750m3/h）、2臺WQ600—20—55型移動式潛水泵（600m3/h）備用，現(xiàn)場可以根據(jù)實際情況確定開啟水泵的臺數(shù)和投入水泵的類型。

b.掘進(jìn)掌子面涌水量在0.3～0.5m3/s時，則采用排水措施僅能控制洞內(nèi)水位，無法繼續(xù)實施鉆爆施工作業(yè)。因此需要采用繞行支洞方案，繼續(xù)開挖（見圖1）。線路繞行遵循以下原則：

圖1 支（3）0+042/186涌水位置繞行方案示意圖

?在掌子面后方20m位置，開挖繞行支洞，繼續(xù)向下開挖。將原工作面改為一級水倉，設(shè)置車載水泵。繞行支洞與原支洞邊到邊距離不小于20m；

?繞行支洞繼續(xù)下挖如果順利通過原工作面的出水帶后，又揭露大的出水點，則再次退后20m開挖新的繞行支洞，設(shè)置第二個一級水倉。如果繞行支洞繼續(xù)下挖又揭露了原工作面的出水帶，并且水量沒有減小，則改由另一側(cè)開挖新的繞行支洞，并且繞行并排距離需要加大至40～50m。

c.總涌水量不小于0.5m3/s時，如果是散水匯總后涌水量達(dá)到0.5m3/s以上，需要緊急設(shè)置一級水倉，通過增加水泵數(shù)量，加強排水能力，并采用繞行支洞如果能夠成功避開出水帶，則仍可繼續(xù)施工。但是如果是單點涌水量超過0.5m3/s，則涌水水位將迅速不斷上升，淹沒洞室，涌水已難以控制，大型水泵也來不及投入使用。并且現(xiàn)場的各種條件也無法滿足大型水泵數(shù)量無限制增加。因此建議放棄開挖。

2.3 三個施工階段排水方法

a.一級水倉未形成之前，需根據(jù)涌水量大小采取不同排水方式。此階段，采用3臺WQ20—24—3型潛水泵（20m3/h）、5臺 KL50—22型潛水泵 （50m3/h）、2臺 300SLDB750/20-75型潛水電泵（750m3/h）、2臺WQ600—20—55型移動式潛水泵（600m3/h）進(jìn)行排水，并準(zhǔn)備接力排水所用的設(shè)備、設(shè)施。

b.一級水倉形成后至二級水倉形成之前，一級水倉高程之上的出水匯集到一級水倉內(nèi)，通過一級水倉內(nèi)的固定泵站抽排至洞外。一級水倉高程之下的散水匯集于積水坑后，通過掘進(jìn)工作面的排水設(shè)備排至一級水倉內(nèi)。

c.二級水倉形成之后，所有的涌水通過設(shè)置的水溝自流匯集至二級水倉之內(nèi)，通過二級水倉內(nèi)的固定泵站排至洞外。

2.4 工程實例：輔引3號施工支洞支（3）0+042.00/ 186.11、293.00三處涌水的處理

2010年2月21日，輔引3號洞在支（3）0+042左肩（E）拱有出水點呈管狀涌水，單股穩(wěn)定涌水量為200L/s（見圖2）。

2010年4月25日，輔引3號洞在支（3）0+186處掌子面出水，呈管噴狀，最大噴射水平距離約15m，涌水量約為300L/s（見圖3）。

2010年5月23日，輔引3號洞在支（3）0+293北側(cè)拱肩位置出水，涌水量約為100L/s。

2.4.1 方案

經(jīng)充分的討論和協(xié)商，對此三處涌水提出以下治理方案：

圖2 支（3）0+042處管狀涌水

支（3）0+042/186兩處涌水，因掌子面單股涌水量較大，掌子面設(shè)置的臨時排水設(shè)施只能控制洞內(nèi)水位，無法鉆爆作業(yè)。經(jīng)詳細(xì)的超前地質(zhì)預(yù)報工作后，決定在遵循線路繞行原則的前提下，采用線路繞行方案（見圖1），以“避開”涌水。

支（3）0+293位置的涌水，因掌子面總涌水量較小，地質(zhì)工程師預(yù)測前方的水系將減弱，且掌子面的排水設(shè)施可以保證鉆爆作業(yè)的進(jìn)行，故采用“強行穿越水系”的方案，繼續(xù)按原線路進(jìn)行鉆爆作業(yè)，掘進(jìn)至0+310m左右，涌水果然減小。

2.4.2 排水方法

三處涌水均采用預(yù)設(shè)方案中的第一種排水方法。前兩處的的涌水位置，因距離輔引3號洞口不遠(yuǎn)，且高差不大，利用設(shè)置的潛水泵將掌子面的積水直接排到洞外的A輔助洞內(nèi)的排水溝里。至于支（3）0+293位置的涌水，則利用線路繞行在186.11位置處形成的一級水倉，先將掌子面處的涌水排到一級水倉，再利用一級水倉里的水泵接力將水排到洞外的排水溝。

此三處的涌水處理達(dá)到了保證安全、確保工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度的目的。

2.5 排水系統(tǒng)水倉

輔引3號隧洞的最大特點除了最大坡度-11%的超長坡（800m）外，借鑒礦井排水成功經(jīng)驗，一級排水系統(tǒng)、二級排水系統(tǒng)設(shè)置臨時固定水倉，用于聚積涌水進(jìn)行集中排水，也是一個創(chuàng)新。

2.5.1 水倉布置

輔引3號支洞設(shè)一、二級儲水倉，均為臨時性單水倉。一級儲水倉共設(shè)三個，各儲水倉高差約20m，布置在輔引3號支洞斜坡段前進(jìn)方向右側(cè)（見圖4、圖5）；二級儲水倉布置在輔引3號支洞落平段拐彎處，長約200m（見圖6）。

2.5.2 設(shè)置水倉的優(yōu)勢

圖4 一級排水系統(tǒng)2號水倉水泵、管路安裝

a.確保施工安全，有效防控突涌水。輔引3號洞最大高差為79.04m，限于現(xiàn)場條件，掘進(jìn)工作面附近無法設(shè)置大功率的水泵，現(xiàn)場設(shè)置的水泵揚程有限，當(dāng)掘進(jìn)到一定位置時，掌子面附近的水泵就無法把涌水直接排到洞外的排水溝，需要接力，先把掌子面附近的積水排到儲水倉，利用水倉里的大功率水泵，直接將水排到洞外。在遇到大流量的突涌水時，需及時控制掌子面附近的水位，水倉在為排水系統(tǒng)贏得反應(yīng)時間方面優(yōu)勢突出。

b.超過水倉進(jìn)口高程洞段的散水、淋水、涌水等，可匯集到水倉，減少了掘進(jìn)工作面的積水總量，進(jìn)而減輕了掘進(jìn)工作面的排水壓力。

圖5 一級排水系統(tǒng)2號水倉平面設(shè)計圖

圖6 二級排水系統(tǒng)水倉平面設(shè)計圖

c.定點集中使用大功率水泵排水，效率高、功效快。此外，水倉的設(shè)置，減少了排水接力的中間環(huán)節(jié)，提高了排水系統(tǒng)的可靠性。

3 結(jié)語

a.輔引3號施工支洞工期緊，沒有線路和行車時速的特別要求，也沒有時間對大流量涌水點進(jìn)行封堵處理。在此情況下，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整隧道平面線路，以避開水系和大流量涌水點，合理地抽排，不失為處理突涌水的一個有效手段。

b.在地下水豐富、巖溶水發(fā)育的地區(qū)，反坡開挖大坡度長隧道時，設(shè)置臨時固定水倉，可有效地防控突涌水，提高施工安全度，確保已經(jīng)開挖的隧洞不因大流量涌水而報廢。

1 柴登榜主編.礦井地質(zhì)手冊.北京:煤炭工業(yè)出版社，1984.

2 馬哲，肖有才.礦井涌水量與防治水安全有關(guān)的問題.中國煤炭，2008.34（3）：33-35.

3 陳漫天，吳體剛，劉曉鵬.云南大保高速公路大箐隧道處理地下涌水和塌方施工技術(shù)總結(jié).中國西部科技，2010.9（1）：8-10.

4 葉樵.長大復(fù)雜地質(zhì)隧道大涌水地質(zhì)災(zāi)害分析與治理.鐵路工程學(xué)報，2008.7：65-68.