南川马鞍山隧洞施工涌水综合技术应用

南川马鞍山隧洞施工涌水综合技术应用

范远辉

重庆市金佛山水利水电开发有限公司

摘要：南川马鞍山隧洞工程施工期涌水严重，施工进度受阻。本文通过对涌水的原因分析、采取的综合技术措施及取得的成效等介绍，为类似工程提供借鉴。

关键词：隧洞涌水技术应用

1概述

金佛山水利工程位于重庆市南川区、万盛区以及贵州省桐梓县，以灌溉、供水为主，兼顾发电等综合利用的大（2）型水利工程，为国家172个重点水源项目之一。工程概算总投资203732万元，总工期60个月。

马鞍山隧洞工程为金佛山水利工程灌区工程的总干渠部分，位于总干渠总0+273.0～总12+473.0处，由东向西北方向引水，穿越金佛山国家级自然保护区，隧洞全长约12.20km。在总2+482.80处布置有分水隧洞1个（兼做施工支洞），在自然保护区外开辟1条施工支洞，支洞口布置于三岔河右岸，施工支洞总长426m，进洞口底板高程为775.1m，施工支洞交主洞于总3+602.28处，底板高程为745.4m。其中，总3+602.28～12+473.0为双头掘进，平均单向掘进长度约4.5Km，隧洞底坡1/1300，隧洞为马蹄形断面，底宽3.3～3.5m，直墙高2.55～2.77m，平均断面面积约15m2。

马鞍山隧洞穿越金佛山向斜北西翼之次级褶皱——立斗山背斜和马鞍山向斜，穿越地层包括志留系、奥陶系及寒武系中上统，岩性有灰岩、白云岩、砂页岩等。隧洞走向与岩层走向大角度相交。隧洞中有较多灰岩、白云岩等可溶岩存在，隧洞中遇到溶洞的可能性很大，并可能发生洞内突水、突泥现象。隧洞上部山体厚度大（其中约6km埋深超过300m、最大埋深达868m），属深埋长隧洞。

附图1：马鞍山隧洞平面布置图示意图

2施工涌水情况

涌水段出现于施工支洞进入主洞后，掘进至隧洞出口方向总3+610时洞身开始出现少量渗水。施工至总3+694处，洞身出现较大压力涌水，日涌水量约为4000-6000m³/d。施工至总3+894时，洞内涌水加大，日涌水量约为6000-8000m³/d，利用施工支洞抽排水已不能保证正常施工作业。施工至总3+905时，洞内涌水再次加大，日常涌水量达到8000-12000m³/d以上，施工作业基本停滞，3个月只掘进了11m。施工至总4+198时，掌子面侧墙、顶拱出现大量涌水，为目前揭示出的最大涌水段。通过分水隧洞出口设置的量水堰常年量测，日涌水量为10000-32000m³/d。

附图2掌子面涌水情况

附图3掌子面涌水情况

3施工难点分析

涌水段出现在施工支洞进入主洞后出口方向约400m处，为顺向坡，不能自然排水，洞内积水较深，人员、设备进出困难；出现的涌水为顺裂隙或钻孔处集中涌出，水压较大，呈射流状，射程达10余米，导致作业人员无法持续作业，装入的炸药被水流冲出；涌水情况不明，通过减压孔排水后，涌水量未见明显减少，施工安全不能保障；洞内水汽严重，爆破安全不能保障；位于自然保护区内，不能增设施工支洞，平均单向掘进长度约4.5Km，通风、排烟困难。由此带来施工队伍更换频繁，施工人员、设备降效，投资费用增加等后果。

4涌水原因分析

隧洞通过山体雄厚，上方山体沟谷冷风槽高程1250～1350m，山顶最高1626m。工程区气候温和、雨量充沛、云雾多、日照少，气候条件有利于地下水的补给。且由于处于金佛山向斜北西翼之立斗山背斜的南东翼，构成中山及高中山峡谷地形，构造和地形对该段喀斯特水有明显的控制作用。区域红花园组灰岩和白云岩（厚度约80m）喀斯特强烈发育，泉水流量多大于10L/s，区域上暗河流量100～1000L/s，最大超过2000L/s。

隧洞穿越段属于中山垄脊强岩溶水文地质单元，因上覆有湄潭组、下伏有分乡组相对隔水层阻隔，约80m厚、倾角较大的强喀斯特岩组形成了一个相对独立的地下喀斯特系统。其补给主要来源于地表大气降水及碎岩岩区地表水流，补给区汇水面积较大。因附近无较大冲沟切割，故地下水排泄不畅，山体上方冲沟冷风槽尚有常年地表水流，但地下水循环深度较大，高程1250m以下岩体几乎均属饱水带。当隧洞穿越该层时，上部有约500m的地下水头，产生较大涌水。施工中，在湄潭组页岩中快揭穿灰岩时已经有较大涌水通过页岩裂隙涌出，掌子面涌水量约120L/S（约10000m3/d），涌水未夹带泥沙，压力较初揭穿时略有减小、流量未见明显减小，判断为深循环喀斯特地下水。当前涌水压力最大、流量最大的钻孔靠近掌子面左侧，分析当前最近的富水喀斯特溶腔位于掌子面左侧上方。

5采取的技术手段及技术措施

采取“探、防、排、避、赶”的总体治理原则，以确保隧洞安全和施工进度。

探。一是委托黄河勘测规划设计有限公司工程物探研究所，采用TSP超前物探技术进行超前地质预报。TSP是应用地震波在传播过程中遇到不均与地质体（存在波阻抗差异）时会发生反射的原理，结合隧洞的特点，设计研制的沿隧洞后方布置震源和传感器来探测隧洞前方地质条件和水文地质条件的观测系统。本工程采用的是美国GEODE多通道地震采集系统、孔中三分量检波器。二是利用布置的超前勘探孔验证物探结论，同时兼做减压排水孔。在掌子面布设4个超前勘探孔，钻孔直径φ100mm，超前探测长度20m，搭接长度不小于10m。

避。一是施工至总4+198时，涌水量最大，经讨论确定，根据超前地质预报，采取绕洞方案通过该段。从现开挖桩号马总4+198回退至马总4+170处开始绕行，绕行方向为掌子面右侧，绕行角度为21度，顺着洞轴线调整方向开挖50m后，平行原轴线方向开挖30m，然后向原洞轴线马总4+280处交汇，回归至原设计洞轴线继续施工，以避开富水段。二是隧洞开挖完成后，临时调整底坡，在马总6+600前将底坡调整为反向坡，坡率0.5‰，通过自流方式汇集至设置的集水井。待隧洞贯通后，按设计坡率1/1300修整底坡。

防。一是绕洞交叉处，进行加强支护，顶拱设置超前锚杆，锚杆直径25mm，间距0.5m，长5m，侧墙设置系统锚杆，锚杆直径25mm，间距2m，长3m，并进行挂网喷射混凝土20cm支护；二是马总4+168～4+182（调整桩号）段，采用钢拱架支护，钢拱架间距1m；三是绕洞施工时，采用短进尺弱爆破，控制爆破对围岩的影响程度，每循环进尺按不大于1m控制；四是采用PE管进行爆破装药，并加强孔口的堵塞。由于洞内水汽较大，采用的电起爆方法应严格按照爆破安全规程进行，起爆导线应采用铠装屏蔽线缆；五是对改线掌子面左侧洞周采用超前帷幕预注浆进行阻水。注浆孔深10m，与洞轴线水平和竖直方向形成一定夹角，孔口环向间距为1.5m。

排。左侧已开挖隧洞约28m，绕洞施行后，作为导流洞，并在桩号4+160处左侧开挖长与5m、宽约2.5m、深约1m的集水井，集水井顶部与洞顶齐平。在施工支洞与主洞交汇处下游约50m处，设置拦水围堰，围堰高度高于分水支洞至该处的底坡高差。集水井内设置2台55KW潜水泵，配套2根直径200mm的PE管直接抽排至拦水围堰外，然后通过自流方式排出分水支洞外。洞外排出处设置量水堰，用以监视涌水量变化情况。

赶。施工支洞方向进度已严重滞后，为保障施工进度计划，采取措施加快出口工作面掘进。出口段渗水较少，为直线段，且为反坡，易于自流，施工干扰较小，制约因数是通风、排烟。为此，经各方研究论证，更换了出口段通风机，换为瑞典产的SwedFan通风系统，型号为AVH-R90.55.8/50HZ。SwedFan通风系统是世界一流的通风产品与技术，为长大隧道和超大空间的地下工程施工中的通风问题需求提供了一个很好的通风方案，风机、风管、通风设计与技术服务四位一体。风机额定功率55×2Kw，压入式通风，适用于断面面积约12m2、长度6Km以下隧洞，风机出口流量11.7m3/s，作业面风速0.42m/s，总风压7383Pa，一站式通风，不需要接力风机及射流风机。目前，出口段已单向掘进4.8Km，通风、排烟效果良好。

6结语

经过参建各方群策群力，并邀请专家进行分析、判断、确定治理方案，目前马鞍山隧洞施工基本正常，施工支洞至出口段剩余开挖量约1400m，在调整工期后基本确保工期可控，治理方案取得成效。