王 新，劉波波

0 引言

引漢濟(jì)渭工程是陜西歷史上規(guī)模最大、影響最為深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和全局性水資源配置工程，由調(diào)水工程和輸配水工程組成。其中秦嶺輸水隧洞是整個(gè)調(diào)水工程的咽喉，隧洞全長98.3 km，設(shè)計(jì)流量70 m3/s，多年平均輸水量15.0億 m3，隧洞平均坡降約1/2500，采用鉆爆法和2臺(tái)TBM施工。

秦嶺輸水隧洞設(shè)計(jì)洞徑6.76 m，且自南向北全部深埋在巍峨的秦嶺下，平均埋深600多米，最大埋深2012 m，具有洞徑大、洞線長、埋深大的特點(diǎn)，地質(zhì)情況十分復(fù)雜，施工難度巨大。其中突發(fā)涌水是隧洞施工中所面臨的主要地質(zhì)災(zāi)害。隧道施工涌水不僅降低圍巖穩(wěn)定性,而且給施工帶來很多不良影響,特別是在有大量高壓涌水的情況下,常常釀成重大事故。另一方面,為了解決地下水災(zāi)害問題,采用過量排放又會(huì)給隧洞所在地段帶來生態(tài)環(huán)境問題[1]。

近年來，許多學(xué)者針對上述問題結(jié)合工程實(shí)踐做了大量研究。王曉琴[2]以大瑤山隧洞、老青山隧洞、南玲隧洞處理涌水施工為研究對象,分析探討錦屏二級水電站引水隧洞地下水的活動(dòng)特征和出水構(gòu)造規(guī)律，針對不同的情況提出了不同的處理方法；秦濤[3]結(jié)合秦嶺隧洞下穿椒溪河段的兩次涌水，提出了止?jié){墻封堵、帷幕灌漿處理、超前地質(zhì)鉆孔探水等對策，有效地處理了隧洞施工涌水；楊權(quán)[4]以貴定縣四寨水庫灌溉工程為例,結(jié)合實(shí)際情況,對突發(fā)涌水的預(yù)防和搶險(xiǎn)措施進(jìn)行了分析；解永峰等[5]以遼寧大伙房輸水隧洞工程為例，研究采取了加大抽排力度、將洞室內(nèi)積水排除、模筑止?jié){墻及灌漿的綜合處理方法，成功地將涌水點(diǎn)封堵,為后續(xù)施工提供了保障。

1 工程概況

秦嶺隧洞7號(hào)勘探試驗(yàn)洞主洞設(shè)計(jì)里程為K67+163.517～K75+286，工程長度為8122.483 m，坡降為1/2530。主洞位于秦嶺嶺北中低山區(qū)，多為V字型峽谷，山高坡陡，地形起伏較大。高程范圍750～1750 m，洞室最大埋深約1230 m。

地表水：工點(diǎn)處地表水較發(fā)育。主要為王家河中的常年流水，水量隨季節(jié)變化較大，對混凝土無侵蝕性。

地下水：地下水主要為基巖網(wǎng)狀裂隙水和部分?jǐn)鄬用}狀裂隙水，水量較豐富，受大氣降水補(bǔ)給，水質(zhì)良好，對混凝土無侵蝕性。施工工區(qū)K67+163.517～K70+500位于弱富水區(qū)（Ⅲ），花崗巖淺層風(fēng)化節(jié)理，裂隙不發(fā)育，構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理、裂隙的充填性較好，地下水主要儲(chǔ)存于風(fēng)化及構(gòu)造節(jié)理、裂隙中，節(jié)理裂隙的充填性較好，地下徑流模數(shù)M=368 m3/d·km2。采用地下徑流模數(shù)法計(jì)算，預(yù)測本段正常涌水量1168 m3/d，可能出現(xiàn)的最大涌水量2336 m3/d。K70+500～K75+286段位于中等富水區(qū)（Ⅱ），QF2、f21、f22、f23、f25、f26 斷層破碎帶及影響帶。斷裂構(gòu)造縱橫交錯(cuò)，節(jié)理裂隙發(fā)育，同時(shí)原生層理也發(fā)育，各種成因的節(jié)理、裂隙相互切割成網(wǎng)絡(luò)狀，構(gòu)造作用強(qiáng)烈，巖體破碎，節(jié)理裂隙貫通性強(qiáng)。經(jīng)地表測流地下徑流模數(shù)M=1098 m3/d·km2，采用地下徑流模數(shù)法計(jì)算，預(yù)測本段正常涌水量5255 m3/d，可能出現(xiàn)的最大涌水量10510 m3/d。K67+163.517～K75+286段預(yù)測總正常涌水量6423 m3/d，可能出現(xiàn)的總最大涌水量 12846 m3/d。地下水化學(xué)類型屬 HCO3·SO4-Ca·Mg·Na型及HCO3-Ca型水，礦化度0.1895～0.323g/L，對混凝土無侵蝕性。

2 涌水情況及原因分析

2.1 涌水情況

2015年7月7日上午開始，秦嶺7號(hào)洞主洞上游掌子面突然出現(xiàn)大量涌水，出水特征主要為沿結(jié)構(gòu)面線狀流水、股狀涌水及高壓力大流量涌水，部分裂隙噴水射程達(dá)16 m，涌水連續(xù)多日不衰減，最大時(shí)超過30000 m3/d，而污水處理系統(tǒng)處理能力為8000 m3/d，在污水處理系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，仍不能滿足處理洞內(nèi)污水。本次涌水呈現(xiàn)出突發(fā)性、流量大、水壓高等特點(diǎn)，迫使洞內(nèi)全面停工。

2.2 涌水原因分析

（1）深部巖體具有高溫、高地應(yīng)力、高地下水壓等特點(diǎn)，深埋隧洞開挖必然會(huì)帶來高水力梯度引起的控水?dāng)嗔迅咚俜沁_(dá)西流問題，引發(fā)涌水事故。

（2）發(fā)生涌水的位置位于中等富水區(qū)，受斷層破碎帶的影響，各種斷裂構(gòu)造作用強(qiáng)烈，在施工干擾下，導(dǎo)致巖體破碎，裂隙之間具備了良好的連通性，使地下水通過節(jié)理裂隙涌出。

3 應(yīng)對措施研究

突發(fā)涌水對隧洞工程施工帶來了極大的安全隱患，對突發(fā)涌水事故的處理成敗，直接關(guān)系到整個(gè)隧洞的施工進(jìn)度及質(zhì)量安全，所以選擇合理有效的應(yīng)對措施十分重要。

隧洞涌水的處理方法主要是排水法和止水法[6-8]。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，制定的應(yīng)對措施，也從這兩方面同時(shí)進(jìn)行考慮。

（1）止水措施：為保證人員與設(shè)備安全，撤離部分施工機(jī)械設(shè)備，對上游進(jìn)行圍堰堵水，洞內(nèi)全面停工；為加快涌水衰減，在上游掌子面進(jìn)行超前鉆孔，進(jìn)行分流減壓或灌漿堵水。

（2）排水措施：擬在7號(hào)洞工區(qū)轉(zhuǎn)渣場設(shè)置涌水應(yīng)急處理沉淀池與滲水池以緩解排水壓力。現(xiàn)場施工條件具備，由108國道可直接進(jìn)入施工場地，業(yè)主已架設(shè)10KV施工用電線路至支洞洞口附近，施工用電通過業(yè)主提供的電源接入點(diǎn)接駁至施工區(qū)域，35kV陳河變電站往北為項(xiàng)目部的材料儲(chǔ)備場，通過平整可滿足設(shè)置二級沉淀水池與滲水池場地要求。詳見圖1。

圖1 平面布置圖

4 施工方案及效果

4.1 二級沉淀池加滲水池排水

（1）場地平整

因材料儲(chǔ)備場為多次建設(shè)，約有4層厚度30 cm的混凝土硬化層，首先采用破碎錘破碎材料儲(chǔ)備場混凝土，再使用挖掘機(jī)將35 kV陳河變電站北側(cè)堆積的洞渣進(jìn)行厚度為6 m的翻挖、平整，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際場地，平整出一塊50 m×20 m（長×寬）的場地，在平整過程中將場地按縱向平整為三個(gè)臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階長17 m，相鄰兩個(gè)臺(tái)階高差為50 cm，詳見圖2。

圖2 場地平整圖

（2）開挖支護(hù)

將平整出來的三塊場地依次設(shè)置一級沉淀池、二級沉淀池、滲水池，兩個(gè)沉淀池與滲水池上口10 m×10 m（長×寬），深6 m，按1∶0.2放坡。水池凈間距4～7 m。首先在平整好的場地上對沉淀池與滲水池進(jìn)行放線，灑白灰標(biāo)志，采用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖時(shí)，隨時(shí)觀察邊坡的穩(wěn)定情況，盡量避免擾動(dòng)白灰外的渣體，以免造成邊坡滑塌。詳見圖3。

圖3 沉淀池與滲水池開挖圖

沉淀池與滲水池逐個(gè)開挖，單個(gè)基坑開挖完畢后，及時(shí)對其進(jìn)行支護(hù)。首先采用人工對四壁與池底進(jìn)行平整，清除大塊凸起的石塊；然后采用φ8的鋼筋網(wǎng)片（網(wǎng)格間距：20 cm×20 cm）對四壁與池底進(jìn)行鋪設(shè)，鋼筋網(wǎng)片盡量緊貼開挖面；鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)完畢后，在四壁與池底堆碼三層加固砂袋，避免在進(jìn)行下道工序施工過程中邊坡失穩(wěn)。

（3）施作隔水層、過濾層、池間暗管

在一級沉淀池與二級沉淀池中施作隔水層，避免污水滲漏。在做好沉淀池支護(hù)的基礎(chǔ)上鋪設(shè)三層加厚塑料膜，在鋪設(shè)塑料膜時(shí)應(yīng)適當(dāng)松鋪，避免損壞。塑料膜鋪設(shè)完畢后再次在四壁與池底堆碼砂袋以固定塑料膜。二級沉淀池池底鋪設(shè)250 cm厚黃砂。

在滲水池池底及坑壁鋪設(shè)雙層砂袋（麻袋），然后在池底鋪設(shè)250 cm厚黃砂，和砂袋一塊組成滲水池過濾層。過濾層施工過程中，在砂袋間每2 m間隔設(shè)置I16工字鋼柱，作為操作平臺(tái)基礎(chǔ)。

在兩池之間施作暗管，暗管距上級水池池頂80 cm，距下級水池池頂30 cm，暗管采用φ120鋼管，首端包裹過濾網(wǎng)，避免石塊進(jìn)入管道將其堵塞，尾端設(shè)置閘閥以控制上級水池存水的排放。詳見圖4。

圖4 隔水層、過濾層、池間暗管施工圖

（4）施作操作平臺(tái)

沉淀池需安裝攪拌機(jī)與加藥設(shè)備，需設(shè)置設(shè)備安裝平臺(tái)與人工操作平臺(tái)。平臺(tái)采用I16工字鋼與Φ22螺紋鋼加工而成。在沉淀池池頂首先安裝1 m/根I16工字鋼，工字鋼固定在工字鋼柱及平整好的場地之上。I16工字鋼安裝完畢后，在工字鋼上面鋪設(shè)Φ22鋼筋網(wǎng)片（網(wǎng)格間距：10 cm×10 cm）。鋼筋網(wǎng)片與工字鋼焊接牢固。

4.2 排水效果

在確保工程進(jìn)度、安全質(zhì)量的前提下，于2015年8月21日—24日，僅用4天時(shí)間完成二級沉淀池與滲水池施工，隨即投入使用。經(jīng)過7天的抽排，掌子面涌水得到有效衰減，逐日下降，至8月31日降至7500 m3/d，恢復(fù)正常水平；且排出的污水經(jīng)過二級沉淀池及深水池的過濾，均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，未對黑河造成污染，引起次生災(zāi)害。

5 結(jié)論

（1）對于大埋深長距離輸水隧洞的突發(fā)涌水事故，遵循堵、排結(jié)合的原則是科學(xué)有效的，具體的施工方法要綜合考慮現(xiàn)場的實(shí)際情況、涌水成因、實(shí)施效果等具體制定。

（2）為盡量避免施工中出現(xiàn)涌水事故，在今后的工程實(shí)踐中，應(yīng)加強(qiáng)對超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究，總結(jié)隧洞施工突涌水的前兆信息和地球物理特征以及識(shí)別方法,準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，提前預(yù)防[9-10]。

（3）鑒于深埋隧洞工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，及長距離隧洞施工及抽排水的成本問題，設(shè)計(jì)合理的污水處理系統(tǒng)特別是確定處理能力還有待進(jìn)一步研究論證。

[1]席光勇.深埋特長隧道(洞)施工涌水處理技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué),2005.

[2]王曉琴.錦屏二級水電站引水隧洞涌水治理方案研究[D].重慶交通大學(xué),2014.

[3]秦濤.秦嶺隧洞下穿椒溪河段涌水處理措施探討[J].陜西水利,2017(3):55-57.

[4]楊權(quán).水庫輸水隧洞施工突發(fā)涌水的預(yù)防及搶險(xiǎn)案例分析 [J].黑龍江水利,2016,2(3):67-68.

[5]解永峰,田樹申,劉宏偉,等.地下洞室特大涌水處理方法探索與實(shí)踐[J].黑龍江水利科技,2014(6):39-42.

[6]李志成.小斷面隧洞涌水不良地質(zhì)段堵水施工方案 [J].山西水利,2016(6):36-37.

[7]谷金富.高滲壓大流量隧洞施工涌水治理技術(shù)[J].鐵道建筑,2013(5):69-71.

[8]馮國軍,沈繼承,馮辰晨.大伙房輸水(二期)工程隧洞涌水阻水措施[J].水利建設(shè)與管理,2016,36(8):8-12.

[9]黃世強(qiáng).某水電工程深埋特長隧洞綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)實(shí)踐[C]//海峽兩岸隧道與地下工程學(xué)術(shù)與技術(shù)研討會(huì).2013.

[10]祁孝珍,張曉利.隧洞施工過程中滲水及突發(fā)涌水的防治 [J].水利水電技術(shù),2008,39(2):40-41.