山西省中部引黃工程TBM1標位于呂梁市興縣境內，進洞支洞洞口位于山西省呂梁市興縣交樓申鄉陳家圪臺村對面。為進行主洞掘進需進行的施工內容為進洞支洞SJ0+000—SJ5+199.659，長度5 199.659 m，與主洞高差為180.341 m，坡比為3.857%;23#通風支洞在總85+963處于主洞成49.764°斜交，洞長969.03 m，與主洞高差為330.039 m，坡比為37.315%;進洞支洞和主洞為TBM掘進，采用1臺羅賓斯公司生產的φ5.06 m雙護盾TBM獨頭掘進，施工斷面為圓形，預制C45混凝土管片拼裝式結構，成型管片內徑4.3 m，管片厚度0.25 m，管片型式為六邊形蜂窩狀，4片管片組成1環，管片與圍巖之間的空隙采用豆礫石充填并進行回填灌漿。洞內鋪設單線鋼軌，連續皮帶機出渣，采用編組列車進行物料運輸，設置錯車道。

　　1、 項目工程水文地質情況

　　隧洞進入主洞10 km時洞身將進入地下水位以下，沿線地下水類型主要有變質巖類裂隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水(區域水及層間水)、碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙水，其中，對隧洞有影響的是碳酸鹽巖裂隙巖溶水(區域)及變質巖類裂隙水。變質巖類裂隙水地下水貯存于巖層風化帶及裂隙中，水位隨季節變化，地下水的補給主要為大氣降水補給。地下水的排泄為向下游的徑流排泄或向溝谷的側向徑流排泄，當貯水層為埋深較大的構造裂隙時，具承壓性。當洞段斷層、節理裂隙發育時，洞內可能有涌水，順帶方向構成的不同巖層之間可能出現的層間水。

　　2、 堵水方案主要內容

　　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況時，采用退刀盤3～5 m，用小型地質鉆機(可鉆孔深需20 m)在掌子面裂縫處進行鉆探。

　　2.1.2、掌子面堵水

　　當鉆探發現較大涌水，采用加密鉆孔、超前注漿(雙液漿或化灌)堵水，封堵涌水后再恢復掘進，掘進至注漿堵水界線，再退刀盤進行鉆探，直至無大的涌水時方可正常掘進。

　　2.2、 已安裝管片隧洞段堵水方案

　　一是鉆探發現涌水量較小且可控時，采用邊排水邊掘進，安裝無面板鋼制管片，將涌水裂縫段拖出盾體后在裂縫處進行鉆孔堵水，堵水采用雙液漿。直至裂縫涌水封堵后進行噴射砼填充和施焊面板防腐處理。二是涌水洞段巖石較破碎，安裝D3型管片并進行豆礫石回填，雙液漿回填灌漿。三是地下水水頭較高，回填灌漿后還有外水噴射和線流現象，采取固結灌漿進行處理。固結灌漿處理后對仍有較高壓力水涌水點采取打排水孔導水減壓，減少管片承壓。

　　3、 隧洞堵水方案

　　3.1、 隧洞內滲水來源

　　3.1.1 、已襯砌管片段出水

　　現有隧洞在掌子面無水時，排水主要來源為主支洞擴挖洞積水約5 m3/h，隧洞在主洞樁號總91+353處設置可通機車的小擋壩攔截4#錯車臺至小擋壩間已進行回填灌漿但仍在出水的積水量，約40 m3/h，并用1臺YDⅡ60-30*3離心泵抽入7#接力水箱，進入排水系統。小擋壩至掌子面回填灌漿后仍出水洞段的積水約320 m3/h，向機頭方向自流后由伸縮盾潛水泵抽排，排入TBM臺車1#、2#接力水箱并通過隧洞排水系統排出洞外。為減少掌子面突涌水時管道排水總量，確保管道排水對掌子面突涌水有效排出，掘進前需采取專門措施，進行已襯砌管片段堵水施工。

　　3.1.2 、掌子面突涌水

　　已多次發生掌子面突涌水情況，在較小流量、歷時較短時，可在涌水發生后及時排出隧洞積水，采用繼續掘進將涌水段拖出盾體并進行管片襯砌后，用雙液漿進行豆礫石回填后灌漿，進行堵水。但是當突涌水流量較大、歷時較長時，將對隧洞施工安全形成威脅。為做到提前預防發生此類事件，進行超前探測和鉆探以及超前堵水更為重要。

　　3.2 、隧洞堵水方案

　　根據隧洞出水情況，隧洞堵水方案分兩部分制定。

　　3.2.1 、隧洞堵水加固

　　由于隧洞掘進中TBM臺車灌漿條件限制，只進行了270°回填灌漿，需在停止掘進期間完成全斷面豆礫石回填后灌漿，并按要求進行檢驗，達到合格要求。對有涌水洞段的回填灌漿，當純水泥漿灌漿受水流影響無法實施時，采用水玻璃+水泥漿混合的速凝漿液灌漿。對不良地質洞段、回填灌漿后仍在較大外水壓力下形成漏水的裂隙發育洞段、Ⅴ類圍巖漏水洞段和經設計提出需進行固結灌漿洞段進行固結灌漿，固結灌漿技術按“水工建筑物水泥灌漿施工技術規范SL62-2014”要求和設計要求執行。固結灌漿范圍按現場踏勘和地質揭露資料選定報批，按批準結果進行施工。

　　3.2.2、 掌子面堵水

　　3.2.2. 1 、超前探測。

　　采用震波超前探測技術和瞬變電磁探測技術，按照“物探先行、鉆探驗證”的原則，對可能涌水的異常區域，結合鉆探等有效措施探驗，根據情況采取相應的防治措施，必要時需進行超前注漿加固。根據超前探測范圍約100 m限制，要求每掘進100 m進行1次超前探查測，并及時分析探測結果，為下一步掘進決策提供依據。

　　3.2.2. 2 、超前注漿。

　　首先，對于此次涌水掌子面，在排出隧洞積水后，購置小型地質鉆機(要求體積較小，可由刀盤入孔進入掌子面，可鉆孔深度約20 m)，做好超前鉆孔注漿堵水準備，對掌子面涌水裂縫和出水孔洞，先用鋼板和膠墊壓緊掌子面涌水處，封堵涌水裂縫，使涌水可控，再采用退刀盤3～5 m(需拆除2～3環管片)，在掌子面布孔，用已購置的小型地質鉆機鉆孔20 m，鉆孔順序擬先進行涌水區域中心鉆孔，采用由內向外擴散型式封堵圍巖裂縫，直至掌子面區域圍巖裂縫用膠凝漿液封堵，再進行周邊鉆孔超前注漿，用大于涌水水頭的注漿壓力推移漿液沿裂縫延伸，使掌子面周圍一定范圍的水流通道封堵，達到涌水量可控狀態時再恢復掘進，掘進至注漿區域邊界，再進行超前物探和鉆探，直至脫離涌水區域。使TBM施工在涌水可控的情況下進行掘進。剩余3.7 km的掘進中，如經超前探測后發現物探有異常時，采用退刀盤進一步進行超前鉆探，如果鉆探發現裂隙涌水較少可控，可采取將涌水處拖出盾體并安裝無面板鋼管片，有針對性地對裂隙進行鉆孔堵水。鉆探出現較大涌水時，則加密鉆孔采用超前注漿進行堵水。超前注漿漿液優先選用水玻璃+水泥漿的雙液漿，如水壓力較大、水流量較大時可先用化灌對涌水控制，再進行雙液漿注漿堵水，對于周邊注漿為使漿液擴大滲徑，選擇純水泥漿(漿液由稀到濃)注漿堵水。

　　4 、排水方案比選

　　4.1、 方案比較

　　4.1.1 、主案一

　　采用YDⅡ150-70×3離心泵，用于新增1條DN200管道排水，實際揚程比機泵揚程小1倍，實際排出水量應大于水泵額定排水量150 m3/h，使主洞共有排水能力大于500 m3/h。

　　4.1.2、 方案二

　　選擇MD450-60*4多級離心泵，用于新增1條DN300管道排水，流量450 m3/h、揚程247 m、功率450 k W水泵1臺。該泵安裝在TBM后配套原高壓電纜卷盤位置(左側距TBM掌子面244 m)，設變頻器;使主洞共有管道排水能力大于850 m3/h。4.1.3方案三選擇MD700-65*4多級離心泵，流量700 m3/h、揚程260 m、功率710 k W水泵2臺并聯，用于新增DN400管道2級排水，使主洞共有管道排水能力為1 400 m3/h。

　　4.2 、排水方案確定

　　經充分研討，針對隧洞突涌水嚴峻形勢，安全風險性較大的現實，后期3.7 km隧洞施工涌水量可能更大，為在施工中徹底消除突涌水安全隱患，對隧洞涌水先堵后排，堵排結合，對已襯砌和回填灌漿后仍出水的洞段進行固結灌漿，減少管道排水負擔，確保TBM施工安全可控，排水方案2提出的管道選擇較為合理，進一步優化后，可提高排水系統能力。

　　作者：陳鵬

　　農村偏遠地區隧洞堵水與排水施工技術探討相關推薦水利水電工程水工隧洞滲水問題研究