余进富，蒲进

(1.中国水利水电第五工程局有限公司锦屏施工局，四川西昌 615600;2.大唐西藏玉曲河水电项目筹建处，四川成都 610091)

1 工程概况

锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段150 km长大河弯的天然落差，通过截弯取直形成全长约16.67 km的引水隧洞。电站总装机容量4 800 MW，单机容量600 MW。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成，为一低闸、长隧洞、大容量引水式电站。锦屏二级水电站引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约16.67 km，隧洞断面为马蹄形，开挖洞径13 m，相邻洞轴中心距60 m，洞主轴线方位角为N58°W。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1 618 m降至高程1 564.7 m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深为1 500～2 000 m，最大埋深约为2 525 m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。

在引水隧洞开挖支护施工过程中出现了高压、大流量地下突发涌水现象，在引(2)2+010边顶拱流量为45 L/s，在引(2)2+880边顶拱流量为32 L/s，给开挖支护施工造成了极大的困难。为此，采用灌浆的方式对其进行处理。

2 地下水处理的总体思路

在锦屏水电站引水隧洞地下水处理施工过程中，对于隧洞地下水的总体处理遵循“先易后难、先引后堵、系统处理、综合治理”的原则，在治理程序上按照“先拱顶后边墙再底板、局部集中处理”的思路进行处理。

先易后难:应先从较小的水量或较低水压部位开始进行处理，逐渐向高压大流量出水部位靠近的顺序推进。

先引后堵:对集中出水部位或较强富水区先进行打孔引排，视情况确定封堵时机。引排孔施工有两种方式:一是可以直接从富水部位打孔，二是从远端向出水构造打分流减压孔。若富水区围岩破碎，宜从远端打孔引排且孔要深，并保证孔的垂直投影尽量大;如果围岩整体性较好，可直接从富水区打孔引排且孔径要大。

兼顾其它部位，系统进行处理:如果事前彻底把强富水一次性处理到位，则该区段的地下水位会逐渐提高，从而可能导致其它部位压力和水量增大或新增出水段(点)。为提高处理速度和效果，防止无限增大成本，必须结合考虑邻近的洞段，兼顾其它部位进行系统处理。根据这一要求，一是要研究工程地质与水文地质情况;二是必须在灌浆封堵过程中仔细观察浆液的串浆情况。如果在封堵过程中有串浆现象或其它部位出水量增大，就不能对该区段(点)做最终封堵，必须对有联系或串浆的区段(点)做事先预处理，以防止其它洞段处理难度增加并增大成本。

综合治理:在处理过程中，应考虑地质情况的影响，如围岩破碎、裂隙密集带等，采取综合治理措施进行治理。宜结合锚杆、挂网和喷射混凝土，先对不良地质段进行加固处理;底板如存在欠挖不到位的情况，也应先予以处理后再进行灌浆封堵;因洞内总出水量较大，在处理底板时存在排水困难的问题，应该考虑扎围堰、抽排或直接截断前方来水等辅助措施，以确保处理过程减少流水的干扰。

宜先拱顶、后边墙、再底板:无论边顶拱与底板是否有水力联系，均应该先进行边顶拱封堵，同时在边墙设置排水孔，当完成底板封堵后，再对预留的排水孔进行封堵。

局部集中处理:按前述思路进行处理后，可能还存在局部出水，此时，应查明原因，有针对性地予以封堵，必要时应采取化学灌浆等特殊措施。

3 高压大流量地下水的处理方法

3.1 处理原则和主要程序

高压大流量地下水情况较复杂，每个出水点均有其特殊性，但共性也是比较明显的。此类水富存于岩溶非常发育区，且发育区垂直厚度很大，与稳定补给水源连通性非常好，补给源与出水点相对高差大。由于隧洞开挖破坏其渗流平衡，揭示出管道式出水点，使地下水得以突然释放，从而形成高压力、大流量喷水。对此类高压水，遵循“先加固后处理，先分流减压后封堵”的原则，采用综合手段及工艺，按照“先排后堵、深排浅堵、远排近堵、择机收口”的顺序进行处理。

先排后堵:对于大的出水点，不能开始就考虑全部封堵，而应先考虑有序引排，系统布置分流减压孔，分散和释放原集中涌水点的流量和压力，再封堵原出水点，逼迫水流由预设的分流减压孔改道排放。

深排浅堵、远排近堵:对于预设的分流减压孔按先封堵浅层排水孔和距离原出水口近的出水孔，让水再次改道和束流并由深层排水孔和远距离排水孔排放。

择机收口:在完成围岩系统加固、确认围岩安全后，择机对剩余的排水孔进行封堵或可控排放，完成施工。

集中高压大流量出水点治理的施工工艺流程为:渗流路径查探→围岩加固→分流→封堵主通道→分流孔灌浆封堵→最后封堵。

3.2 主要施工方法

3.2.1 渗流路径查探

(1)首先对涌水范围进行有针对性的造孔查探，钻孔原则为尽可能多的穿透地下渗水通道，查清渗流路径。造孔采用潜孔钻、液压钻机或地质钻机(底板造孔)，采用大口径(φ89～φ130)进行随机钻孔(跟管)，并埋入带丝扣的耐压钢管(孔口管)，钻孔深度以打出大水为宜。对打出大水(或高压水)的孔，立即在孔口管安装三通罩法兰盖，连接高压球阀，实现可控引排，进行控制性分流排放。若钻进到一定深度无水渗出或渗水量少时，则终孔后灌浆封堵。出水孔若作为分流减压孔，需视情况进行选择性的灌浆封堵。可采用1～0.5∶1∶1的水泥砂浆且掺入一定比例的特材(纤维)进行灌注。如仍出现大面积的串冒浆且吸浆量较大、无法灌注结束时，则将此类孔作为下一步工序灌浆的灌浆孔。

(2)渗流路径分析:根据钻孔返水特征、出水流量大小、压力高低及对无渗水或偶有少量出水的孔进行灌注时出现的各种异常情况，分析溶蚀裂隙、岩溶管道发育的深浅及相互贯通情况;根据钻孔出水与不出水位置，分析渗水路径主通道的发育延伸方向等渗流路径特征。

3.2.2 锚杆加固

处理段范围需对松散结构围岩、破碎区域内布置随机锚杆加固孔，锚杆孔深视围岩破碎深度确定，再进行锚杆灌浆，主要目的是防止下一步封堵高压引流孔以及在主通道的灌浆过程中松散破碎结构体的抬动和击穿。

3.2.3 分流孔施工

针对高压涌水的特殊性，对集中出水部位或较强富水区先钻孔引排、分流降压，再视情况择机封堵，即为“先引后堵”，其施工步骤如下:

(1)引排孔钻孔。钻引排孔的主要目的在于截取涌水点主管道一定深度部位的部分岩溶水和裂隙水，由埋入带阀门的耐压排水管(钢管)排出，使原涌水点水量减小、压力降低。为能截穿涌水点主管道，拟采取从涌水点附近以一定孔距、倾斜角打孔，布孔围绕涌水点按0.5～1.5 m不等孔距米字形交叉布置。钻孔孔向一般与岩面呈30°～45°夹角，开孔采用φ89～φ150孔径，钻孔深度以打出大水为宜。

(2)引排孔灌浆。对未出水的引排孔，待钻孔结束后，采用0.5～1∶1的水泥浆液进行纯压式灌浆，若开灌时涌水点串冒浆严重且无法升压，则通过在浆液中添加一定比例的砂(砂占水泥的50%)的方式予以处理，当压力缓慢升至0.5 MPa时孔内不吸浆，按灌浆要求稳压一定时间后灌浆结束。

3.2.4 主通道封堵

引排后，若原出水通道水量和压力减小、降低至达到封堵主通道的条件，则采用模袋灌浆技术直接对原出水岩溶管道主通道进行封堵。如未达到封堵条件，则采用特殊封堵的施工方法进行灌浆封堵。

模袋由一种特殊的纺织材料织成，织物的强度高，可加工成袋状并预设注浆管，通过预设注浆管向袋内注浆而使之膨胀，以达到止水的目的。其优点为:(1)灌注成型，施工简便、速度快且耐高速水流(15 m/s)，在高速水流下，能保证水泥不分散，不被冲走;(2)具有一定的透水性，水泥浆经模袋析水后，不但硬化速度加快，而且固化强度提高。

模袋灌浆技术有两种:一种为单管模袋注浆法。目的只是单一的隔水，并不能通过钻孔将浆液灌注到岩体裂隙或管道中，只是形成止水屏障阻挡部分出水量，让大量的地下水被迫改道，进入别的出水管道或其它引排孔;另一种为双管模袋灌浆法，其中一注浆管是用于采用水泥浆液充填模袋形成模袋塞封堵高压涌水孔，然后再由另一根射浆管向地下出水管道或岩体裂隙中注浆封堵地下渗涌水。

3.2.5 灌浆封堵分流孔

由近而远灌浆封堵。因主通道封堵后分流孔涌水量自然会增大、压力会升高，所以在灌浆封堵周边分流孔时，须由近孔开始灌浆，向远孔推进，在此过程中所有引排孔阀门打开，观察串浆孔的情况，待所串浆液达到一定浓度后关闭串浆孔。通过由浅而深的灌注，逐步将浆液由出水孔向深部扩散填充，达到在一定深度范围内封堵岩溶水通道的目的。这样治理，一方面加固了该区域一定厚度内的岩盘整体性，另一方面切断了来水通道水源。对于采用纯水泥浓浆、水泥砂浆均无法灌注结束的孔，则采用双液(水泥-水玻璃)进行控制性灌浆封堵。

针对流量大、压力大且联通性好，串浆严重的地下出水管道，采用模袋灌浆技术对分流孔进行灌注或采用模袋注浆法把分散的渗涌水集中引排，逼迫地下水流向预设的大口径分流孔中，最后进行封堵。此方法须根据现场渗涌水情况实施。

3.2.6 最后封堵

(1)最后的封堵孔必须为大口径的预埋管，且预埋较深、较扎实。针对高压水引流水孔，钻孔时就应采取注浆埋管的方法进行深埋，至少入岩2 m，且在未出大水之前就应安装法兰盘阀门进行控制，否则高压水涌出后再进行安装就非常困难且不牢固。

(2)灌浆的主要技术参数:灌浆的最大压力为3～4 MPa，采用 0.5～1∶1水泥基浆添加天然砂或特材。

(3)灌 浆:在封堵孔开始水泥基浆灌注时，起始压力不能太大，以小于0.4 MPa为宜。同时，观察周边有无串浆，若串冒浆严重且逐渐增大、出现冒水冒浆时，则需配制0.5～0.8∶1∶1 的水泥砂浆并掺入一定比例的纤维(3‰～4‰)，采用螺旋砂浆泵进行灌注。在灌注一定时间压力不上升且以上串冒浆还未减弱时，则在0.8∶1∶1的水泥砂浆中添加一定比例的水玻璃(不超过水泥量的4%～5%)。若遇压力上升较快，则停止添加特材或降低浆液浓度，待压力稳定或下降后查看串冒浆有无减弱或有无新增串浆点和新的出水点，视情况进行特材的加减。最后，在灌至涌水点及其它部位无串冒浆时，应改配 0.5∶1～0.8∶1 纯水泥浆，采用高压力、大流量进行纯水泥浆灌注，尽量使其扩散到更远的范围，从而尽量将主水流阻隔在离岩壁更远的区域。

3.3 技术参数

3.3.1 灌浆压力的确定

在设置分流引排孔后，孔内的涌水压力一般在2 MPa以内，属于低压灌浆，灌浆压力原则上为涌水压力的1.5～2倍，但不小于3 MPa。当涌水压力大于6 MPa时，灌浆压力在水压力基础上加2～3 MPa。在水压介于3～6 MPa时，可灵活选择灌浆压力。

3.3.2 灌注浆液的选用

浆液以纯水泥浆材和水泥砂浆为主，必要时辅助特殊材料，如微纤维、麻丝、水玻璃、模袋。

3.3.3 浆液比级

水泥基浆的比级仅采用 1∶1、0.8∶1、0.5∶1 三级，特种浆液使用0.8∶1一级添加特材。

3.3.4 变浆原则

堵水灌浆目前尚无专用规范。在参考固结灌浆规范变浆原则并结合堵水灌浆施工特点制订的变浆原则如下:

(1)当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

(2)当某级浆液注入量已达300 L以上，或灌浆时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。

(3)对于无水孔段灌浆已达最大比级、单位灌注量超过500 kg/m但仍无明显变化的孔段或表面渗漏(串冒浆)严重的孔段改用双液浆灌注。

(4)有线状水或股状水孔段直接采用双液灌浆。

(5)引排孔及大出水孔段在前述变浆原则使用后仍不能封堵的情况下，采用特种浆液灌注。

3.3.5 结束标准

堵漏灌浆结束标准采用《水工建筑物灌浆施工技术规范》DL/T5148－2001的规定，即在设计灌浆压力下，当吸浆量小于5 L/min时，继续灌注10 min即可结束;第二段灌浆在设计压力下，吸浆量不大于3 L/min，继续灌注10 min即可结束。

3.3.6 封 孔

每孔灌浆结束后，采用全孔灌浆封孔法进行封孔，即采用浓浆置换孔内稀浆，并持续压力灌浆封孔。

4 结语

在锦屏水电站引水隧洞地下水处理施工过程中，上述方法取得了良好的效果，有效地解决了地下洞室的涌水，为后期施工创造了良好的条件。根据地下水出现的特点，“择机封堵”的地下水处理方式具有诸多优点:(1)隧道(洞)掌子面掘进与地下水的处治能同步进行，且地下水处治能多工作面作业，有利于加快施工总体进度，确保工期。(2)设备投入要求不高，使用常规钻孔与灌浆设备就能满足水压力3～4 MPa及以下水的处理要求。(3)围岩的固结厚度有可靠的保证，提高了阻水帷幕的灌浆质量。(4)仍以普通水泥浆为主，辅以水玻璃、纤维等惰性材料;对于特殊岩溶地下水使用模袋、索囊技术。

针对锦屏二级水电站引水隧洞高压大流量的地下水处理情况，所实施的“择机封堵”工艺在此类隧洞的特定条件下是可行的，能满足并达到较好效果。希望该地下水处治技术能为类似工程提供一点借鉴与参考。