地下工程突涌水治理方法研究

姜晓波

中交一航局第三工程有限公司辽宁大连116083

摘要：研究了隧道工程、水电工程及矿山工程这三类主要地下工程突涌水灾害的治理方法，比较了“堵排结合、限量排放”与“以堵为主，堵排结合”治理原则的相同与区别之处，通过地下工程防治水灾害的成功案例分析，认为“以堵为主，堵排结合”的防治水方法已在隧道工程、水电工程及矿山工程中得到了广泛使用。

关键词：地下工程；突涌水；灾害治理

1引言

依据地下工程使用性质不同与服务对象不同，地下工程分为以下三类：服务于交通运输的隧道工程：开发利用水能用于发电的水力水电工程；以开采地下矿藏资源为目的矿山工程。结合工程自身具体水文地质条件、使用目的与服务对象、经济环境效益在实践过程不断总结创新形成了各自的突涌水灾害治理方法。

2随道突涌水防治

在隧道建设与运营过程中，突涌水灾害带来的人身伤亡和经济损失极为惨重，现已成为岩溶发育区，降水丰富的丘陵山地地区修建隧道的瓶颈问题，严重制约着我国交通运输事业的均衡分布[1]。因此，突涌水防治成为隧道建设和运营期不可或缺的重要环节国内外对于隧道突涌水防治主要采取排导方式和全封堵方式，这两种方式各有优缺点及其使用对象排导方式可以折减作用在衬棚上的水压力，从而使衬棚结构设计更加经济，但需处理好地下水排放量的控制问题，以降低施工期和运营期间的排水费用与隧址区环境代价。全封堵方式由于衬砲要承受同地下水水头基本相当的水压力，一般适于埋深较浅、地下水位较低的隧道，如地铁等浅埋隧洞，由于埋深浅、水位低，有条件通过加强衬砌结构，注封堵来地下水。根据国外经验，通常情况下，当地下水水头小于60m时，宜釆用全封堵方式；当地下水水头大于60m时，宜釆用排导方式，并通过注装圈进行堵水，“堵”是为了控制地下水的排放量，“排”则是为了降低作用在隧道衬砌上的水压力。这种依靠注浆加固圈控制渗水量，并将渗水通排水系统排入隧道的防排水方式，称为“堵排结合、限量排放”，在日本青函海底隧道（水头高度240m）以及挪威海峡隧道（水压1.2MPa）得到了广泛应用。长期以来，为了避免或减弱地下水对隧道结构的作用，保证隧道主体结构安全，我国隧道工程大多按照“以排为主”的原则建造，而忽视了隧道排水对环境与隧道安全运营产生负面影响。由于隧道内存在不同程度的水害，且逐年发展，影响衬砌结构和行车安全，导致隧址区地下水位下降甚至含水层被疏干，导致当地生产生活用水困难，以及地表水枯竭，植被枯死等环境问题。随着岩溶、断层发育的富水区的隧道修建日益增多，上述问题愈发突出，“以排为主”的无限制排水原则己不能适应我国经济和社会可持续发展需要，进入21世纪，生态环境保护和隧道长远经济效益将会成为影响随道决策的主要因素。隧道修建技术和注浆治理突涌水灾害技术的发展为封堵过水通道提供了坚定的物质和技术基础。据此，国内学者又提出了“以堵为主，堵排结合”的治理原则，即通过采用超前预注浆和壁后注浆等方法在隧道轮廓线外形成隔水帷幕封堵主要导水通道，通过引排管将残余涌水引入隧道的排水系统。“以堵为主，堵排结合”的防治水方法己在龙潭隧道、厦门翔安海底隧道、青岛胶州湾海底随道等得到了广泛应用，并取得了很好的效果[2]。

3水电工程突涌水防治现状

由于水电隧道位于江河水源附近，并且其隧址区多位于崇山峻岭间，因此成为突涌水灾害的多发区，且其突涌水具有水压高，流量大，补给无限等特点，属于典型的高压动水突涌水灾害，其治理难度极大。若突涌水不采取适当措施治理，不仅严重影响施工安全和进度，而且对今后水电工程的运营和周边环境将造成极为不利的影响。

国内外水电隧洞突涌水防治主要根据涌水类型、涌水量和水压大小，制定出针对性的防治策略。对于低压小流量涌水，采用注浆方法一次性封堵；对于高压大流量涌水，采用分流泄压，注浆封堵的方法治理。国外，哥伦比亚水电站湾水渠穿越溶槽地段（溶槽宽水压釆用了导坑超前帷幕注浆扩挖法，取得了较好的效果。国内，锦屏二级电站辅助洞存在高压大流量岩溶裂隙水，裂隙水压力达，突水后瞬间流量以上，在隧洞地下水防治过程中采用了“以堵为主、堵排结合”的治理原则，通过排水降压，减少高压水对隧洞衬砌结构的压力，同时通过注浆封堵导水构造，形成隔水帷幕。

4矿山突涌水防治现状

矿井水害是与瓦斯、粉尘等并列的矿山建设与生产过程中的主要安全灾害之一。我国经济社会的快速发展对于能源矿产的需求日益旺盛，在矿山开采深度逐年加深的大背景下，矿井水文地质条件日趋复杂，突涌水灾害对矿井的生产和建设构成了严重威胁，如华北煤田上组煤开釆储量的逐年减少，各大矿区相继进入普遍受到底板高压奥灰下组煤开采，因下组煤突涌水灾害事故不断，严重制约我国煤炭行业的健康可持续发展。国内外学者根据矿井水文地质条件多样性、复杂性等特点结合采矿技术和设备条件，从实践中总结出一套从简单到复杂、从被动到主动的矿井突涌水灾害防治方法。这些方法归纳为抽排法、疏干降压法和堵水截流法等三种[3]。

抽排法是在矿井中建立起可靠的排水系统，把涌入矿井的地下水，汇集于井底水仓，用水粟抽排至地表。通常，釆用的排水方法有直接排水和接力排水两种。根据矿井涌水量大小、采掘深度和抽排水设备能力来确定排水方式。这种防治水方法较简单，一般适用于水压和水量不大的矿井中。应用抽排法要具备下列三个条件：①涌水量预计较准确；②矿井排水能力较强，井中设有大排量设备；③矿区水文地质条件和矿井充水条件简单[4]。因此，抽排法的使用有一定的局限性，常年的抽排水带来高昂的费用，严重影响矿井经济效益和安全生产。疏干降压法是以降低水位、调节水量控制漏斗的方式，达到安全开采的目的。当充水含水层直接揭露或隔水层较薄时，往往采用这种防治水方法。

堵水截流是矿井防治水害的重要方法，主要利用自然或人造的相对隔水层，来分隔开煤层和含水体之间水力联系，达到矿井少排水及安全作业的目的[5]。它分为地面防治（堵洞防漏）和井下防治（注浆截流）。地面施工方便，但费用较高；井下施工难度大，但成本低。有些矿井水文地质条件相当复杂、动水量大，常采用注装截源、帷幕充填的方法进行治理，即在地面或井下布置注浆钻孔，利用注装粟将充填材料和水一起注入钻孔，并通过钻孔扩散到进水的岩石裂隙或岩溶中去，这样裂隙、岩溶就被充填，导水通道被堵塞，形成帷幕隔水墙。注浆堵水技术在国内矿井水害方面的发展是从世纪年代初期煤矿井筒井壁注装堵水开始的，进入年代后期，注装技术广泛应用于矿井水害治理中，并逐渐形成一种行之有效的矿井水害治理技术体系。

5结论

“以堵为主，堵排结合”的防治水方法已在隧道工程、水电工程及矿山工程中得到了广泛使用。

参考文献

[1]刘永贵.山东省煤矿水害特征及防治技术途径研究[D].山东科技大学,2007.

[2]唐军.临海复杂砂层的基坑支护隔水帷幕设计与实践[J].岩土工程学报，2012,s1：548-551.

[3]周利华.矿山安全减灾系统科学--矿山灾害学[J].中国工程科学,2003,07：90-94.

[4]丁尚仁.煤矿水害的防治[J].煤炭技术,2001,11：34-35.

[5]宣以琼.安微省煤矿水害防治现状与对策[J].煤矿安全,2010,05：117-119.