锦屏水电站辅助洞高压大流量地下涌水的预防与治理

锦屏水电站辅　助洞高压　水利水电技术第３７卷２００６年第８期　

大流量地下涌水的　预防与治理　

陈昌礼　，欧阳孝忠　（Ｉ．贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州贵阳５５００１４；　２．中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵州贵阳５５０００２）　

【摘要】介绍了雅砻江锦屏水电枢纽辅助洞工程从开工至２００５年底所遭遇的五次高压大流量地下　涌水的情况及其规律，并指出了在隧洞掘进过程中地下涌水的前兆及其治理经验。　【关键词】高压大流量地下涌水；预防；治理；辅助洞；锦屏水电站　中图分类号：ＴＶ７３２（２７１）　文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００—０８６０（２００６）０８—０００９．０５　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｒｇｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｆｌｏｗ　ｆｏｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　Ｊｉｎｐｉｎｇ　Ｈｙｄｒｏｌｍｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ＣＨＥＮ　Ｃｈａｎｇ．．．１ｉ，ＯＵＹＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｚｈｏｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００１４，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ；　Ｇｕｉｙａｎｇ　Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５（ＩＯ３２，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　Ｊｉｎｐｉｎｇ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ，ｆｉｖｅ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｒｇｅｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｓｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｆｌｏｗ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅｉｒ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｌａｗｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｓ　ｗｅｌ１．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ｐｏｒｔｅｎｔ　ｏｆ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｓｕｒｇｅ　ｆｒｏｍ　ｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｈｅｒｅｉｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｒｇｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｓｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｆｌｏｗ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ；ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｔｕｎｎｅｌ；Ｊｉｎｐｉｎｇ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　

１　引言　锦屏水电枢纽辅助洞工程位于四川省凉山彝族自　治州的木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦　屏大河湾上，是２ＯＯ５年１１月开工建设的锦屏一级水　电站（装机３　６Ｏ０　ＭＷ）和即将开工建设的锦屏二级水电　站（装机４　４ＯＯ　ＭＷ）的关键工程，其作用是沟通东西雅　砻江的交通，并作为锦屏二级水电站引水隧洞的施工　辅助洞和超前勘探洞。辅助洞由Ａ、Ｂ两孔单车道隧　洞组成，单洞各长１７．５　ｋｍ，水平中心距３５　ｍ；两洞　断面均为城门洞形，Ａ洞断面宽５．５　ｉｎ，净高４．５　ＩＴＩ；Ｂ　洞断面宽６．０　ｉｎ，净高５．０　ｉｎ。开挖隧洞时，从东、西　两端的进口和出口独头掘进。隧洞西端进口底板高程　１　６５８．４０　ｍ，东端出口底板高程１　５６６．００　ｍ；纵断面均　呈“人”字坡型，最大纵坡为１．８％，最小纵坡为０．１２％。　从２００３年１０月开工至２００５年底，辅助洞掘进　过程中经历了五次地下涌水，水压为０．６～４．７　ＭＰａ，　水量为０．１５～１５．６　ｍ　／ｓ。这样的地下涌水压力和涌　水量，目前在国内外尚无先例。高压大流量地下涌水　的处理，占用了不少直线工期。截至２００５年１２月底，　Ａ洞累计掘进７．５　ｋｍ，占Ａ洞总长的４３％；Ｂ洞累计掘　进７．７　ｋｍ，占Ｂ洞总长的４４％，而工期已过５３％，　剩余的开挖工期仅有两年。另外，隧洞掘进施工中遇　到的独头长距离通风、岩爆等极具挑战性的世界难　题，随着洞深的增加，解决的难度越大。这些都给实　现目标工期造成巨大威胁。　本文将五次地下涌水的情况及其规律、发生涌水　

收稿日期：２００６—０１．１９　作者简介：陈昌礼（１９６６一），男，高级工程师，总监理工程师，硕士。　

９　维普资讯 http://www.cqvip.com 陈昌礼，等∥锦屏水电站辅助洞高压大流量地下涌水的预防与治理　前的先兆、治理的原则和经验等写出来，其中一个重　要目的就是为下一步辅助洞和四条引水隧洞的掘进，　以及其他类似地下工程的施工提供借鉴，以努力保障　施工工期。　２工程地质和水文地质简述　锦屏辅助洞地处青藏高原向四川盆地过渡的地貌　斜坡地带，隧洞沿线由白山组大理岩组成主分水岭，　地形起伏，山峦重叠，沟谷深切，主体山峰高程在　４　０００．Ｏ０　ｍ以上，最大高差达３　０００　ｍ以上。辅助洞　埋深大于１　５００　ｍ的洞段占全洞总长７３％，最大埋深　约２　３７５　ｍ。辅助洞围岩均由三叠系地层组成，岩性　主要为大理岩、灰岩、砂板岩、绿泥石片岩。占整个　洞线约９１％的碳酸盐岩类岩石大多为厚层状，岩面　新鲜完整，抗压强度达８０～１２０　ＮＰａ，有较好的工程　地质条件。除进出口段外，Ⅱ类围岩约占８８％，ＩＵ　类围岩约占８％，ＩＶ类围岩约占３％。受区域构造控　制，辅助洞东端断层少，紧闭背、向斜核部和翼部由　可溶岩占据；西端由一系列的断裂与紧闭背、向斜组　成，紧闭背、向斜核部由非可溶岩占据，可溶岩与非　可溶岩交替出现，紧闭背、向斜的轴向与辅助洞的轴　线几乎垂直。受区域主应力方向的影响，近ＥＷ向的　裂隙、断层大部分为张性、张扭性，局部溶蚀，是良　好的地下水储存构造。　锦屏辅助洞地下水补给主要为大气降水，碎屑岩　中为裂隙和断层的储存、运移地下水，可溶岩中沿溶　孔、溶隙、溶洞储存、运移地下水。除辅助洞进出口　附近外，其余洞段位于地下水位以下，地下水的排泄　基准面为雅砻江。雅砻江两岸在高程２　０００．００　ｍ以下　的岩溶不发育，没有水平溶洞，泉水出露点少。根据　岩体储水的空隙类型，辅助洞工程区存在裂隙水与岩溶　水类型，并以岩溶水为主。因地形、构造、岩性及岩溶　发育隋况不同，辅助洞东、西端地下水的储存、运移方　式有较大的差别。其中，辅助洞东端地下水主要储存于　￣－ｔＬ－－溶隙中，并与地表有较紧密的联系；西端地下水　主要储存于溶隙一溶洞中，与地表水的联系不甚密切。　３地下涌水情况及其规律性　３．１　第一次涌水　２００４年７月２５　Ｅｌ上午，西端Ａ洞ＡＫ１＋１１７掌　子面左边墙（面向下游）靠近拱顶部位出现两股涌水，　主要沿一条小断层涌出，水压力约１～２　ＭＰａ。其中　一钻孔涌水射程为１６　ｍ，流量约为０．１５　ｍ　／ｓ；另一　股流量约为０．０５　ｍ　／ｓ，射程约为６　ｍ。初期涌水夹　１０　带少量钙华、粘泥、砂等碎屑。涌水过程线见图１。　

巨　一　＼　删　堰　

时间／月．日　图１　辅助洞Ａ洞ＡＫ１＋１　１７涌水过程线　该涌水部位位于中三叠统杂谷脑组，涌水沿断层　带断续分布，岩性为白色厚层大理岩，岩层产状Ｎ２０。～　３Ｏ。Ｅ、／＿＿９０。。断层产状Ｎ４０。～６０。Ｗ、ＮＥ／＿＿５５。～　７Ｏ。，断层宽度为０．２～０．５　ｍ，影响带宽约１～２　ｍ，　主要为角砾岩，钙、铁质胶结，断层面呈微波状，有　锈蚀现象，一般结合较紧密，局部张开１～２　ｃｍ。　３．２第二次涌水　２００４年９月１５　Ｅｌ，西端Ｂ洞ＢＫ１＋１３７掌子面　底板右侧（面向下游），在爆破约５～１０　ｍｉｎ后出现　涌水，伴着轰鸣声，约１０　ｍｉｎ后涌水到达洞口，涌　水量约１．５　ｍ　／ｓ；约４０　ｍｉｎ达到最大瞬时涌水流量　７．４　ｍ　／ｓ；７０　ｍｉｎ后，流量为０．３５　ｍ　／ｓ；２４　ｈ后，　流量降为０．２６　ｍ　／ｓ。涌水点射程约１５～１８　ｍ，水压　力约１～２　ＮＰａ。初期涌水同样夹带有少量钙华、粘　泥、砂等碎屑。涌水过程线见图２。　∞８Ｏ００　Ｅ　６０００　２　４０００　２　０００　堰０　

时间／ＨＴ时　图２辅助洞西端Ｂ洞ＢＫ１＋１３７涌水过程线　该涌水部位位于中三叠统杂谷脑组，岩性为条带　状大理岩，地质构造复杂。在ＢＫ１＋０３４～ＢＫ１＋１３７　洞段，层间挤压破碎带和小断层发育。层间挤压带宽　度约１～２　ｍ，主要产状为Ｎ５。～１５。Ｅ、／＿＿９０。；小断　层产状为Ｎ６０。ｗ、ＮＥ／＿＿６５。和Ｎ２０。ｗ、／＿＿９０。，出水　口宽度大约５Ｏ～７０　ｃｍ。在紧靠涌水点的横通洞部位　揭露出宽度大于１．０　ｉｎ的裂隙型溶洞。　３．３第三次涌水　２００５年元月８　Ｅｌ凌晨３点，东端Ｂ洞ＢＫ１４＋　８８８掌子面拱顶左侧（面向上游），在钻孔（孔深３．２　ｉｎ、　水利水电技术第３７卷

２００６年第８期　维普资讯 http://www.cqvip.com 孔径５０　ｍ）结束后退出三臂钻中钻时，突然听到岩石　爆裂的声音，随即从该孔喷出高压水，冲翻台车手。　高压水流喷离掌子面后，呈喇叭状向外扩散，水柱直　径从掌子面处的约２０　ｃｍ扩散到５　ｍ左右，在掌子面　后方约５０　ｍ范围内水流四射，水舌脉动，射流经过处　形成负压区造成气流紊乱，水雾迷漫，雾化区约４０　ｎｑ，　掌子面后方１Ｏ～４０　ｍ范围内空气稀薄，并伴有强烈的　轰鸣声，人员呼吸困难，很难靠近掌子而。初期涌水　夹带有少量岩屑，水量约０．２　ｍ　／ｓ，水压约４．７　ＭＰａ。　涌水过程线见图３（２００５年４月前流量平均约２００　ＩＶｓ，　４月２５日后为掌子面简易堵水后的流量）。　？６００　｛４ｏｏ　２００　。　荨辱骂军　ｔ＂ｑ　军耳　碎　卑导　ｇ苫苫苫苫　ｇ苫苫ｇ苫苫ｇ苫　时间／月一Ｉ：ｔ　图３辅助洞东端Ｂ洞ＢＫ１４＋８８８涌水过程线　该涌水部位位于中三叠统盐塘组，岩性为白色大　理岩。主涌水点位于与隧道轴线夹角呈２Ｏ。的裂隙　内，产状为Ｎ２０。～４０。Ｅ、ＳＥ／＿＿７０。～８Ｏ。。　３．４第四次涌水　２００５年３月３０日上午９时，东端Ａ洞ＡＫ１４＋　７６２掌子面左侧墙底部（面向上游），在爆破完毕后约　１２　ｍｉｎ，突然听到类似岩爆的爆裂声音，随即大量水　流涌出，２０　ｍｉｎ后龙头水到达Ａ洞洞口，涌水较混　浊，水温１１℃左右，当时流量约７　ｍ　／ｓ，水流湍急，　平均水流流速约１．３　ｍ／ｓ。初期涌水夹带有少量钙　华、砂等碎屑。从３月３０日下午开始，水流速度和　流量基本上呈稳步降低的趋势。到４月３０日２４时　止，流速约０．８　ｍ／ｓ，流量约２．５　ｍ　／ｓ，且在相当长　一段时间内流量基本稳定。涌水过程线见图４。　’　６Ｏｏｏ　，。４　０００　＼２Ｏｏｏ　■Ｉ　耀　萼　骂号　ｔ＂ｑ　军耳　碎　珲号　ｇ　ｇ苫苫ｇ苫苫吕苫苫ｇ苫苫ｇ苫　时间／月一日　图４辅助洞东端Ａ洞ＡＫ１４＋７６２涌水过程线　

该涌水部位位于中三叠统盐塘组部位，岩性为白色　大理岩。高压出水管道劈裂岩石后，形成距洞底高约　２．８　ｍ（含水面以下高１．７　ｍ）、顺洞轴线方向长约１．２　ｍ、　垂直于洞壁方向伸入围岩内深约４＿２　Ｉｎ的出水孔道。孔　水利水电技术第３７卷２００６年第８期　陈昌礼，等∥锦屏水电站辅助洞高压大流量地下涌水的预防与治理　道左、右岩面平整，有锈迹和滑动痕迹。左、右岩面之　间有厚约１．２　ｍ的夹层，岩质为胶结较差的破碎大理岩，　颜色白黄相间，伴有粘土和白色粉状的钙华。　３．５第五次涌水　２００５年４月２０日约２２：２０时，西端Ｂ洞ＢＫ２＋　６３７掌子面右侧底部（面向下游），在爆破并出渣完毕　后约１０　ｈ，发生大流量突涌水，于２３：ｏｏ时龙头水到　达洞口，水势迅猛，最大涌水量出现在２３：３０时，目　测约１５．６　ｍ　／ｓ。从２００５年４月２１日零点后，涌水水　量迅速衰减。２４　ｈ后，即到２２日２３：００时，流量仅　为１　ｍ　／ｓ左右。在连续涌水过程中，携带有大量（约　１２０　ｍ　）棕褐色胶结状砂、卵砾石。涌水过程线见图５。　ｌ８　ｏｏＯ　・ｌ４　ｏｏ０　ｌ０　０００　、６　ｏ０Ｏ　襄ｚ　０Ｏ０。　＾　／、　／　、　，　、　，　、　，　、　，　昌　垂室　毒