4.1 结合实际的有效防范措施
根据不同的条件必须提前实施行之有效的防范预防措施,比如预留抽排系统、超前施工排水洞等。由于水文地质情况的不确定性,应从最坏的情况准备预案,若预案不足,一旦超出常规情况,往往对工程造成巨大灾难。
锦屏二级水电站由于在前期勘探阶段和辅助洞施工阶段揭露大流量、高压力地下水,按揭露的水文地质情况,推测引水洞开挖最大可能达20m3/s的涌水,则在引水洞旁平行设计了1条施工排水洞,并对引水洞TBM开挖时进行架高,两条引水洞抬高架下均可排放15m3/s的水量,排水洞和引水隧洞联合排水。该排水洞在东端工程建设期对工期保证起到了至关重要的作用,掘进期间,突涌出水均通过最近的横通道排入排水洞,从而为快速掘进创造条件,同时也为后续地下水封堵处理创造良好的工作面。并且在后期,为保证高渗水压力区的结构安全,作为部分突涌水点的长久排放通道,确保了主体4条引水隧洞施工运行安全。但在西端(C2、C3标),按前期水文地质情况判断,不会出现超大流量的涌水,但也设计了总排水量约7m3/s的抽排系统,考虑大排量泵应急抽排。然而富水情况的复杂性仍超出预期。如1#引水隧洞K1+490处揭露溶洞大涌水,虽人员按应急避险预案顺利撤出工作面,但所有设备及材料全部被淹,幸运的是该处涌水是一个相对封闭的大型溶洞的常年蓄水,补给量不大,突涌水后较短时间内便衰减。如此处存在隧洞中段的长期稳定大流量,则隧洞开挖只有等排水洞打通或由东端单面掘进贯通,将造成不可估量的工期和经济损失。
因此在提前预知隧洞地下水丰富的情况下,做好抽排水系统和长期排水准备,或采用排水洞超前排水等措施能够使得主隧洞施工进展顺利,有利工程总工期。
4.2 “因地制宜、因时制宜、综合治理”的处理思路
鉴于地下水工程地质和水文地质的复杂性和不确定性,地下水处理方式方法均应结合实际“因地制宜、因时制宜、综合治理”的处理思路。
“因地制宜”中“地”包括工程所具备的水文地质条件、施工环境、涌水流量及压力等因素,“因时制宜”中“时”的概念包括处理的时机(季节)、工期要求等因素,“综合治理”是要着眼全局和长远考虑,不能只顾眼前,应顺应工程不同阶段的需要,采取多种方法进行地下水处理。
由于地下水成因及地质构造的复杂性,使得出水形式多样,即使出水表象类似,但成因及构造都可能大相径庭,且每个出水点所处的环境有差别,不可能统一标准施工工序进行施工。故地下水处理基本上为一个处理洞段制订一个方案。方案的多样性仅是体现在采用不同的工艺组合、技术参数和材料上,但其总体上有一定规律可循,须遵从基本的思路和方法。
地下水治理的时机选择在枯水期最为妥当,枯水期水量相对较小、水压相对较低,适宜于地下水处理施工。
因此,地下水处理思路重于方案、方案重于工艺、工艺重于材料。
4.3 以要求和目的为导向制定处理方法
地下水处理方案的制定应以工程要求和目的出发,综合方案的经济性和适用性,以适用、高效、节约、环保为指导,最终使方案顺利落实到工程实际中。(www.xing528.com)
根据工程要求和目的,地下工程出水情况可以分为以下几种情况:
(1)防渗要求高的地下工程,诸如水电站有压引水隧洞、地下厂房等,此类工程若遇地下水,则需要将地下水全部处理回山体中,切断地下工程内外水力联系,为其长久运行提供保证。此时的地下水处理方案应“以堵为主、以排为辅”,强调以高压力、特殊材料、永久防渗材料等对地下水进行封堵。
(2)虽无防渗要求但无排放条件,或排放代价过大的地下工程,诸如海底隧道、城市地铁隧道等。由于此类工程均在地面以下,一般采用V字形设计,因此若揭露地下水,势必导致水流向隧道最低点汇聚。目前工程中主要采用机械抽排的方式24h全天候地将地下水抽排至地面,以确保隧洞正常运行。此类情况的处理思路为“以堵为主、以排为辅”。采用多种手段和措施将地下水全部封堵至地层中,在隧道周边形成不小于6m(经验值)的防渗圈,以抵御地下水的水压力和长期侵蚀。
(3)无防渗要求且具备排放条件的地下工程,诸如铁路隧道、公路隧道等。从经济角度出发,该类工程地下水处理方案应采用“适当封堵、可控排放”。此时方案有两种情况:一种是隧道边沟排放有能力将地下水全部排放出隧洞,此时就只需采用堵水灌浆方式将地下水收拢引至隧洞边沟即可;另一种是边沟无能力排放洞内大流量地下水时,便可采取封堵一部分地下水、预留一部分地下水排放。
4.4 多种材料、方法的综合灵活运用
地下水处理时,需要考虑封堵材料的强度、耐久性、抗分散性等指标。对于动水条件下的堵漏灌浆工程,浆液的抗水流冲释性能直接影响到堵漏的效果。为了防止浆液被水流稀释、冲走,一般要求灌浆浆液既要有良好的流动性,又能快速凝固,并具有一定的抗冲强度。
工程施工中常用的堵水灌浆材料有纯水泥浆液、水泥-水玻璃双液浆、(速凝)水泥砂浆、(速凝)膏状浆液等。膏状浆液是指抗剪屈服强度和塑性黏度均较大的混合浆液,流动性小,适用于岩体宽大裂隙、岩溶空洞和堆石体等动水条件下的灌浆。
在施工材料的选择上,应根据施工前期钻探或物探发现的出水地层裂隙发育情况进行选择。若地层发育5cm以内裂隙时,可选用双液浆或纯水泥浆灌注;若地层发育5~10cm宽裂隙时,可先采用水泥砂浆进行灌注,以求将裂隙逐步束窄;若地层发育10cm以上的宽大裂隙时,须先采用(速凝)膏状浆液进行处理,待裂隙逐步束窄后再用纯水泥浆等灌注。
另外,近年来兴起的改性沥青灌浆既是一种新材料也是一种新工艺。该种灌浆方法是利用沥青“加热后变为易于流动的液体、冷却后又变为固体”的物理性能而达到堵漏的目的。沥青浆液与水不互溶,当沥青被加热成流态时,浆液具有良好的流动性和可灌性,通过灌浆泵输送热沥青浆液进入渗漏部位后,遇水发生冷凝作用,逐渐黏附在渗透通道表面,堵塞漏水通道。与其他灌浆材料相比,热沥青浆液具有不被水稀释而流失的特点,因而特别适合于流量大、流速高的大孔(裂)隙渗漏水的封堵处理。
在施工方法选择上,除了常规的灌浆方法外,还有模袋灌浆技术和沉箱灌浆技术。模袋灌浆技术解决了动水条件下孔口管镶铸问题和地下水管道在动水条件下的封堵;沉箱技术的运用使得集中涌水点周边及正上方盖重混凝土浇筑问题得到解决,为涌水点封堵创造了良好的条件。
因此基于各种复杂多变的实际情况,综合采取不同的灌浆浆液、灌浆技术,逐步降低地下水处理的难度,方能实现地下水的导排或封堵。
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