水工隧洞突涌水灾害及工程治理措施

地层
T1 T2z T1 T2z T3 T2b T2b T2y T2y T2y
岩性 细砂岩 大理岩 绿泥石片岩 大理岩 砂岩、板岩 大理岩、灰岩 大理岩 大理岩、灰岩 大理岩、板岩 大理岩、灰岩、板岩
单位长涌水量 (m3/d.km)
单位长涌水量(m3/d.km)
3000 降雨入渗系数法 地下水径流模数法
四号横向排水洞内溶蚀宽缝串浆
5.超高压力超大流量突涌水封堵
地下水处理专用沉箱施工技术
突涌水点地下水处理专用沉箱包括箱体和盖板，其关键技术是箱体无底板，箱体顶 部连接盖板，在箱体底部的地面开挖沟槽，它能使突涌水点、带状出水全部汇集到 沉箱内，通过排水管使汇集至沉箱内的地下水实现导排，大大降低地下水的应力破 坏，确保引水隧洞结构安全。解决了引水隧洞突涌水点堵排水的技术问题，为工程 的顺利进行起着重要保障作用。
地形地貌
地形地貌对地下水的补给、径流和 排泄起着重要的影响
地层岩性
渗透系数较大的岩体，渗滴水较严重； 灰岩、白云岩等可溶岩类围岩，隧道涌 水量大、水量高
2#引水隧洞地质剖面图
引水隧洞分布 渗滴水
Annual rainfall (mm)
1400
1100
800
500
Rainfall (mm)
200 1960
侧导洞预注浆
1、掌子面超前预注浆
分别以下三种处理方式： 1、对高压、大涌水量的富水区进行全断面超前帷幕 预注浆堵水施工； 2、对低压、较大涌水量的富水区进行全周边超前帷 幕预注浆堵水施工； 3、对较小地下水量进行局部超前预注浆堵水施工。
3、开挖分流导水洞法
导水洞开挖 为了不影响掌子面正常 掘进，对开挖工作面前方 的高压大流量地下水采取 开挖导水洞进行排水。 导水洞的后期处理 掌子面正常掘进，强行 通过高压大流量地下水后 在掌子面与排水洞出口间 设置挡水围堰。
2. 隧洞突涌水概述
地质类型
1、断层破碎带涌水：逆冲断层、
层间错动和裂隙
2、岩溶暗河型涌水：工程区岩溶
发育总体微弱，局部区域存在较为大 型的溶腔
3、其他含水构造、含水体：层状
隔水层形成的含水体、岩溶地层中的 孤立含水体等
断层破碎带涌水
引（2）岩溶带清理后揭 露的原始地貌
褶皱储水部位
影响因素
岩溶带
断裂带与褶皱
隧道穿越背斜分水岭时， 往往产生逆冲挤压断层带， 断层的下盘受压，虽破碎 但挤压紧密，不易透水， 而上升盘由于牵引作用， 张裂隙发育，多成为导水 通道，富水性强；
向斜盆地易形成的蓄水 构造，轴部往往富含地下 水。
2. 隧洞突涌水概述
涌突水分类
按机制划分
根据常见的隧道涌突水 特征，隧道涌突水机制主 要有：直涌型、水力劈裂 型、冲溃型
1970
1980
1990 Year
2000
2010
2020
年均降雨量变化趋势
300 2011 2012 2013
250
200
150
100
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Month
月降雨量变化趋势
隧洞长度及埋深
隧洞越长，汇水面积及补给范 围越大，总涌水量就越大；当隧洞 埋藏较深时，地下水水头较大，单 位涌水量便会增大。
防排水设计提供科学、可靠的依据。
3. 隧洞突涌水预测
涌水量预测
根据研究区地层岩性、地质构造， 对隧洞进行合理分段，从而预测计算 各段涌水量
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
洞段 K0~0+115 K0+115~2+000 K2+000~2+500 K2+500~3+316 K3+316~4+414 K4+414~8+265 K8+265~12+571 K12+571~15+152 K15+152~16+151 K16+151~17+291
机械清基
高压大流量突涌水 逆止阀施工技术
沉箱安装
沉箱与引水钢管的对接
逆止阀（又名止回阀）是指依靠介质本身流动而自动开、闭 阀瓣，用来防止介质倒流的阀门，利用逆止阀进行引排水施 工，能够成功实现高压大流量涌水的引排，同时还可以保证 内水不外渗。
汇报完毕
谢谢！
高压大流量集 中涌水处理
劈裂型集中涌水 底板涌水 顶拱突水
4. 隧洞突涌水防治处理
堵水灌浆施工工艺
综合灌浆法
阻水帷幕灌浆施工 深孔封闭固结灌浆
确定施工 参数
钻孔
钻孔冲洗 与裂隙冲
洗
灌浆
灌浆封 孔
质量检 查
施工
自浅而深灌浆法 压水试验
特殊情况处理
1、串浆处理； 2、地表冒浆； 3、中断灌浆处理； 4、漏浆孔段处理； 5、岩溶处理
4号横向排水洞围堰
4. 隧洞突涌水防治处理
涌水点封堵施工方法
渗滴水和线状渗水封堵
浆液选择：灌注以水泥浆液 为主，膏状浆液或水泥水玻 璃浆液为辅；压力较大的线 状渗水，可采用稳定性好的
膏状浆液灌注。
大面积溶蚀裂隙地下水
引（2）10+472股状涌水
如遇流量大，水压小的灌浆孔，可灌注纯水泥浆液或水
泥砂浆；如遇流量大，水压大的灌浆孔，可采用独立注浆 系统泵送大排量的水泥砂浆，以达到快速封堵孔内动水目 的。
直涌型
突水流量特征曲线
水力劈裂型
冲溃型
按赋存空间
1、洞穴型 2、破碎带及裂隙型突水 3、管道型突水
按涌水量大小
按充填物特征
充水型、黏土型、淤泥型、水砂混合物型、和泥砾石型
类型 微量涌水型 少量涌水型 中等涌水型 大量涌水型 特大涌水型
涌出量大小 <0.01m3/s 0.01m3/s～0.1m3/s 0.1m3/s～1m3/s 1m3/s～2m3/s
“先探后掘，以堵为主，堵排结合”
治理 原则
排水法、堵水法
治理 方式
排水法 堵水法
1、明沟排水和集水坑水泵抽水法
2、辅助排水导坑及超前钻孔排水法
3、深井及井点法
4、定向开挖法
1、灌浆堵水法
堵水灌浆
2、冻结法
3、压气法
排水法
4. 隧洞突涌水防治处理
涌水点封堵施工方法
地下水超前处理
掌子面预注浆 2、利用相邻隧洞或通过 开挖侧导洞侧面注浆法
水工隧洞突涌水灾害及工程治理措施
—以锦屏二级水电站引水隧洞为例
侯天兴 周家文 四川大学
2015年 7月20日
水工隧洞突涌水灾害及其工程治理措施
1
隧洞地质灾害
2
隧洞突涌水灾害概述
3
突涌水预测
4
突涌水防治处理
5 超高压力超大流量突涌水封堵
1. 隧洞地质灾害分类
围岩变形破坏
地面沉降、塌陷
软弱岩体大变形、滑塌、掉块、岩爆
3. 隧洞突涌水预测
涌水量预测
类型 解析法 （地下水动力学法）
水均衡法
其他方法
方法名称 稳定流法 非稳定流法 半理论半经验法 简易水均衡法 地下径流模数法 降水入渗法 水文地质比拟法 同位素氚法
H-2r H
地下水水位
r
计算简图
突涌水的发展机理
突涌水的预测
由于岩层的非均质性，故在隔水层与含 水层间地下水常存在不连续面。当隧洞施工 突破隔水层时，则可引发含水层中具有高压 的地下水突出而形成突水灾害。其位置称之 为突涌水点（带），其突水量将随时间的推 移一般按对数比例而衰减。
>2m3/s
充水型涌突水
黏土型涌突水
按涌水状态
渗水、线状涌水、帘幕式涌水、股状涌水
3. 隧洞突涌水预测
突水征兆
突水征兆
1、工作面顶板掉渣、冒顶等现象； 2、沿隧道开挖隔水岩层膨胀、开裂； 3、突水部位岩层发潮、滴水，且逐渐增大； 4、掌子面裂隙或钻孔中出现喷水、喷泥或喷砂。
顶板破坏
隔水岩层弯曲破坏
2000
1000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 编号
单位洞长（km)涌水量计算结果
5000 大岛洋志法
柯斯嘉科夫法
4000
落合敏良法
3000
2000
1000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 编号
4. 隧洞突涌水防治处理
突涌水治理
隧洞突涌水危害
特大涌水淹没导坑，冲毁机具，造成 设备和人身事故。同时延误工期，增加 了工程费用。在断层破裂带的突水经常 引起坍方、冒顶，威胁人员安全。
隧洞开挖排放大量地下水造成的地面塌 陷和泉水枯竭。
突涌水灾害
1、破碎岩体裂隙渗水、涌水及突水； 2、岩溶裂隙水、管道水的涌出，以及携带 大量泥砂的突泥、突砂。

其他隧洞地质灾害
1、有害气体； 2、地下水侵蚀、腐蚀作用； 3、隧洞冻融灾害； 4、高地温灾害。
2. 隧洞突涌水概述
影响因素
地下水来源
1、地表水体、溶洞或暗河水、断层水、 含水层水； 2、大气降雨对水体的补充
2、柯斯嘉科夫法
1、降雨入渗系数法
3、落合敏良法
式中： α为降雨入渗系数；W为年均降雨量；
2、地下水径流模数法
式中：
m为转换系数；K为岩体的渗透系数； a为相关系数，a=π/2+H/R ； R为隧道排水影响半径，
地下水动力学法相对于水均衡法理论
式中： M为地下水径流模数；F为含水层
分布面积
性较强， 主要应用于详勘阶段，在隧洞未 开挖的情况下，通过沿线勘察资料计算较 为精确的总涌水量及分段涌水量，为隧洞
突涌水预测的关键是对隧洞围岩的 岩性、构造、断裂系统及水文地质参数 充分的调查研究并结合施工安排作出正 确的分析判断。施工预报中则应加强监 测，并采取必要的超前探测完善处理措 施，防止重大突(涌)水灾害的发生。
3. 隧洞突涌水预测
涌水量预测
正常涌水量：Qs 最大涌水量：Qm
水均衡法
地下水动力学法
1、大岛洋志法