黔中水利樞紐左岸巖溶管道處理時(shí)機(jī)選擇

武興亮，劉子金，張磊

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽550002)

黔中水利樞紐左岸巖溶管道處理時(shí)機(jī)選擇

武興亮，劉子金，張磊

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽550002)

黔中水利樞紐一期工程水源平寨水庫位于烏江南源三岔河上，壩區(qū)河谷為橫向谷，橫向發(fā)育了多條地下水巖溶管道系統(tǒng)，管道系統(tǒng)規(guī)模較大，其中有3條與左岸防滲帷幕交叉，交叉部位采用混凝土封堵。由于左岸防滲帷幕工程量大，灌漿耗時(shí)長，需經(jīng)多個(gè)豐枯季節(jié)，為保證管道系統(tǒng)處理效果和帷幕運(yùn)行安全，管道系統(tǒng)處理時(shí)機(jī)選擇很重要，既要考慮豐枯季節(jié)影響，又要注意與周圍灌漿孔實(shí)施的先后順序。工程將管道系統(tǒng)作為排水通道，先行實(shí)施管道兩側(cè)灌漿孔，選擇枯季對管道系統(tǒng)進(jìn)行封堵處理，經(jīng)蓄水驗(yàn)證，帷幕運(yùn)行效果良好。

防滲帷幕；巖溶管道系統(tǒng)；封堵處理；最佳時(shí)機(jī)

黔中水利樞紐一期工程是以農(nóng)業(yè)灌溉和貴陽、安順等城市供水為主的大型水利骨干工程，水源平寨水庫壩址處于烏江水系三岔河干流中上游六枝馬場與織金雞場的交界河段，壩型為面板堆石壩，壩高157.5 m，水庫正常蓄水位1331 m時(shí)，相應(yīng)庫容11.89億m3[1]。庫首區(qū)屬巖溶山區(qū)的峽谷地帶，巖性主要為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組灰?guī)r夾泥巖，巖溶極發(fā)育，水庫右岸防滲帷幕利用永寧鎮(zhèn)組第二段底部厚度約30 m的泥巖相對隔水層作為防滲帷幕的邊界，左岸該地層受下部巖溶地層大規(guī)模溶洞影響而破壞，無可靠的隔水層依靠，只能采用懸掛式帷幕，帷幕端點(diǎn)接上游三塘向斜巖溶弱發(fā)育的高地下水位區(qū)，下限總體以穩(wěn)定地下水位以下30 m為界，局部溶蝕嚴(yán)重部位加深，其左岸防滲帷幕線長1.851 km，下限最深達(dá)215 m，灌漿平硐共四層，防滲帷幕鉆孔總進(jìn)尺約17.6萬m。

三岔河是區(qū)域內(nèi)最低的排泄基準(zhǔn)面，河流兩岸山體雄厚，地下水均補(bǔ)給河水，通過前期勘察，近壩區(qū)左岸有多條巖溶管道向該河流排泄，防滲帷幕灌漿施工過程中的進(jìn)一步核實(shí)了巖溶管道與左岸帷幕交叉的具體位置，其具有代表性的有KS4、KS6巖溶管道系統(tǒng)。

1 左岸防滲帷幕線路基本地質(zhì)條件

左岸防滲帷幕沿線地表高程為1335~1500 m，地形坡度25°~45°；沿線單斜構(gòu)造，巖層傾上游偏右岸，地層巖性主要為永寧鎮(zhèn)組（T1yn）薄至中厚層灰?guī)r，中下部夾泥巖、泥灰?guī)r；附近未見大型斷裂構(gòu)造，僅分布雞場背斜和三塘向斜，左岸帷幕位于兩者之間，巖層為傾上游的單斜結(jié)構(gòu)。

從庫首兩岸出露地層巖性結(jié)構(gòu)看，上層T1yn1和下層T1yn3均為強(qiáng)可溶巖，巖溶發(fā)育，中間地層T1yn2為相對隔水層與透水層相間分布，其底部泥頁巖、粉砂巖夾泥質(zhì)灰?guī)r具相對隔水作用。

從圖1可以看出，左岸帷幕線穿越的地層地表主要為T1yn3，由于巖層傾上游，剖面上，T1yn1、T1yn2、T1yn3均有分布，前期勘察資料及施工階段的灌漿平硐開挖、灌漿成果資料均表明，上下兩層地層中有溶蝕破碎帶、溶洞及巖溶管道系統(tǒng)分布，中間地層主要在上部有巖溶現(xiàn)象。

2 左岸帷幕線附近巖溶管道系統(tǒng)分布及交叉處巖溶發(fā)育情況

前期勘察結(jié)論中，庫首左岸查明有多條巖溶管道發(fā)育，與水庫滲漏有關(guān)的有KS1、KS3、KS4、KS6四條巖溶管道系統(tǒng)，其中，KS1出口發(fā)育于壩址下游，形成水庫左岸低鄰谷，已證實(shí)與KS3、KS4兩條巖溶管道在上壩洼地處相連。左岸帷幕線與KS3、KS4、KS6三條巖溶管道交叉。在隧洞開挖時(shí)，進(jìn)一步揭露了KS4和KS6兩條巖溶管道系統(tǒng)的具體位置，兩條系統(tǒng)發(fā)育情況見圖1。

圖1平寨水庫庫首左岸防滲帷幕與巖溶管道交叉分布圖

2.1 KS6巖溶管道系統(tǒng)

KS6巖溶管道系統(tǒng)位于三塘向斜的東南翼，呈NEE向，與三塘向斜大致平行。該系統(tǒng)發(fā)育于T1yn3灰?guī)r中，下伏T1yn2的泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖夾灰?guī)r。系統(tǒng)出口位于庫區(qū)巖溶泉點(diǎn)KS6（高程1222 m），枯季流量2~30 L/s；進(jìn)口位于馬家屯村寨一帶，地表為T1yn4白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r弱巖溶巖層，形成NE向山脊，未發(fā)現(xiàn)洼地、落水落洞等地表巖溶形態(tài)分布。前期勘察過程中，在馬家屯斜坡地帶布置了ZKC43號(hào)鉆孔（孔口高程1454.44 m），孔深72.0～125.2 m均有斷續(xù)小掉鉆現(xiàn)象，且?guī)r芯破碎、巖芯側(cè)壁見溶蝕現(xiàn)象，從孔深約80.0 m開始至終孔均聽見孔內(nèi)有跌水聲。從孔內(nèi)投入示蹤劑，從KS6流出，證實(shí)與KS6連通。

第三層灌漿平硐開挖時(shí)，樁號(hào)1+395處揭露該管道系統(tǒng)，主通道位于該層平硐底板以下，并通過示蹤試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，從交叉口向山體側(cè)進(jìn)入管道內(nèi)調(diào)查，管道為水平狀延伸，“管道”高約3.5 m，寬約1 m，底部有水流，水從山體側(cè)向平硐方向流，兩側(cè)及頂部巖體整體穩(wěn)定性較好，底部為軟塑狀黃色粘土及少量頂部掉落的塊石，洞壁有約2 cm厚的黃色粘土殘留，管道可見的底板低于第三層灌漿平硐底板高程約2 m。

綜合前期勘察及平硐開挖資料，該系統(tǒng)與上層灌漿平硐ZPD1遠(yuǎn)端及ZPD2樁號(hào)1+373處揭露的大型溶洞連通，且位于地下水位以下，屬深部巖溶[2]。通過初步計(jì)算及分析，該巖溶管道系統(tǒng)地下水補(bǔ)給面積為2.23 km2，平均水力比降2.6%，雨季最大排水量約1 m3/s。

2.2 KS4巖溶管道系統(tǒng)

該系統(tǒng)位于雞場背斜北西翼，出口主要為庫區(qū)巖溶泉點(diǎn)KS4（高程1195.3 m），流量0~30 L/s，屬季節(jié)性巖溶泉；其補(bǔ)給區(qū)主要為上壩洼地及周圍坡地，補(bǔ)給面積約0.75 km2。補(bǔ)給區(qū)地下水以巖溶泉形式向三岔河排泄，排泄口除KS4泉點(diǎn)外，還有KS3、KS1泉點(diǎn)，地下水沿巖溶管道、裂隙向西穿過T1yn2的巖層，從中厚層灰?guī)rT1yn3中發(fā)育的巖溶泉KS4流出；向西南方向逕流從T1yn2－2巖層中發(fā)育的KS3泉水流出；同時(shí)從下游T1yn1巖層中發(fā)育的躲兵洞KS1巖溶泉流出。

灌漿平硐開挖時(shí)，該巖溶系統(tǒng)穿越ZPD4末端通風(fēng)斜井口與ZPD3交匯揭露的溶洞，該處溶洞呈水平向延伸，發(fā)育于T1yn3地層灰?guī)r中，主要沿層面發(fā)育而成，平面上分為南東支及東支兩個(gè)分支溶洞，南東支主要由N45°E/NW∠85°的裂隙面發(fā)育而成，延伸長約80 m，溶洞寬約4 m，高1.5 m~3 m；東支主要沿層面發(fā)育而成，延伸長約150 m，溶洞寬3 m~5 m，高1.5 m~3 m，與灌漿平洞開挖方向呈大角度相交，洞底為黃色粘土充填，枯水期底部粘土干裂。垂向分為上、下兩層，上層特征即前述溶洞發(fā)育特征；下層以溶蝕寬縫為主，寬0.3 m~0.5 m，高1 m~2 m，多被洞頂崩塌堆積。

該系統(tǒng)從第三層灌漿平硐（ZPD3）底板下部約3m處垂直穿越，溶洞發(fā)育形狀極不規(guī)則，管道高大于3.0m，寬1.5m~2m，下部塊石，枯季管道水水能通過，枯期觀測到的出水量約5 L/s~6 L/s，上部為粘土夾塊石，汛期下層水來不及排泄的管道水，從粘土夾塊石中冒出。

3 帷幕與巖溶管道交叉部位巖溶處理時(shí)機(jī)選擇

由前文可知，KS4巖溶管道系統(tǒng)與KS1巖溶管道形成的地下低鄰谷連通，KS6可能與低鄰谷相連，平寨水庫蓄水后，庫水沿該兩個(gè)巖溶管道系統(tǒng)返灌至KS1巖溶系統(tǒng)中，形成庫水滲漏，因此，必須采用防滲帷幕將其兩個(gè)管道截?cái)?，保障庫水不滲漏，同時(shí)不影響將原巖溶管道系統(tǒng)水的排泄。

兩個(gè)巖溶管道系統(tǒng)在ZPD3交叉處體現(xiàn)為溶洞，溶洞規(guī)模較大，周邊巖體破碎嚴(yán)重，并有多個(gè)分支管道系統(tǒng)與之連接，與水庫正常蓄水位1331 m形成高約90 m水頭，因此，設(shè)計(jì)采用導(dǎo)流洞堵頭的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，即對交叉部位管道系統(tǒng)清理干凈，用混凝土形成足夠長的堵頭，然后從第三層對堵頭進(jìn)行加密灌漿。

設(shè)計(jì)方案確定后，需要選擇施工最佳時(shí)機(jī)，選擇的關(guān)鍵在于巖溶管道封堵與附近灌漿孔施工的時(shí)間先后問題。①先封堵，存在的問題是：堵頭形成后，幕后巖溶管道水可能形成高水頭壓力，影響巖溶管道附近灌漿孔施工質(zhì)量，甚至把周圍分支管道可能擊穿，形成新的管道系統(tǒng)，帶來更大的處理難度；若幕后管道水從灌漿平硐中排出，特別是雨季水量較大，會(huì)影響廊道內(nèi)的灌漿施工；②后封堵，存在的問題是：巖溶管道周圍灌漿孔施工時(shí)，可能漏至該巖溶管道系統(tǒng)內(nèi)，造成大量漿液浪費(fèi)，會(huì)后期巖溶管道清理帶來較大難度，造成清理不徹底，形成處理缺陷，最終導(dǎo)致庫水滲漏問題。

通過參建各方充分討論，并結(jié)合平洞開挖揭露的地質(zhì)條件綜合分析后確定，預(yù)留巖溶管道兩側(cè)各20 m范圍內(nèi)的灌漿孔暫時(shí)不施工，待其他部位灌漿結(jié)束后，選擇在枯季，巖溶管道水量變小時(shí)，先采用鋼管將巖溶管道內(nèi)的水引至第三層灌漿平硐內(nèi)，再對帷幕與巖溶管道交叉部位的溶洞進(jìn)行清理，巖溶管道清理范圍為平硐底板正下方及兩側(cè)3 m~5 m，待清理干凈后，澆筑自密實(shí)混凝土，對清理范圍溶洞頂部可能形成獨(dú)立囊狀空間的部位，從ZPD3中打排氣孔，并灌入混凝土，直至密實(shí)，再對回填混凝土及兩側(cè)預(yù)留灌漿孔進(jìn)行灌漿。本方案即為后封堵。

4 結(jié)論及及建議

目前，平寨水庫水位上升至1318 m左右，距正常蓄水位高程僅差10余m，庫水位相對于巖溶管道與帷幕交叉部位高差約120 m，KS6、KS4封堵處未出現(xiàn)任何滲漏異常,帷幕運(yùn)行效果良好。

在封堵巖溶管道之前的灌漿過程中，應(yīng)該注意巖溶管道周圍灌漿孔單孔耗漿量，來判斷是否與巖溶管道連通，當(dāng)耗漿量過大，確認(rèn)為連通時(shí)，可采用膏狀漿液[3]或加速凝劑灌注，控制漿液的擴(kuò)散范圍。當(dāng)然，巖溶發(fā)育形狀千奇百態(tài)，洞內(nèi)充填與否或充填成分對灌漿處理都有較大的影響，巖溶與帷幕的相互關(guān)系，對處理方案也很重要，需綜合巖溶、水文地質(zhì)條件及施工條件而定。

［1］袁代江，武興，劉子金等.黔中水利樞紐一期工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R]. 2009.

［2］歐陽孝.巖溶地質(zhì)[M].中國水利水電出版社，2013.

［3］SL62-2014,水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國水利部.

Timing Selection of Karst Pipeline Treatment on Left Bank of Qianzhong Water Conservancy Project

Wu Xingliang，Liu Zijin，Zhang Lei
（Guizhou provincial water resources and hydropower surveyand design institute,Guiyang550002,Guizhou）

The water source Pingzhai reservoir is located in Sanjiahe River on the south bank of the Wujiang River.The dam area is a horizontal valley,and several groundwater karst piping systems are developed horizontally.The pipeline system is large in size,and three of them are separated from the left bank Curtain cross,cross the use of concrete block.Due to the large amount of anti-seepage curtain on the left bank,the time of grouting is long and needs to go through many season.In order to ensure the safety of the pipeline system and the safety of the curtain operation,it is very important to consider the timing of the pipeline system.Pay attention to the order in which the surrounding grouting holes are implemented.The pipeline system is used as the drainage channel,and the grouting hole on both sides of the pipeline is implemented first.The dry season is selected toblock the pipeline system,and the curtain operation is effective.

Anti-seepage curtain；karst pipeline system；blockingtreatment and the optimumtime

TV697.3

B

1673-9000（2017）03-0019-03

2017-02-14

武興亮（1978-），男，貴州江口人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘察工作。