平寨水庫KS6系統發育特征及對左岸帷幕影響分析

劉子金，袁代江，武興亮，潘長貴

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州貴陽 550002)

1 概述

建設中的平寨水庫位于貴州西部三岔河中游六枝與織金交界的峽谷河段，壩址布置于平寨—木底下寨之間的峽谷河段，水庫正常蓄水位1 331.0 m，總庫容10.89億m3，混凝土面板堆石壩最大壩高157.5 m。

庫首區主要出露地層為三疊系下統永寧鎮組(T1yn)碳酸鹽，屬次純—純碳酸鹽巖類，巖溶發育，大型洼地、落水洞、豎井發育。根據巖性特征、出露厚度百分比，對其巖溶層組的巖性特點、出露面積、構造條件和巖溶發育程度進行分區，屬于巖溶發育中等—強烈區。前期勘察證實，在T1yn1、T1yn3灰巖內發育有多條大型巖溶管道系統，與水庫成庫建壩條件有關的主要有6條巖溶管道系統。本文擬就其中的KS6巖溶管道系統發育特征及對左岸防滲帷幕的影響進行分析。

2 地質概況

2.1 地形地貌

工程區屬構造侵蝕低中山峽谷地貌。分析區地形受構造影響，大致沿三塘向斜呈北東向展布，北東高，南西低。北東部馬家屯一帶山頂高程1 519～1 555 m，西南部壩址河床一帶高程1 185～1 190 m，相對高差334～365 m，地形起伏大。壩址東北部約2 km為油菜沖洼地，洼地底部高程1 305 m，其發育油菜沖—羅家大洞—躲兵洞巖溶暗河系統，躲兵洞泉口高程1 187 m。

2.2 地層巖性

壩址出露地層自下游至上游依次為壩區出露地層較全，與庫壩區有關的地層主要為三疊系關嶺組(T2g)、永寧鎮組(T1yn)、夜郎組(T1y)，主要巖性為灰巖、泥質灰巖、白云巖、泥質白云巖等碳酸鹽巖間夾條帶狀砂巖、泥頁巖及煤等碎屑巖。在地層結構上，壩區不同性質、不同厚度的巖層交互出現，巖層呈典型的多層狀結構。

2.3 地質構造

工程區附近主要發育NW向和NE向2組構造線。前者以納雍河(加戛)背斜及其北西側的水公河向斜、南西側的百興向斜為代表，主要為隔擋式褶皺;后者以三塘向斜、雞場(后寨)背斜為代表，主要為短軸式褶皺。NE向斷裂切斷了NW向構造線，故NW向構造形成時期早于NE向構造。平寨水庫壩址附近主要斷裂是NE向織金區域性壓扭性斷層，它的SW端進入庫區，地表見伴生的F3斷層。帷幕線附近NE向三塘向斜橫跨NW向納雍河背斜，被跨越的納雍河背斜軸部平面形態有變化，壩址上游附近的三岔河左岸三塘向斜核部地層產狀起伏變化明顯。

2.4 巖溶水文地質

壩址可溶巖組的巖溶發育程度、規模以及分布等，均與各自的地質環境和水動力條件密切相關。巖溶發育特征由一系列的巖溶谷地、洼地、溶溝槽、漏斗、落水洞、溶洞及暗河組成，常成串、成片出露，且聯通性較好，具明顯的呈層性和繼承發育特征，并形成多個高高程部位相互關聯、低高程部位又相對獨立的巖溶系統。

庫首區地下水主要為巖溶水，呈構造體系間的強巖溶巖組層狀水文地質結構。巖溶地下水靠大氣降水補給，以巖溶洼地、漏斗、落水洞及巖溶斷裂等為其滲入補給通道，以巖溶泉的形式向三岔河排泄。

經對庫首區近120 km2進行統計，永寧鎮組一段(T1yn1)共揭露泉水點18個，三段(T1yn3)共揭露泉水點20個，不同流量分級的暗河6條。其中斜穿左岸防滲帷幕線的KS6巖溶系統即為其中較大的相對獨立的巖溶系統之一(圖1)。

圖1 壩址區主要巖溶系統分布Fig.1 Schematic diagram of plane distribution of KS6 karst system in damsite area

3 發育特征

3.1 形態特征

該巖溶管道系統位于三塘向斜的東南翼，與三塘向斜呈大致平行，在三岔河岸坡呈NEE向沿木底河沖溝發育。該系統發育地層主要為T1yn3灰巖，下伏T1yn2的泥質灰巖、泥巖夾灰巖互層。平面位置處于馬家屯斜坡 ZKC43號鉆孔—壩址上游 KS6一帶。ZKC43孔口高程 1 454.44 m，于孔深 180.4(高程1 274.04 m)～180.7 m(高程1 273.74 m)揭露該管道系統。左岸ZPD3灌漿廊道開挖過程中，于樁號K1+395 m處揭露管道系統，為不規則廊道(照片1)，高約2～3 m，局部高達5 m;寬度一般＜2 m，局部寬3～4 m。KS6系統在ZKC43號鉆孔底板高程為1 273.74 m，至ZPD3灌漿廊道處底板高程約1 236 m，至KS6泉口高程約1 227 m。ZKC43-ZPD3灌洞間管道平均坡降達4%;ZPD3-KS6泉口間管道平均坡降達1%。

照片1 廊道狀巖溶管道Photo 1 Karst conduits shaped like a corridor

3.2 充填情況

左岸帷幕線ZPD3灌漿廊道附近，溶洞底部有水流，洞室整體穩定性好，洞底為軟塑狀黃色粘土，局部見溶塌堆積的大塊石，塊體尺寸1～2 m，厚度局部可達2 m以上。局部洞壁有厚約2 cm的黃色粘土殘留，分析為溶洞暗河排水不暢、溶洞集水，洪水期暗河水攜帶的泥砂沉積于洞周形成。

3.3 地下水分布

ZPD3灌漿廊道揭露的KS6巖溶系統管道長年有地下水流，前期平洞開挖及灌漿施工污廢水排入暗河后均從KS6泉口流出，后期由于灌漿施工廢棄漿液堵塞等影響，KS6泉口未見水流出，說明ZPD3平洞揭露的巖溶管道為KS6巖溶系統主干管道。據觀測，洪水期KS6泉口巖溶泉流量可達100 L/s，枯水期流量僅3 L/s左右。在ZPD3灌漿廊道揭穿系統主管道后，洪水期地下水經由灌漿廊道揭露的暗河天窗上涌進入ZPD3，經由ZZD2施工支洞排入三岔河。枯水期地下水清澈，汛期多渾濁。

3.4 分支系統發育情況

KS6巖溶系統管道，分支系統主要有:①ZPD1樁號K0+264 m豎井溶洞;②ZPD1樁號K0+654 m溶洞;③ZPD2樁號K1+048m豎井溶洞;④ZPD2樁號K1+373 m溶洞;⑤ZPD3樁號1+320 m溶洞(圖2)。各分支系統發育特征分述如下:

圖2 KS6巖溶管道系統及分支系統位置示意圖Fig.2 The planar distribution about KS6 karst system and it’s subsystem

(1)ZPD1樁號K0+264 m豎井溶洞:ZPD1灌漿廊道K0+260 m樁號溶洞發育于F3斷層下盤、靠近斷層影響帶。溶洞整體沿T1yn3地層走向N80°E方向的裂隙發育而成。灌漿廊道頂板處溶洞上小下大，呈不規則橢圓形，長軸長約1.5 m，短軸長約0.6 m，平洞頂板以上可見高度約10 m;在平洞底板處溶洞口近似呈圓形，直徑1.8～2.0 m，推測平洞底板以下溶洞延伸至ZPD2層灌漿廊道樁號K1+426 m附近，并與ZPD2灌漿廊道樁號K1+426 m附近溶洞相通。溶洞壁局部見黃色粘土充填，未見河流沖積或外源堆積物。

(2)ZPD1樁號K0+654m溶洞:該溶洞為灌漿鉆孔施工揭露出來，經連通試驗證實與KS6系統相通。ZⅠ691、693 分別于孔深 34.8 ～35.5 m、34.8 ～35.5 m發生掉鉆。ZPD1平洞內灌漿孔ZⅠ701、705、709分別在孔深27～33 m、13～18 m、10～15 m有吸風現象。施工后期，于ZPD3灌漿廊道封堵后，上述吸風現象停止，上述吸風現象說明附近灌漿鉆孔揭露的溶洞與KS6主干管道相通。

(3)ZPD2樁號K1+048 m豎井溶洞:該溶洞發育于平洞背水側側壁，發育地層為T1yn3，為一豎井狀溶洞，洞口平面似圓形，直徑約1.8 m，平洞上部延伸已通至地表，下部深度＞50 m(至ZPD3層以下)。溶洞在前期開挖過程中被施工方用洞渣回填。

(4)ZPD2樁號K1+373 m溶洞:溶洞頂部入口位于ZPD2灌漿廊道左壁與左邊墻，入口呈不規則多邊形，長約5.4 m，寬約4 m。溶洞下穿ZPD2灌漿廊道后向南東方向延伸長約61 m，與防滲帷幕線小角度斜交，末端為豎井狀落水洞，洞底見黃色粘土充填。估算洞穴空腔體積約0.3萬m3。放工中曾采用C15混凝土回填一部分，在隨后調查ZPD3樁號K1+395 m水平溶洞的過程中，ZPD3樁號K1+395 m水平溶洞壁可見到回填混凝土砂漿，說明該溶洞與ZPD3樁號K1+395 m水平溶洞已連通。

(5)ZPD3樁號1+320 m溶洞:溶洞位于ZPD3樁號K1+320 m左邊墻，呈水平向延伸，靠灌漿廊道部分主要沿NE向裂隙面發育而成，轉彎后主要沿沿層面發育。平面延伸長約50 m，末端為消水洞，已被粘土充填。溶洞高2～3 m，寬約1～3 m，洞底多為黃色粘土充填。

4 對左岸防滲帷幕的影響

4.1 對水庫滲漏影響分析

壩址東北部約2 km為油菜沖洼地，洼地底部高程1 305 m，洼地底部發育油菜沖—羅家大洞—躲兵洞巖溶暗河系統，躲兵洞泉口高程1 187 m。KS6巖溶系統泉口位于壩址上游約600 m，泉口高程1 227 m，建設中的平寨水庫正常蓄水位1 331.0 m，水庫蓄水后，庫水沿左岸KS4(+)、KS6地下暗河系統倒灌至油菜沖洼地一帶而產生向壩址下游躲兵洞KS1暗河系統的管道型滲漏問題。滲漏范圍寬約1.8 km，滲透距離0.6～1.5 km。具有滲漏范圍寬、滲距短、管道型集中滲漏量大的特點。

4.2 對左岸防滲帷幕的影響分析

從水庫防滲帷幕與KS6巖溶系統管道的關系分析，左岸防滲帷幕須徹底切斷KS6管道系統與東部油菜沖—羅家大洞—躲兵洞巖溶暗河系統之間的水力聯系，避免庫水產生向躲兵洞巖溶暗河系統的滲漏問題。

從KS6分支系統發育情況看，分支系統①ZPD1樁號K0+264 m豎井溶洞，②ZPD1樁號K0+654 m溶洞，③ZPD2樁號K1+048 m豎井溶洞，④ZPD2樁號K1+373 m溶洞，⑤ZPD3樁號1+320 m溶洞各子系統底部高程均低于平寨水庫正常蓄水位1 331.0 m，且各子系統均位于左岸防滲帷幕線上，是左岸防滲帷幕灌漿處理的重點部位。灌漿施工過程中必須加強處理，并對施工質量加強檢測。

從KS6地下水出露特征看，洪水期KS6泉口流量可達100 L/s，枯水期流量3 L/s左右。在左岸防滲帷幕徹底切斷KS6管道系統后，結合幕后排水處理，可考慮將KS6管道系統來水進行引排，通過設置在暗河堵頭部位的鋼管將管道水引排至ZPD3灌漿廊道，沿灌漿廊道排至大壩下游。

5 結語

在高山峽谷的巖溶地區建設水庫工程，巖溶滲漏問題是水庫滲漏的主要問題，滲控處理是工程建設的重要工程地質問題之一。

平寨水庫在前期工作過程中，基本查明了KS6巖溶系統的發育和分布規律及空間分布的總體特征，為庫首防滲處理提供了重要地質依據;施工開挖期，隨著灌漿廊道開挖，進一步揭露到一些新的地質現象，總體上印證了前期勘察成果，但鑒于前期勘察深度和手段的局限性，加之巖溶管道的分布及地下水滲流條件極其復雜，在施工期結合施工開挖，并通過輔以必要的探測手段進一步深入研究，以查明其與防滲帷幕的關系及帷幕可能帶來的不利影響，為更好地指導防滲帷幕的施工、幕后排水措施的選擇具有重要意義。

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