不同地質結構的地下洞室巖溶滲涌水特點及控制措施探討

吳述彧

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司 貴州 貴陽 550081）

貴州碳酸鹽巖地層分布面積達73%[1]，許多水電站的地下廠房不可避免的需建在可溶巖地層中，該類工程主要的工程地質問題之一就是巖溶滲水、涌水。但由于受不同的地質結構的影響，巖溶水文地質特點和控制措施存在較大的差異。本文在已建或在建的一些水電工程的實踐上，對上述問題進行了初步分析，希望對巖溶地區地下洞室的工程建設有一定的借鑒作用。

1 影響巖溶水文地質特點的地質結構分類

對于河谷岸坡地帶，影響巖溶水文地質特點的地質結構主要有隔水層和巖層。

1.1 隔水層對巖溶水文地質的影響

對于洞室而言，上覆隔水層最為有利，其可大大減小巖溶水的補給范圍，降低圍巖的巖溶發育程度，減少巖溶地下水滲、涌水量。如烏江索風營水電站，地下廠房區頂拱以上有T1y3泥頁巖覆蓋，地表水難以下滲到地下廠房所在的T1y2灰巖中，巖溶發育相對較弱，僅發育k11縫狀巖溶管道，枯期涌水量小于20L/s，汛期涌水量 ＜200L/s[2]。

無隔水層的地段，由于可形成大范圍的補給區域，巖溶較為復雜，地下水流量大。如烏江思林水電站，地下廠房在山體內側和頂部均無隔水層，廠房區域內不僅有發育豎直向的K29落水洞系統，還有水平向的S64、SJ2巖溶管道等，汛期流量可達1000L/s以上。

隔水層錯斷的地段，由于隔水層的不完整，存在構造缺口，使原本相對獨立的巖溶水文地質單元在局部地段有水力聯系，地下水補給來源加大，巖溶復雜程度和地下水流量介于前述兩種情況之間。

1.2 巖層對巖溶水文地質的影響

（1）根據巖層走向與河谷關系分為橫向谷、斜向谷、縱向谷等。

橫向谷，層面走向垂直河流走向，有利于地下水由坡岸向河床運移，沿層發育的巖溶垂直河流，地下洞室滲涌水以內側山體的巖溶水和河水（庫水）倒灌為主。

縱向谷，巖層與河流平行。由于巖層一般多有泥質或炭質膜雜質，正常條件下不利于地下水由兩岸向河床運移。云南黃泥河魯布革水電站，作為縱向谷，造成地下廠房涌水的巖溶管道主要與F230、F313、f3等斷層有關，同時也存在比河床低的順河向巖溶管道向下游排泄，岸坡地下水低于河水位20m以上[5]。

斜向谷，巖溶管道可能沿層面與河流斜交，也可能沿垂直或平行河流的其它結構面發育，巖溶滲涌水特點較為復雜，需視情況分析。

（2）根據巖層傾角分為緩傾、中傾、陡傾等。

緩傾巖層，巖溶含水巖組在高差上呈層狀分布，當上部有隔水層覆蓋時，不利于水流的垂直運動，隔水層以下的可溶巖組地下水來源遠但流量較小，巖溶一般較弱，并以水平向為主。沿緩傾層面發育的水平巖溶將加大庫水、河水倒灌的范圍和可能性，需要特別注意。

陡傾巖層，巖溶含水巖組在平面上呈帶狀分布，有利于水流垂直運動，在地表易形成落水洞和槽谷，在地下易形成豎向通道。地下洞室頂拱的巖溶滲、涌水是需要特別予以關注的問題。

中等傾角巖層，情況較復雜，即可能存在其它區域的地表水通過落水洞和斜向巖溶下滲到地下洞室內，也可能因隔水層斜向覆蓋于地下洞室之上而減少頂拱的滲、涌水量，需要具體分析。

相關地質結構分類如表1所列。

2 不同巖溶水文地質結構的滲控措施

為了將地下洞室的地下水滲、涌水量控制在一定范圍和一定流量以內，保證地下洞室的運行，一般需采取“堵排結合”的控制措施，包括防滲帷幕、水平鋪蓋、排水孔幕、排水洞等。但對于不同的地質結構，由于滲、涌水特點不同，其布置原則也有所不同。

2.1 排水系統的設置原則

為減水地下廠房的滲涌水量，一般需圍繞洞室設置多層環狀排水廊道，并在排水廊道內設置豎向排水孔。對于發育有垂直巖溶的陡傾角巖層，宜在廠房頂拱地表增設截、排水水溝，減少地表水的入滲，同時在上層排水廊道內設置交叉斜排水孔幕和中軸廊道，將下滲的巖溶水引排。

表1 影響河谷岸坡巖溶水文地質特點的地質結構分類[6]

圖1 不同河谷類型重點防滲部位示意圖

對于發育有水平向巖溶的緩傾巖層，宜在靠近山體一側排水廊道的外圍，針對大流量的水平向巖溶管道加排水孔洞，將巖溶水引排，以減小巖溶水涌水量和水壓力。

2.2 防滲帷幕的布置原則

周邊有隔水層的洞室，平面上可利用隔水層作為一側或多側的防滲邊界，將防滲帷幕與隔水層搭接，以增加防滲可靠度并減少防滲工程量。

橫向谷，山體內側的地下水和外側的河水倒灌是防范重點，宜在洞室內外側設置垂向防滲帷幕。縱向谷，以上游的庫水、下游的河水倒灌為重點，宜在上、下游設置防滲帷幕，如圖1所示。

3 工程實例

思林水電站，是烏江干流第八梯級電站，巖層產狀N35°～42°E/NW∠70°，橫向谷。

地下廠房位于右岸山體內，緊臨大壩，距河岸約100m，地表為一較寬緩的巖溶臺地。其巖溶水文與地質結構的特點是，一是由于為橫向谷，各巖溶含水巖組受隔水層間阻，垂直河流呈帶狀分布，地下廠房位于T1y2灰巖、白云巖強巖溶含水巖層中，發育有垂直河流的水平向為主的S64及Sj2巖溶管道，管道長，補給源范圍大，涌水量較大（施工期最大流量均達200L/s以上）；二是由于巖層陡傾，地下廠房地表發于有一順層的溝谷和K29落水洞，該溝槽平時干涸，大雨時匯聚谷坡地表水注入落水洞，地下廠房處于K29落水洞巖溶影響之下；三是K29鉛直向巖溶與S64及Sj2水平向巖溶相互切割、串通，在地下廠房區形成復雜的網狀巖溶系統。

圖2 思林水電站地下廠房防滲及排水系統平面示圖

圖3 思林水電站地下廠房防滲及排水系統剖面示圖

根據上述巖溶水文地質特點，思林地下廠房洞室滲、涌水主要來源有三處，一是地表水沿K29落水洞從頂拱灌入廠房，二是S64、Sj2巖溶水從內側進入廠區附近，通過巖溶管道或NW向陡傾溶蝕裂隙涌入廠房，三是河水通過S64及Sj2河岸出口倒灌廠房。

根據思林地質結構及滲、涌水來源，如圖2、圖3所示，地下廠房采取的滲控措施主要如下：①地表對K29落水洞進行封堵，并設置截、排水溝，防止地表水直接下滲。②在410m與368m兩高程設置排水廊道，并在上層廊道內設置斜向交叉排水孔對廠頂地下水進行引排。③在兩層排水廊道內環繞廠區進行了豎向防滲帷幕灌漿。④對廠房開挖揭示的溶洞擴挖后進行混凝土回填和灌漿處理。⑤對SJ2進行豎井開挖和設置混凝土墻，將山體內側的溶洞水位抬高，通過上層排水廊道進行引排。⑥于大壩消力池進行固結、回填灌漿處理，封堵河水沿SJ2、S64巖溶管道倒灌廠房的通道。⑦針對進入廠房內少量的滲、涌水設置的抽排系統，利用盲管、集水漏斗、邊溝、管道等將分散水流匯集到集水井進行抽排。

4 結論

不同的地質結構有著不同的巖溶水文地質特點，從而地下洞室的巖溶滲、涌水控制措施也有所不同。隔水層的存在會隔斷相鄰地段的水力聯系，減少巖溶滲、涌水量，地下洞室防滲帷幕宜與隔水層搭接。橫向河谷，順層發育的巖溶垂直河流，地下洞室滲控措施以阻隔內側巖溶水和外側河（庫）水倒灌為主；縱向河谷，在河流裂點附近可形成縱向巖溶管道，滲控措施重點在于防范上、下游的庫水、河水倒灌。結合思林水電站地下廠房防滲及排水系統的布置，闡述不同巖溶水文地質結構的滲流控制措施及排水防滲的原則，對不同地質結構的地下洞室滲流防控有一定的借鑒意義。陜西水利

[1]蘇維詞.貴州喀斯特山區生態環境脆弱性及其生態整治 [J].中國環境科學，2000，(06)：547-551.

[2]吳述彧.索風營水電站水庫巖溶滲漏分析及防滲處理建議[J].貴州水力發電，2002(3)：19-23.

[3]吳述彧.思林水電站壩區巖溶水文地質特點及處理建議 [J].貴州水力發電,，2005,19(1)：20-24.

[4]范開平.彭水水電站地下廠房大型復雜巖溶處理技術[J].人民長江，2011.12.

[5]馬顯光.魯布革水電站地下廠房巖溶防滲處理[J].工程地質學報，2004.12.

[6]彭土標等.水力發電工程地質手冊[M].北京：中國水利水電出版社,2011.