黔中水利樞紐庫首防滲帷幕施工典型地質問題及處理技術淺析

(貴州省水利投資集團有限公司，貴州 貴陽 550022)

1 概 況

1.1 工程概況

貴州黔中水利樞紐工程是國家西部大開發的標志性水利工程之一，水源工程平寨水庫壩址位于貴州三岔河中游的平寨河段。水庫正常蓄水位1331.00m，總庫容10.89億m3，工程等別為Ⅰ等，屬大⑴型水庫。水庫大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1335.00m，最大壩高157m。

1.2 庫首防滲帷幕概況

庫首防滲帷幕由左、右岸防滲帷幕及大壩趾板段帷幕組成。左岸防滲帷幕線平面投影總長2036.55m(其中左岸山體段長1851.00m，左岸趾板段長185.55m)；帷幕下限的最大深度為215m，分成四層灌漿設計，ZⅠ層為上層地面或壩頂高程約為1335m，ZⅡ層高程約為1285m，ZⅢ層高程約為1244m，ZⅣ層即最低層高程約為1201m。河床段及右岸防滲帷幕線平面投影總長1054m(其中右岸段帷幕線長466m，河床及右岸趾板段帷幕線長588m)，帷幕最大深度182m，右岸段分成三層灌漿設計，YⅠ層為右岸上層灌漿平洞高程約為1331.85m，YⅡ層為第二層灌漿平洞高程約為1279m，YⅢ層為第三層灌漿平洞高程約為1224m。

庫首兩岸及壩址分布地層為 T1yn1灰巖、 T1yn2-3、T1yn2-1泥巖，壩址區及右岸T1yn2-3和 T1yn2-1泥巖的連續性較好，隔水性能可靠，是趾板和右岸近壩端防滲帷幕的相對隔水層。左岸T1yn2-3和 T1yn2-1泥巖因下伏 T1yn1灰巖局部巖溶發育引起溶蝕塌陷，局部強巖溶影響到相對隔水層的連續性，且發育有多條巖溶管道，庫首左岸滲漏問題復雜。

設計防滲帷幕灌漿上限為正常蓄水位1331m，下限高程根據先導孔資料進行動態調整，防滲標準為河床壩基及壩肩和兩岸均按透水率不大于3倍的呂榮(q≤3Lu)控制。

2 庫首防滲帷幕施工遇到的典型地質問題

2.1 左岸底層(四層)帷幕充沙溶洞

左岸底層(四層)灌漿平洞即ZPD4，長725m，底板面高程1201m。在平洞開挖施工時，樁號K0+238～K0+296段出現沙層，全長58m，開挖揭露圍巖均由細沙狀充填物組成，部分為流沙，偶夾孤石。

2.2 左岸三層帷幕巖溶管道

左岸三層平洞K0+711開挖時揭露溶洞管道(KS4巖溶管道)，從ZPD3平洞K0+711底板下部約5m深度處穿過，發育于T1yn3地層灰巖中，主要沿層面發育而成，溶洞垂向分上、下兩層，上層可探延伸長約230m，寬3～5m，高1.5～3m，洞底為黃色黏土充填；下層以溶蝕寬縫為主，寬0.3～0.5m，高1～2m，多被洞頂崩塌堆積，不能進行人為探測。枯水期觀測到出水量約為5～6L/s，汛期觀測到出水量約為1～2m3/s。

KS6巖溶管道在ZPD3平洞K1+395處出露，豎向上位于底板下方1～11m范圍。該巖溶系統向帷幕后方延伸，與帷幕軸線交角約60度，穿過帷幕后有一“之”字型拐彎，然后與帷幕距離逐漸增大，可見寬度1～3m。平洞內出露洞口長約5.0m(K1+392～K1+397)、寬3.2m，屬地下暗河，少許泥質充填，向兩側延伸長度均超過150m，長期有水流動，雨季多次出現涌水現象，涌水量高達3.6m3/s。(如圖1、圖2所示)

圖1 K1+395處溶洞發育圖

圖2 K1+395溶洞暗河現狀

2.3 左岸二層帷幕大型溶洞

左岸二層平洞在K1+373處出露溶洞，從遠端及庫內側向近端及庫外發育延伸，與灌漿平洞交角約為14.5°，并從灌漿平洞下部穿過，探明溶洞大廳深度為29m，長軸方向水平長度約52m，局部最大寬度24m，平均寬度7～8m。溶洞底部有一豎井狀小溶洞與ZPD3灌漿平洞K1+395樁號處地下暗河相通(如圖3所示)。溶洞頂部局部有鐘乳石發育，洞壁因覆蓋有薄層鐘乳石而較為光滑完整，洞室整體穩定。

圖3 ZPD2平洞K1+373溶洞剖面圖

2. 4 其他不良地質問題

右岸帷幕灌漿施工中主要出現的地質問題有黃泥夾層、涌水孔、沙層、破碎帶等，黃泥夾層在右岸三層灌漿平洞中均有分布，普遍存在。夾泥層、破碎帶、砂層和溶洞等集中的復雜地質區段主要分布在YPD2層的近壩段(YPD2 K0+000～K0+150段)、YPD3層的導流洞附近(YPD3 K0+100～K0+220段)，相對地質情況較為復雜，夾泥層、破碎帶和溶洞集中出現。表現為鉆孔返水帶土色，鉆孔掉塊卡鉆，鉆具難以起拔；灌漿復灌次數多，單耗較大，在相同的灌漿施工條件下，出現后序孔單耗大于先序孔、后灌排大于先灌排等與分序遞減規律相違背的情況。

3 主要處理技術

根據灌漿平洞開挖、先導孔及灌漿實施過程中揭露的實際情況進行動態設計及施工調整，以帷幕先導孔和物探測試為主要勘探手段，輔以必要的專項勘察，查明帷幕線巖溶形態規模、具體位置及空間分布，對大的巖溶問題提出防滲處理措施及要求。

3.1 左岸四層(底層)帷幕充沙溶洞

為查明該溶洞的發育情況，在溶洞段K0+238～K0+296庫內、庫外側和頂底板，按梅花型布置46個勘探孔，總進尺562m。勘探發現溶洞形態極不規則，沙層最高處高程1214.40m，最深處高程約為1189m；溶洞斷面最大高度約25m，平均高15～20m；最寬24m，平均寬13～15m。溶洞體積約為1.68萬m3，底板以上約為0.63萬m3，底板以下約為1.05萬m3,充填物為細沙土、孤石，屬大型充填型溶洞。

根據溶洞發育情況，最初擬定全部清除沙層回填混凝土方案，在開挖沙層時，上部開挖后形成空腔，存在頂部掉塊或垮塌等安全隱患，結合上部清除充填物后出露的圍巖情況，對溶洞處理方案進行多次論證調整。

最后擬定底板1199.50m高程以上全挖回填、底板1199.50m高程以下澆筑防滲墻的方案。底板1199.50m高程以上將沙層充填物基本清除，C20混凝土回填密實，頂部采用回填灌漿處理；底板1199.50m高程以下部分由沿帷幕軸線的C25防滲墻及其傳力墻組成。如圖4所示。

圖4 充沙溶洞處理方案圖

3.2 左岸三層帷幕巖溶管道

開挖時揭露KS4巖溶管道，帷幕灌漿前進行了清挖和混凝土回填。

根據溶巖管道發育情況，將原帷幕設計單排孔調整為兩排孔、局部調整為三排孔布置，鉆灌施工過程中出現不同程度的失水現象，灌漿待凝次數較多。個別孔如ZⅢ-235-I第三段6.9～11.9m，ZⅢ-237-Ⅱ第二段2.7～6.7m、第三段6.7～11.7m均返水小，判斷遇較大裂隙，先后采取了濃漿、限流、間歇、待凝等措施限制灌注擴散范圍，并進行多次水泥漿復灌。

帷幕孔完成后施工檢查孔，所取巖芯有明顯的水泥結石，檢查不合格局部段補強灌漿后，經檢查達到設計防滲標準。

KS6巖溶管道與左岸三層平洞相交于K1+395樁號，開挖時揭露，帷幕灌漿前進行了清挖和混凝土回填。

該巖溶管道周圍巖體溶蝕支管發育，且此部位承受的幕前幕后水壓均較大，為增強帷幕的防滲性能，將原設計的雙排孔調整為三排孔。灌漿施工過程中發現KS6巖溶管道來水向遠壩端繞流，b排(中間排)9號加密孔及c排(上游排)11號加密孔均在4.2～4.9m出現掉鉆現象，孔內見朝上游方向水流，流速較慢；連通試驗發現水流從壩前基坑的KS4出口及上游100m的另一出口流出。此段原設計灌漿孔及增加的灌漿孔均多次復灌，其中C排11號孔擴孔灌注了6.8m3C20混凝土。

加密灌漿處理后效果明顯，所布置的帷幕檢查孔透水率達到設計標準。

3.3 左岸二層帷幕大型溶洞

溶洞在平洞襯砌時進行了溶洞清挖并采用C10埋石混凝土及C15混凝土回填密實，豎井狀小溶洞頂部及廊道頂拱上部發育溶洞難以采用混凝土回填的部位采用埋管及鉆孔砂漿灌注回填。根據溶洞清挖揭露發育情況，在回填區域進行加排(雙排變三排)、加密(孔距變為1.5m)帷幕的方案進行處理，施工過程遇掉鉆、無回水、大耗段等按相關規范要求處理。

回填區域加密孔部分孔段處理情況見下表。

回填區域加密孔部分孔段處理情況

3.4 其他地質問題的處理措施

一般情況下，在灌漿施工中針對特殊地質情況首先進行增加帷幕排數、加密孔的措施，其次對施工工藝進行調整，如擴孔加砂、低壓起灌、待凝反復灌漿等。對左岸帷幕掉鉆、返黃泥、失水、吸漿量大、長時間不起壓等問題，為形成有效防滲帷幕的封閉，防止漿液遠距離擴散浪費材料，在灌漿過程對部分鉆孔進行擴孔以查明孔內情況的措施；對不起壓無回漿孔段采用砂漿灌注，局部孔段采取在洞內二次加灰拌制特濃漿液灌注，對易劈裂地層內的加密孔適當降低灌漿壓力(不低于1.5MPa)，通過采用上述方法反復處理后，各孔段逐漸起壓、流量減小，最終達到設計標準，防滲帷幕封閉效果較為明顯。對右岸帷幕黃泥夾層、涌水孔、沙層、破碎帶等問題，采用濃漿、限流、間歇、待凝、復灌、孔口沖砂等處理措施。

4 處理效果

左岸帷幕灌漿中各層遇到的特殊地質問題均按照共同研究的方案進行了處理，并經檢查全部合格。右岸帷幕灌漿YPD1平洞施工過程中揭露的10處溶洞、YPD2平洞鉆孔灌漿揭示的5處溶洞、YPD3層鉆孔遇到的7處溶洞均視其具體情況進行了灌漿施工，通過質量檢查，效果較好，達到設計要求。

黔中水利樞紐工程已蓄水至正常蓄水位，蓄水以來，加強了對平洞內帷幕滲漏的巡視，未發現有較大滲漏水情況；對壩后下游河道進行巡視未發現蓄水后新增明顯出水點，原出水點未發現水量較蓄水前有明顯增大，說明帷幕施工質量包括典型地質段的處理是成功的。該處理方法可供其他類似工程借鑒。