江坪河水電站水文地質特點及滲控對策研究

劉惟軼，殷彥高，彭 凱

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

1 壩址區水文地質特點

江坪河水電站壩區喀斯特地層廣布，地層由下游至上游為龍王廟組∈1l1-2粉砂巖、板巖，龍王廟組∈1l2-1厚層條帶狀灰巖，龍王廟組∈1l2-2層泥質、白云質灰巖、白云巖，高臺組∈2g層泥灰巖夾厚層泥質灰巖、少量白云質灰巖，孔王溪組∈2k1-1～∈2k1- 6層薄層泥質、白云質灰巖、中厚層灰巖夾泥灰巖，白云巖，巖層傾向上游偏右岸。

壩址區內可溶巖和非可溶巖相間分布，屬多層含水結構類型，水文地質結構及水動力與可溶巖地層的厚度、產狀、斷層發育程度關系密切。∈1l2-1層為強富水地層，∈1l2-2、∈2g、∈2k1-1、∈2k1-3、∈2k1-5層為強～中等富水地層，∈2k1-2、∈2k1- 4、∈2k1- 6層為弱富水地層，∈1l1-2層為相對隔水層。

1.1 巖溶

壩址區巖溶發育，存在巖溶洞穴37處，泉點25個。巖溶發育具有以下特征：

(1)所有泉點均向溇水排泄，主要的巖溶泉分布在壩址左岸，左岸∈1l2-1厚層灰巖中的斷層F71為典型的巖溶管道滲流，滲徑遠，補給量大，向溇水排泄。

(2)∈1l2-2、∈2g、∈2k1-2、∈2k1- 4等以白云巖、泥質及白云質灰巖為主的地層中順層巖溶發育強烈，表現為順層溶洞、孔洞，屬巖溶裂隙性滲流，一般流量小，規律性差，出露位置分散，右岸比左岸相對發育，且常受相對弱巖溶地層制約。

(3)在∈1l2-1厚層灰巖中，左岸順斷層F71發育巖溶管道系統，順斷層F11發育溶蝕縫。

1.2 地下水系統

地下水系統復雜，主要為巖溶地下水，根據含水層性質及地下水埋藏條件，壩址區地下水分為孔隙-裂隙水、巖溶裂隙地下水、左岸∈1l2-1厚層灰巖F71巖溶管道地下水等3類地下水系統。

(1)兩岸谷坡中下部為∈1l2-2、∈2g層泥灰巖、泥質及白云質灰巖夾灰巖，其上分布有強烈風化的∈2k1-2、∈2k1- 4、∈2k1- 6等部分已風化成白云巖巖粉的地層，這些地層透水性相對較差，具有一定的隔水性能，進而造成∈1l2-2以上地層中存在多層地下水位，層位較高的含水層水位普遍高于層位較低者。巖體中發育斷層或節理裂隙，各層之間受構造破壞，∈1l2-2以上地層地下水以順層流動為主，次為沿切層構造裂隙越流。

圖1 右岸河灣地塊簡要水文地質

(2)厚層灰巖∈1l2-1層無巖溶管道發育時，巖石致密、完整，抗風化能力強，一般為弱～微風化或新鮮巖體，弱～極微透水。無巖溶管道發育時，∈1l2-1厚層灰巖地下水為巖溶裂隙水。在∈1l2-1厚層灰巖中，除左岸順斷層F71發育巖溶管道，該管道地下水為巖溶管道地下水外，其他部位地下水為巖溶裂隙水。

(3)右岸河灣地塊與庫水直接接觸的龍王廟含層由于局部深巖溶裂隙發育，壩址到下游河灣黑洞泉之間存在1條地下水位低槽帶，其地下分水嶺水位低于350 m，庫水可通過該低槽帶向河灣下游黑洞泉排泄。

右岸河灣地塊簡要水文地質見圖1。

1.3 順層風化巖層

大壩趾板基礎存在順層風化巖層。右岸趾板基礎高程383～402 m發育的∈2k1-2層為中厚泥質及白云質灰巖，夾層發育，順層風化嚴重，局部白云巖粉化[1]，為強風化巖體，巖層允許滲透坡降較低，巖體為4.4，軟弱夾層為1.56。右岸趾板基礎附近孔洞建筑物較多，包括泄洪放空洞、豎井、交通洞、灌漿平洞和長排水孔等，空間關系極為復雜，滲透路徑較短，風化和人工活動進一步破壞了巖體的完整性，滲控安全問題突出。

圖2 防滲帷幕路線布置

2 防滲線路總體布置

防滲系統由左岸防滲帷幕、趾板區防滲帷幕及右岸防滲帷幕組成，左、右岸防滲帷幕分別包括310、365、425、476 m高程等4層灌漿平洞。左岸穿發電引水洞后轉向垂直巖層走向方向延伸，右岸穿導流洞、泄洪放空洞后延伸接溢洪道，過溢洪道后向山里延伸。防滲帷幕路線布置見圖2。

3 防滲設計對策

3.1 左岸F71巖溶管道系統封堵設計

左岸F71巖溶管道系統位于392～455 m高程，寬5～10 m，有水流痕跡。F71巖溶管道系統橫穿左岸防滲帷幕，對防滲帷幕封閉性影響較大，其封堵處理對策如下：

(1)410 m高程以上巖溶寬度大于2 m時，根據巖溶形狀，將巖溶壁開挖成上游寬下游窄的楔形斷面，至少應保證上層帷幕線的下游側開挖成上游寬下游窄的楔形，在上下游段開挖鍵槽。

(2)410 m高程以下巖溶變窄，寬度小于2 m時，巖溶充填密實，可不清挖巖溶充填物，但上下游豎井應開挖至巖溶尖滅處；巖溶寬度大于2 m時，應將巖溶充填物清除并將巖面清挖至新鮮面。開挖后，采用微膨脹混凝土C25對巖溶管道進行回填。封堵結構見圖3。

3.2 多層地下水防滲設計

壩基下部∈1l1-2層粉砂巖可作為隔水地層，左岸及河床部位的帷幕接入該層5～10 m后形成封閉帷幕[2]。因巖層傾向上游偏右岸，若利用∈1l1-2粉砂巖作為右岸隔水地層，帷幕線需向下游延伸很長，工程量巨大，且右岸河灣地塊存在1條地下水位低槽帶，山體內存在多層地下水。右岸帷幕路線只能向山里延伸至地下水位高于470 m高程處，再從∈2k層中高于470 m高程地下水位處將防滲線路往上游轉彎，垂直巖層走向方向延伸以封閉∈1l2-1層中厚層灰巖，往南西方向防滲帷幕端點按170 m高程控制延伸至∈1l2與∈2g分層處。因此，右岸防滲只能采用懸掛式帷幕。防滲帷幕展開見圖4。

3.3 右岸趾板基礎順層風化巖層滲控設計

大壩右岸趾板基礎∈2k1-2層順層風化嚴重，允許滲透坡降較低。為滿足趾板基礎穩定要求，對該段趾板結構及基巖進行了加固處理設計：趾板最大寬度19 m，厚2.0 m，表面布置1 500 kN預應力錨索，間排距4.0 m×4.8 m，并進行趾板基礎加強固結灌漿，間排距2 m×2 m，穿過∈2k1-2層深3～5 m。

圖3 封堵結構(單位：mm)

圖4 防滲帷幕展開

為增強該巖層帷幕可靠性及趾板基礎滲透穩定性，增設4道輔助防滲帷幕。其中，主、副帷幕之間設置的防滲帷幕采用化學灌漿，輔助防滲帷幕穿過∈2k1-2層并深入下部∈2k1-1層5～10 m。

4 結 語

江坪河水電站于2019年11月下閘蓄水，庫水位已上升至373 m高程。通過安全監測成果和三維滲流計算成果的對照分析[3]，初步表明滲控系統布置比較合理，防滲帷幕壅高了帷幕上游側水位，延長了繞壩滲流的滲徑，滲漏量得到一定控制。∈2k1-2層整體滲透坡降較小，局部區域滲透坡降大，保證防滲帷幕的施工質量及完整性，對關鍵性的排水孔采取必要的反濾保護，可有效避免地層的滲漏破壞。在此基礎上，工程滲控安全是有保障的。