重庆市隘口水库右岸溶洞群的处理思路与工程措施探讨

郭维祥 屈昌华 昝廷东

（中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院 贵阳 550081）

1 概况

隘口水库位于重庆秀山土家族苗族自治县隘口镇上游1.5km的平江河上，水库设计正常蓄水位544.45m，总库容3580m3。大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，设计最大坝高86.2m，总灌溉面积为1.34万hm2，是一座以灌溉、防洪为主并兼顾供水、发电等综合效益的中型水利工程。

2 主要地质条件简述

（1）地层岩性：坝址区主要为寒武系上统（∈3）与奥陶系下统（O1）地层，以灰岩、白云岩为主，局部夹页岩。与右岸溶洞群有关的地层为寒武系后坝组（∈3h）与毛田组（∈3m），岩性主要为厚层白云岩及灰岩、白云质灰岩与白云岩互层。

（2）地质构造。岩层走向N50～80°E/NW 28∠～35°。由于坝址区地质构造位于钟灵复式背斜与平阳盖向斜交接部位，地层受构造运动破坏大，结构面发育，与右岸溶洞群相关的断层主要有F2、f4、F13等。

（3）水文地质条件。坝址地下水位高于河水位，为地下水补给河水，其中右岸地下水主要为上沱、坑沱、王家坟洼地的地表水、地下水补给平江河（地下水运动方向是由东向西补给的）。地下水类型主要为河床砂卵石孔隙水及基岩岩溶水（岩溶水又分为暗河及岩溶泉水）。右岸溶洞群所处岩体的透水率（q）以大于50Lu为主。

3 右岸溶洞群的主要发育特征及对工程的影响

隘口水库右岸喀斯特发育，前期勘察揭示，右坝肩∈3m层溶洞直线率3.74%～13.99%；∈3h层溶洞直线率为 1.2%～61.42%；平均溶洞直线率12.7%，其中紧接右坝肩的王家坟洼地（古河床），岩溶强烈发育，高程 520m以上溶洞直线率达70%以上。施工揭露的溶洞或溶洞群主要有K4、Y-K 5、Y-K 6、K8、K 9 等（见图 1）。

右岸溶洞群发育方向受结构面控制，以顺结构面（如断层面、地层层面）发育为主要特征，如右岸K5溶洞的发育方向主要受控于f4断层，主要溶洞段顺f4断层发育，方向与断层倾向基本一致，f4为与地层产状相近的缓倾角断层错动带（溶蚀强烈），厚度大于10m。

右岸溶洞或溶洞群既影响水库防渗，也影响坝肩变形稳定。主要溶洞或溶洞群对工程的影响简述如下：

（1）K 4溶洞。溶洞近右坝肩发育，对坝肩稳定有一定影响。溶洞跨越防渗线，且发育高程低于水库正常蓄水位，影响防渗帷幕的形成及帷幕在使用期间的稳定。

（2）Y-K 5溶洞群。发育部位距右岸坝肩70～120m，溶洞与右坝肩之间岩体喀斯特发育，溶洞体积达数万 m3，对坝肩稳定有一定影响。由于K 5溶洞穿跨右岸上、中、下三层灌浆平洞及引水隧洞等地下洞室，存在地下洞室稳定问题，并将增加施工难度；K 5溶洞顶部为王家坟洼地，区间喀斯特发育，施工中发生喀斯特塌陷与涌水（雨季）的可能性较大，影响王家坟洼地底部岩体的稳定，危及施工安全；由于K 5溶洞群位于右岸防渗帷幕线上并斜穿帷幕线，严重影响水库右岸防渗，是整个防渗工作的重点。

（3）Y-K 6溶洞。从右坝肩发育至坝基以下（图 1中的剖面示意图），对右坝肩稳定及水库防渗都有较大影响。

（4）K 9溶洞。溶洞处于王家坟洼地底部，且横穿右岸防渗帷幕线，对王家坟洼地底板稳定、灌浆平洞稳定及防渗帷幕施工质量等影响较大。

图1 右岸溶洞群平面及剖面示意图

4 右岸溶洞群的处理思路与工程措施

4.1 溶洞处理的基本原则与方法

溶洞处理应在查明溶洞分布、规模、充填等边界条件后，根据工程目的有针对性地采用多种方法综合处理，以“有效处理”(即在达到效果的前提下兼顾经济) 达到工程目的为原则。

对于以水库防渗为工程目的的溶洞处理，可采用 “堵（填）”与“截”等工程措施，其中“堵（或填）”就是指封堵溶洞或管道产生的渗漏，通过在其适当部位（如进口部位等）设置堵体（填筑体），将溶洞或管道封堵（或回填）起来，根据工程需要，可部分封堵或全部封堵；“截”就是指在溶洞内部岩体完整且比较狭窄处设置截水墙，或设置防渗墙（有充填物的溶洞）进行防渗封堵。

对于以提高地基承载力和岩体完整性为工程目的的溶洞处理，可采用“填”、“灌”、“桩”、“开挖置换”等工程措施，或组合工程措施。

4.2 右岸溶洞群的处理思路与工程措施

4.2.1 溶洞群处理总的思路

（1）利用各种勘察手段（如钻探、物探、洞探等）尽量查明溶洞或溶洞群的分布、规模等边界条件，并通过理论计算，分析、了解溶洞对水工建筑物的影响程度。

（2）根据溶洞出露位置对水工建筑物的影响程度确定处理范围。

（3）根据溶洞处理后达到的工程目的，选用有针对性的处理方法或措施，并采用多种方法进行技术经济对比优化，选取最优方法实施。也可借鉴其它类似工程的成功经验，可取得“事半功倍”的效果。

（4）实施过程中应根据工程需要安排观测与检测工作，如变形观测、渗流观测等。

（5）溶洞处理结束后应选用有针对性的检查方法，如检查溶洞是否回填密实时，可采用电磁波CT及声波CT方法检查。

4.2.2 溶洞群处理的工程措施

根据隘口水库右岸工程地质条件、溶洞发育的边界条件，以及处理后要达到的工程目的等，对右岸溶洞或溶洞群采取有针对性的工程处理措施，并在处理前安装变形观测仪器对右坝肩进行变形观测，以确保工程安全。

（1）Y-K6溶洞群。由于Y-K6溶洞群发育在右坝肩，并从右坝肩顶部断续贯穿至坝基以下，并从上游至下游切割整个右岸坝肩（见图1中的平面示意图）。稳定计算表明，K6溶洞群对右坝肩稳定及防渗都有较大影响，是右岸溶洞群处理的重点之一。根据 K6溶洞群的发育情况分别在不同的高程区间采取了以下不同的工程措施：

高程 485.5m以下，主要采取了钢管桩、自密实细石混凝土或自密实砂浆回填与水泥灌浆补强相结合的工程措施；高程485.5m至518m，主要采取局部开挖并回填自密实混凝土与深孔固结灌浆（孔深大于15m）相结合的工程措施；高程518m以上至坝顶（高程544.45m），利用坝顶平台采用钻孔自密实混凝土、自密实砂浆回填与水泥灌浆补强相结合的工程措施。

采用钻孔取芯检查与物探CT检查相结合进行处理质量检查。

（2）K 9溶洞。由于K 9溶洞与防渗工程密切相关，需要进行处理。根据K 9溶洞的发育情况（见图 1中的示意剖面），主要采取了以下工程措施：

为保证右岸上层平洞底高程（549.2m）洞身永久稳定、安全，对洞身采用钢支护与混凝土支护相结合的工程措施。

对于右岸上层平洞底板高程以下与防渗线有关的的空腔部分采用混凝土防渗墙（厚1.0m，墙体地基为完整基岩）进行处理，其余部位采用堆石回填或全部采用堆石混凝土回填溶洞空腔，并结合防渗帷幕线上的水泥灌浆孔对充填物部分进行灌浆处理。

（3）K 4溶洞。由于K 4溶洞对右坝肩稳定及防渗都有一定影响，且溶洞体积相对较小，采取自密实混凝土回填与水泥灌浆相结合的工程措施。

（4）Y-K 5溶洞群。Y-K 5溶洞群是右岸规模最大的一个溶洞群，发育在本区喀斯特最发育的寒武系上统毛田组及后坝组灰岩及白云岩地层中，并沿f4断层发育。经现场实测，Y-K 5溶洞群为一半充填型溶洞群系统，高程487m以上无充填或少量充填，并呈多枝管道状，体积约5万m3；高程487m以下充填部分黏土、砂为主，夹卵砾石、溶蚀塌陷岩块、碎石等，厚 23.4～36.6m。Y-K 5溶洞揭露总高差107.91m，溶洞高3～24m，溶洞边界在平面上最大投影面积约2420m2，计算出溶洞总体积约为11.2万m3。

根据地质资料分析，K5溶洞上部与地表K27（坑坨洼地）、王家坟洼地连通，下部上游与Kw12溶洞连通，并向下游地表的 Kw51溶洞泉排泄，是隘口水库防渗工程的关键部位，处理成功与否关系到水库能否正常蓄水与发挥效益。针对Y-K 5溶洞群发育的实际情况，宜对有充填、无充填部分及溶洞底板高程以下部分采用以下不同的工程措施进行处理：

方案 1（坝式防渗墙方案）。对于溶洞充填物部分（高程487～451m）可采用2种工程措施处理：①对于Y-K 5溶洞充填物(高程487m以下)，沿防渗帷幕线设置一道混凝土防渗墙，墙厚1.0～1.5m。在施工前，应沿防渗线布置补充勘探钻孔，查明充填物厚度及溶洞底板深度或高程。防渗墙可采用以下成墙方法：液压洗槽机法、机械或液压抓斗法，以及其高（摆）喷法、射水法、冲击反循环钻机法等。②由于溶洞充填物主要为黏土或黏土夹砂，其渗透系数小（10-7cm/s）且厚度大，能满足防渗要求，因此，可采用一般水泥灌浆（挤密灌浆）等工程措施。

对于溶洞空腔部分的处理可结合溶洞充填物的工程措施处理，溶洞空腔按规模大小及与防渗范围的关系采用工程措施主要包括：①高程487～518m（4#支洞与防渗线交汇处的“溶洞大厅”）将下部的防渗墙升高至溶洞大厅顶板（人工），并考虑与中层平洞帷幕的搭接问题，为保证防渗墙的稳定性，在其上、下游侧回填块、碎石或级配料等（坝式防渗墙），施工时应综合考虑回填料的施工及结合下层灌浆平洞洞挖优化等问题；②由于Y-K5溶洞斜穿防渗线，为防止库水渗漏，对防渗线上507m高程以上的空腔（管道）进行混凝土封堵，厚度以本区三排钻孔灌浆帷幕厚度控制（5.0～6.0m）；③518m 高程以上的溶洞空腔由于不在防渗范围内可部分回填自密石混凝土或不进行回填处理。

对于溶洞底板以下可采用高压灌浆处理措施至设计帷幕底线。

方案2（桥上墙方案）。①K5溶洞充填物（487～451m高程）及以下地层采用的处理方法基本上同方案1，但水泥灌浆孔应从原来的2排孔增加为4排灌浆孔进行挤密灌浆，增加的2排水泥灌浆孔应深入基岩 10m；②溶洞充填物以上原则上按方案1中的方法处理，但要沿帷幕线增加混凝土基础以横跨越溶洞充填物，宽度按2.5m，长度70m，厚度按2.0m考虑。

方案3（局部改线方案）。由于 Y-K5溶洞正位于右岸防渗线上，并在中、下层灌浆平洞出露，可采用局部调整防渗线，将 Y-K 5溶洞“包在库内”（见图2）。由于该方案防渗线修改段无勘探孔控制，且处于岩溶发育区，遇到溶洞的可能性较大，存在一定的地质风险。

图2 Y-K5溶洞段灌浆平洞轴线调整示意图

方案4（钢筋混凝土板方案）。K①5溶洞充填物（487m～451m高程）及以下地层采用的处理方法基本上同方案1。②用C25钢筋混凝土板沿出露的溶洞空腔壁进行封闭（至518m高程），将溶洞充填物顶面（487m高程）平整并铺垫碎石后浇筑钢筋混凝土（厚 1m）与溶洞壁钢筋混凝土板连接成一个整体，以利于中层平洞帷幕的搭接、不回填487～518m高程的溶洞空腔，518m高程以上的处理同方案1。为确保混凝土板的稳定，应进行锚固处理并进行回填灌浆处理。

通过以上方案对比，并邀请国内专家咨询，最终选用了溶洞内坝式防渗墙方案。

5 结束语

喀斯特溶洞群处理技术复杂，只有在查明溶洞或溶洞群所处的地质条件、溶洞边界条件（规模、发育方向、充填物性质等）并分析溶洞对水工建筑物的影响程度、确定处理范围后，才能制定出符合工程实际的工程措施，保证工程安全。

1 重庆市秀山县隘口水库基础防渗处理工程现场技术咨询中间工作报告[R].中国水电工程顾问集团贵阳勘测设计研究院. 2011.

2 邹成杰.水利水电岩溶工程地质[M].北京：水利电力出版社,1994.

3 重庆市秀山县隘口水库右岸溶洞处理专题设计报告[R].重庆市水利电力建筑勘测设计研究院.2010.

4 重庆市秀山县隘口水库右岸 Y-K5溶洞处理现场咨询报告（意见）[R]. 中国水电工程顾问集团贵阳勘测设计研究院.2010.

5 重庆市秀山县隘口水库右岸 Y-K6溶洞处理现场咨询报告（意见）[R]. 中国水电工程顾问集团贵阳勘测设计研究院.2010.