三峡工程蓄水后茅坪溪泄水洞水库下压段渗水及稳定性分析

吴世泽，李茂华，房艳国

(长江三峡勘测研究院有限公司(武汉)，湖北武汉 430074)

三峡工程蓄水后茅坪溪泄水洞水库下压段渗水及稳定性分析

吴世泽，李茂华，房艳国

(长江三峡勘测研究院有限公司(武汉)，湖北武汉 430074)

自2003年三峡水库蓄水以来，茅坪溪防护工程泄水洞水库下压段渗水问题、洞室稳定性问题备受业主、勘测设计等单位的重视，经多次对茅坪溪防护工程泄水洞水库下压段渗水点进行观测，通过动态预测分析，三峡水库蓄水后，在不同的工况条件下运行，渗水点渗水量具有蓄水后不但没有增大，反而随着蓄水时间的推移，渗水量有逐渐减小的特征，验证了前期勘测成果的正确性，也为结晶岩渗漏问题、洞室稳定研究提供了翔实的资料。

渗水特征;茅坪溪泄水洞;水库下压段;三峡工程

1 工程概述

茅坪溪泄水洞横穿长江与茅坪溪之间的河间地块，将茅坪溪水引流到三峡大坝下游。泄水工程总长3 200 m;由进水口明渠、泄水洞、箱涵、出水口明渠(含消力池)四部分组成。其中，泄水洞全长1 481 m。水库下压段在大包山脊北坡中下部、松柏坪—大岭山脊之间低洼地段下方通过，此段地表高程166～169 m，较三峡水库正常水位175 m低6～9 m，全长235 m，洞底高程为90.0 ～87.7 m，洞顶高程101 ～98.7 m。

泄水建筑物于1994年竣工运行，至今已有18余年，在三峡水库蓄水各个阶段运行正常，特别是经历了2008年特大洪水的检验。

2 基本地质条件

茅坪溪泄水洞隧洞水库下压段桩号0+417.5～0+652.5，全长235 m。水库下压段地表高程166～169 m，低于三峡水库正常水位6～9 m，岩性以花岗岩为主(图1)，局部有闪长岩，发育少量花岗岩和伟晶岩脉，一般与围岩呈突变紧密接触。裂隙性断层较发育，与轴线呈大锐角相交，各断层近平行展布，构造岩宽一般0.1 ～0.3 m，最宽为 f118，总宽2.2 m，性状较好。岩体风化全强风化厚度一般10～14 m，弱风化带上、下部岩体厚度分别为4～8 m、17～30 m，水库下压段以微风化岩体为主，洞顶微风化岩体顶板高程一般为130～135 m，高于隧洞顶板23～33 m，岩体结构以块状为主，大部分洞段微风化和新鲜岩体最小厚度＞20 m。

岩(土)体透水性不均一，人工填筑风化砂夹块石抽水试验 K 值为17.8 ～55.4 m/d［1］;基岩渗透性与岩体风化程度和结构面发育情况有关，本段勘探试验成果表明:微风化岩体 ω＜0.01 L/min·m·m 为主，占76%，洞顶板以上ω ＜0.01 L/min·m·m，岩体厚度一般＞30 m，对减小库水入渗十分有利。

3 前期勘测结论及施工处理措施

3.1 前期勘测结论

泄水隧洞水库下压段大多为Ⅰ、Ⅱ类围岩，洞周渗透压力水头为1～17 m，按不作防渗处理计算，洞周渗透水头增加约1～17 m，对围岩稳定影响不大。压力水头增加较大处一般为洞底，断层分布部位渗水压力水头增加值大于非断层部位增加值。

泄水隧洞水库下压段渗流量大小与断层的渗透性以及洞周岩石松弛区的厚度及渗透性关系密切。在考虑洞内防渗处理时，如降低洞周围岩的渗透性，计算渗流量可随之成倍减小，但渗透压力水头增加较大，断层在底板出露处，渗透压力水头最大可达58～67.5 m。采用垂直防渗方案，对减小库水入渗流量效果相对较差。

泄水隧洞水库下压段不作防渗处理时，对泄水洞正常运行影响不大。为确保洞室围岩稳定，建议局部地段进行洞内灌浆处理，并增设随机锚杆与排水措施。

图1 泄水洞下压段工程地质剖面图Fig.1 Engineering geology section of underpart of Xieshuidong Reservoir

3.2 施工处理措施

泄水隧洞水库下压段地表低洼地段，已被三期工程开挖的弃碴和地下电站开挖的石碴填平，使原来茅坪溪防护大坝的副坝和泄水洞水库下压段变为一片平地，填筑体地面高程为186 m左右，洞轴线至现水库岸边宽350余米，即原水库下压段现已不存在了，全为人工填筑风化砂和块石。

泄水隧洞水库下压段洞内与其它段一样，左右两侧布有检修便道，宽80 cm，枯水季节露出水面高30 cm左右，便道上部为高1.5 m、厚度25 cm左右的砼防冲墙，全洞段喷200#砼，厚度为8 cm，局部随机砂浆锚杆加固，在洞顶断层宽度＞1 m的周边4 m范围内，采用固结灌浆处理，岩体完整性好的部位随机布设排水孔。

4 下压段渗水特征

4.1 洞内渗水测量

泄水洞于1994年竣工并通水，至今已运行18年了，蓄水经历了2003年围堰挡水发电蓄水至135 m，2006年蓄水至156 m，2008年11月20日蓄水至172 m，直至2013年蓄水至175 m，长江三峡勘测研究院对洞内水库下压段渗水量进行多次观测，其结果见图2。

由图2可以看出，洞内渗水在水位上升到172～175 m后，渗水流量不但没有增加，反而比低水位135～156 m时呈下降趋势;三峡水库未蓄水时测得的流量为3.5 L/min，蓄水到 135 ～ 156 m 时，渗水量在3.5 ～ 3.0 L/min，2008年后渗水量减少较快，由原来3.5 L/min迅速降到3.08 L/min，到2011年三峡水库水位172 m左右时，测得流量为2.4 L/min。洞内调查发现:线状滴水面积减小了许多，洞室总体渗水有所减少。原来普遍线状滴水有4段，现在只有2处为零星滴水，原为零星滴水处，现在变为洞壁不连续的湿润状。渗水量也相应减少了，用容积法基本上无流量可测(表1)。

水库下压段没有发现新增加的大水量渗出点。洞顶和左右洞壁多数为长条状湿润，很少听到原有的洞顶滴水声，左、右侧防冲砼墙上钙华已干涸，并有一定的强度;人行道上滴水形成的小圆坑，直径3～5 cm，深2～3 cm，现在洞顶已有部分停止滴水，坑内填充有洪水期的砂和碎石。

表1 蓄水前后水库下压段洞内渗水特征统计对比表Table 1 The contrast of water seepage features inside holes of the underpart before and after the impoundment of the reservoir

由图2和表1可知，洞内渗水与三峡水库蓄水变化无明显的关系，渗水量和渗水点减少对洞室围岩的稳定有利。经对全洞室进行详细观察、计算和分析，洞室稳定性良好，无渗漏破坏、无塌方和局部掉块的现象。

图2 三峡水库水位与茅坪溪泄水洞水库下压段观测渗水流量变化曲线图Fig.2 The curve showing the water level of the Three Gorges reservoir and change of water seepage flow of underpart of Xieshuidong Reservoir in Maopingxi

4.2 渗水量减少原因分析

对全洞室渗水点进行了详细观察和下压段渗水量测量，每年测量渗水量的时间是枯水季节(11、12月)，正是三峡水库水位上升、水头增加的时期，观测资料表明，原水库下压段的渗水量与水库水位上升水头增加没有明显的对应关系，而是随时间的推移逐渐变小;总体情况是渗水点比原来少，渗水量也相应减小，分析其原因主要有如下几点:①原水库下压段没有直接埋于水库之下，人工堆积的风化砂、块石既宽又厚，在几年的自重沉降后已有一定的密实度，库水不能直接垂直入渗，侧向渗入路径延长;②原水库下压段洞顶微新岩体厚度达20余米，其岩体内发育的断层规模较小，裂隙延伸长度、宽度有限，加之洞内沿断层破碎带进行了固结灌浆和随机锚杆处理，阻止了入渗水流携带的细颗粒物质随水流而带走，为下渗水中携带的细颗粒在固结灌浆的上部形成铺垫奠定了物质基础［2］。

5 结论

经对全洞室渗水点、渗水量的调查，测量原水库下压段数据的分析，得出如下几点认识:

(1)在11月份和12月份枯水季节观测，泄水洞内渗水点总体趋势是较原来有所减少，渗水量也相应减小，三峡水库蓄水后，多次进洞调查未发现洞内有成片和大面积渗水现象，原下压段渗水量与三峡水库水位上升和下降关系不明显，并有随时间的推移而减小的趋势。

(2)茅坪溪泄水洞原水库下压段，现在填筑风化砂形成的水库岸坡距泄水洞轴线＞350 m，地表平地高程在186 m左右，即原水库下压段变为陆地了，原垂直下渗的库水现已不存在了。

(3)蓄水9年来，多次观测三峡水库蓄水至145 m、156 m、172 m、175 m原下压段及附近洞段渗水情况，观测资料表明，洞内渗水无增大现象，其渗水与三峡水库蓄水压力增大没有明显关系。

(4)茅坪溪泄水洞在三峡水库蓄水135 m至2013年初175 m期间，宏观观察原水库下压段泄水洞运行正常，与勘测期间分析计算的结果一致。

［1］ 舒华波，等.三峡水库蓄水运行期茅坪溪防护大坝渗漏分析［J］.水利技术监督，2007(1):42－43.

［2］ 吴世泽.结晶岩防渗帷幕参数设计与实践［J］.水利规划与设计，2005(3):75－78.

(责任编辑:于继红)

Analysis on the Underpart Water Penetration and Stability of the Xieshuidong Reservoir in Maopingxi after Impoundment of the Three Gorges Project

WU Shize，LI Maohua，FANG Yanguo
(Three Gorges Geotechnical Consultants Co.，Ltd，Wuhan，Hubei430074)

Since the Three Gorges reservoir impounding in 2003，the underpart water penetration and cavern stability problems of Xieshuidong Reservoir in Maopingxi have been paid much attention by owners，surveying and designing companies，so the leakage points of the underpart were observed many times.Through the dynamic prediction and analysis，it was found that the leakage quantity of points did not increase when the reservoir operated in different conditions after the impoundment of the Three Gorges reservoir，instead the quantity decrease gradually with the storage time.It is proved that early investigation results are correct，which provides informative data for the prevention of water penetration in crystalline rock and cavern stability.

seepage characteristics;Xieshuidong Reservoir of Maopingxi;the underpart of Xieshuidong Reservoir;Three Gorges Project

TV698.2+33

B

1671－1211(2013)06－0773－03

2013－06－19;改回日期:2013－06－25

吴世泽 (1957－)，男，高级工程师，岩土工程专业，从事水利水电工程地质勘测、地震地质、水库诱发地震等工作。E－mail:532356733@qq.com