构皮滩水电站岩溶坝基的渗流监测

唐 玲，王朝晴，段国学

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，武汉 430010）

构皮滩水电站岩溶坝基的渗流监测

唐 玲，王朝晴，段国学

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，武汉 430010）

构皮滩水电站防渗帷幕线上存在复杂的岩溶系统。针对该种岩溶坝址，设计采用了渗压计、测压管和量水堰等组合形式的渗流监测系统，对坝基渗流进行全方位监测。水库蓄水期，坝基渗透压力与库水位呈明显的线性关系，但最大渗透压力增加值仅为库水位上升值的20%左右；水库蓄水完成后，坝基渗透压力与库水位的变化无明显关联。监测成果表明，工程防渗帷幕及岩溶封堵后整体防渗效果明显。监测系统为评价工程安全提供了可靠的科学依据。

岩溶坝基；拱坝；渗流监测设计；仪器布置；监测资料

1 工程地质概况

构皮滩水电站位于乌江干流中游，贵州余庆县境内。大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高230.5 m，水库正常蓄水位630 m，总库容64.65亿m3，装机容量3 000 MW，是贵州省和乌江干流最大的水电电源点、西电东送的骨干工程。该工程坝址区主要出露P1q，P1m，P1w碳酸盐岩［1］，被查明断层77条，断层宽度10～30 cm。规模较大的层间错动带共18条，裂隙多分布在卸荷带及断层附近。地下水在断层、层间错动和裂隙之间频繁交替活动，导致坝址区岩溶强烈发育。其发育有5个主要的岩溶系统，即左岸5＃，7＃岩溶系统，右岸6＃，8＃，W24岩溶系统。其中W24为枢纽区最大的岩溶系统，贯穿整个右岸厂房基础岩体。

针对构皮滩电站这种复杂的大型岩溶坝址，布设了全长1 842.7 m的防渗帷幕线路，并对岩溶区域采取了多种综合技术手段进行处理。为了解整个坝区帷幕的安全，全面监测岩溶区域可能存在的渗流通道以及各溶洞处理效果，设计了一套完整的渗流监测系统。

2 渗流监测设计

由于构皮滩电站坝址区域存在多个岩溶系统，多数岩溶系统均与防渗帷幕线相交。因此，在200 m多高的水头下，全长1 842.7 m的防渗帷幕线路是否能够有效阻截穿越防渗帷幕的渗漏通道、确保大坝和地下厂房安全，是建设各方所关心的主要技术问题。为此，需要科学合理地设计一套完整的渗流监测系统。渗流监测设计思路主要有3点：第一，沿着整个帷幕线，从坝体基础到两岸灌浆平洞由密到疏布设测压管和渗压计［2］，即靠近拱坝坝体及岩溶区域部位测压管布置较密，远离拱坝部位布置渐疏，监测帷幕后的渗透压力随库水位的变化情况；第二，根据溶洞空间分布情况、溶洞处理方式的不同以及溶洞的危害性大小，在溶洞区域各典型部位布设渗压计，监测岩溶系统在防渗处理后是否还有明显的库水渗漏现象，同时检验岩溶系统的处理效果；第三，在帷幕线下游排水平洞内各个排水汇流部位设置量水堰，监测坝基渗漏量的变化。

2.1 帷幕线上的渗压监测设计

构皮滩水电站拱坝在左岸布置了4层灌浆平洞，右岸布置了5层灌浆平洞。为监测整个大坝渗流以及大坝两岸的绕坝渗流。在坝基基础灌浆廊道10＃—18＃坝段的每个坝段上分别布设了1支测压管和1支渗压计。在左岸4层灌浆平洞内共布设了31支测压管和31支渗压计；右岸5层灌浆平洞内共布设了58支测压管和58支渗压计。在大坝上共计布设了98支测压管和98支渗压计，见图1。

2.2 岩溶区域的渗压监测设计

目前，防渗帷幕线上典型岩溶系统包括了K245，K256，K280，K613，K678和W 24低高程主管道等。除5＃岩溶系统，其他各岩溶系统均与构皮滩水电站防渗帷幕线相交。针对这些典型岩溶形成的溶洞，结合这些典型岩溶区域采取的不同处理技术手段。共布设了21支渗压计，见图2。

图1 防渗帷幕处渗压监测仪器布置断面图Fig.1 Cross-section of the layout of osmometers at the impervious curtain

2.3 坝基渗漏量监测设计

构皮滩水电站拱坝坝基的渗漏水自排至大坝基础廊道内的集水井内。两岸灌浆平洞的渗漏水则通过灌浆平洞内的排水沟自排至坝后水垫塘左、右岸边坡上布置的排水洞内。在拱坝坝后水垫塘左、右岸高边坡上分别布设了5层排水洞。为了监测整个大坝渗漏量的变化情况，在大坝及坝后排水洞渗漏水集中区或汇流部位设置了20套量水堰，见图3。

图2 岩溶区域渗压监测仪器平面布置图Fig.2 Plan view of the layout of osmometers in the karst area

图3 监测基础渗漏量的量水堰布置图Fig.3 Layout ofmeasuring weirs for the seepage of arch dam foundation

3 岩溶区域渗压和坝基渗漏量监测数据分析

根据各部位测压管和渗压计埋设时间的不同，本文选取的渗流监测资料最早是从2008年元月开始（未蓄水），中间经历了2009年6月（最高库水位596 m）的首次蓄水、2010年11月（最高库水位620.84 m）和2012年7月（最高库水位624.61 m）的2次高水位。

从大坝渗流监测资料情况看，各部位埋设的测压管水位均在底板之下，孔内水位无异常变化，说明目前大坝帷幕运行总体良好。本文仅重点介绍岩溶区域渗透压力变化和坝后渗漏量变化监测成果分析。这是因为构皮滩水电站坝址区岩溶发育程度及规模超过已建成的像隔河岩、高坝洲和水布垭等大型水利工程，其岩溶区域的防渗处理方法及渗流监测情况较其他工程更具借鉴意义。

3.1 典型岩溶区域渗压监测成果分析［3］

3.1.1 左岸K245和K256溶洞区域

K245和K256溶洞属于7号岩溶系统。K245溶洞内主要填充黄泥，距离左坝肩较近，施工初期曾灌注膏状浆液，效果不佳，后改为水泥浆挤密灌浆并将灌浆平洞溶洞段封堵。K256溶洞内主要填充粉细砂，位置较高，承受的水头低，施工初期采用了高压旋喷墙进行处理，后期又在旋喷墙下游设置了一道塑性混凝土防渗墙。从勘探资料来看，上游是否与库水位连通尚不清楚。为了解该溶洞区域防渗处理效果以及是否有通道与库水发生水力联系，在溶洞区域附近布设有一支测压管和6支渗压计。其典型测点水位变化过程线见图4。

图4 左岸K245、K256溶洞区域典型渗压测点水位变化过程线Fig.4 Variation of water levels at typical osmotic pressure observational points in karst cave areasK245and K256on the left bank

从各测点水位过程线可以看出，该区域测点在经历首次蓄水后，各测点水头都有一个较大的上升并达到峰值。测值较大的2支渗压计编号为P03RD和P04RD。这2支渗压计在首次蓄水后（库水位由440 m上升到596 m）测得的峰值水头分别是44.74 m和42.72 m。该峰值水头滞后于最大库水位。随后几年，经历了2次最高库水位（620.84 m和624.61 m）。二次蓄水后，在库水位上升13.96 m时，测得2测点水头分别上升了4.09 m和3.99 m。其他部位测点水头无明显上扬趋势。大部分测点水头上升幅度在2.0 m以内。在库水位稳定的情况下，测点水头基本保持在一个水平位置上，无较大的升幅变化。

3.1.2 右岸K613和K678溶洞区域

K613，K678溶洞属于W24岩溶系统。K613在右岸高程520 m灌浆平洞桩号K0+613－K0+623部位出露，灌浆平洞从溶洞中间穿过。K678在右岸高程465 m灌浆平洞桩号K0+671－K0+680部位出露，溶洞垂直灌浆平洞侧墙发育。从勘探资料来看，K678溶洞可能与库水或W24岩溶主管道连通，溶洞下游可能与调压室揭露的溶洞相通。为此，对溶洞区域采用了多种防渗处理措施。为了解溶洞区域防渗处理效果以及溶洞之间的连通性，在该溶洞部位附近布设了9支渗压计。其典型测点水位变化过程线见图5。

图5 右岸K613，K678溶洞区域典型渗压测点水位变化过程线Fig.5 Variation of water levels at typical osmotic pressure observational points in karst cave areas K613and K678on the right bank

该区域几支渗压计基本是在水库蓄水后埋设的。从该区域水位变化过程线看，渗透压力基本无明显的增幅变化。

从上面几个典型岩溶区域埋设的渗压计和测压管水位过程线了解到，在首次蓄水之前埋设的渗压计或测压管，有一个共同的特点就是渗透压力变化基本一致。即在经历首次蓄水，库水位上升过程中，大部分测点的渗透压力变化幅值都有一个较大的升幅，在库水稳定在596 m高程后，测点水位达到峰值，渗压计测点水头最大升幅为49.60 m，随后渗压水位稳定在这一水位上。出现这种情况主要是由于大坝帷幕形成后，地下水渗流场得以重新分布［3］，致使各测点水位在首次蓄水后上升幅度较大。对于水库蓄水后埋设的渗压计，其所有测点水位过程线显示渗透压力水位基本没有大的变化，也说明了此时地下水已重新分布到位。在经历2010年11月和2012年7月2次高水位后，各测点水位上升趋势平稳，部分渗压计和测压管测点水头略微有所上升，上升幅度大部分在1～2.0 m左右。再无较大的陡然升幅变化现象出现，说明溶洞处理效果明显。

3.2 坝基渗漏量监测成果

从各部位量水堰监测成果看，大多数量水堰测得的渗漏量变化多与降雨有关，流量没有明显增大趋势。但右岸高程520 m灌浆平洞0+300与0+ 360区间段的排水孔单孔流量在库水位超过590 m后有增大趋势。其最大流量（约195.0 L／min）发生在2012年7月。从图6中量水堰测出的流量变化过程线可看出，区间渗漏量与库水位上升相关性较强。但库水位在570～600 m高水头之间变化时其渗漏量基本稳定在130 L／min附近，没有持续增大的现象出现，渗漏量基本处于正常范围之内。从区间位置桩号来看，该部位位于厂房区的上游帷幕处，距离已探明的W24岩溶溶洞主管道与帷幕相交的部位较远（见K613，K678出露桩号位置），该区间渗漏量变化与右岸W24岩溶系统来水没有必然的相关性。后期对该部位相关测点的水位变化趋势和渗漏量变化还将继续加强观测。

图6 右岸高程520 m灌浆平洞渗漏量变化过程线Fig.6 Variation of seepage from grouting adit at elevation 520 m on the right bank

4 结 语

（1）构皮滩水电站坝址区处于复杂的岩溶区域，渗流监测设计结合拱坝基础防渗帷幕及排水布置特点、溶洞空间分布特征以及溶洞处理措施的不同，采用多种监测手段布置了一套科学合理的全面监测整个大坝坝基渗流变化的监测系统，为大坝基础防渗安全及地下厂房的安全提供了监测数据。

（2）从渗流监测资料来看，坝址区帷幕及帷幕线上经过处理的岩溶区域自2009年初次蓄水至今，已经经历了3年高水头的考验，其中在首次蓄水达到最高库水位时，幕后渗压计测得的最大水头值是49.60 m。二次蓄水时，在库水位升高13.96 m时，幕后渗压计测得的水头最大变化值在4 m以内，大部分幕后测点水头变化值在1～2 m左右。幕后量水堰测得的流量稳定在130.0 L／min左右。各实测趋势过程线走势平缓，没有出现陡然增大现象。可以认为帷幕是稳定安全的，帷幕线上的岩溶处理是成功的。

［1］ 刘加龙，徐年丰，向能武，等.构皮滩电站防渗帷幕线上典型岩溶及处理技术［J］.人民长江，2010，（22）：44－46.（LIU Jia-long，XU Nian-feng，XIANG Neng-wu，et al.Typical Karston Anti-seepage Curtain Line of Goupitan Hydropower Station and Its Treatment Technology［J］.Yangtze River，2010，（22）：44－46.（in Chinese））

［2］ DL／T 5178—2003，混凝土坝安全监测技术规范［S］.（DL／T 5178—2003，Technical Criteria of Concrete Dam Safety Monitoring［S］.（in Chinese））

［3］ 刘 鸣，钟敬全，饶锡保，等.牙塘水库大坝渗流监测分析及安全评价［J］.长江科学院院报，2007，24（2）：30－33.（LIU Ming，ZHONG Jing-quan，RAO Xi-bao，et al.Seepage Monitoring Analysis and Safety Assessment for Yatang Dam［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2007，24（2）：30－33.（in Chinese） ）

（编辑：刘运飞）

Seepage M onitoring for the Karst Dam Foundation of Goupitan Hydropower Station

TANG Ling，WANG Chao-qing，DUAN Guo-xue
（Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China）

Complex karst system was found in the impervious curtain line of Goupitan Hydropower Station.In view of the karst dam site，we designed and adopted a seepage surveillance system including osmometer，piezometer tubes，measuring weirs and other measures to comprehensively monitor the dam foundation.During the reservoir impoundment，the osmotic pressure of dam foundation has an obvious linear relationship with water level，but the maximum increase of osmotic pressure is only about20%of that of reservoir water level.After the impoundment，the seepage pressure of dam foundation has no significant relevancewith the reservoirwater level.Monitoring results show that the overall effect of impervious curtain and karst blocking is obvious.The surveillance system provides a reliable scientific basis for evaluating the project safety.

karst dam foundation；arch dam；design of seepage surveillance；apparatus layout；monitoring data

TV698.2

A

1001－5485（2013）07－0038－04

2012－10－19；

2012－12－10

唐 玲（1963－），女，湖南祁阳人，高级工程师，主要从事水利水电工程安全监测设计工作，（电话）18502778698（电子信箱）tangling9258＠163.com