平寨水库KS6系统发育特征及对左岸帷幕影响分析

刘子金，袁代江，武兴亮，潘长贵

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳 550002)

1 概述

建设中的平寨水库位于贵州西部三岔河中游六枝与织金交界的峡谷河段，坝址布置于平寨—木底下寨之间的峡谷河段，水库正常蓄水位1 331.0 m，总库容10.89亿m3，混凝土面板堆石坝最大坝高157.5 m。

库首区主要出露地层为三叠系下统永宁镇组(T1yn)碳酸盐，属次纯—纯碳酸盐岩类，岩溶发育，大型洼地、落水洞、竖井发育。根据岩性特征、出露厚度百分比，对其岩溶层组的岩性特点、出露面积、构造条件和岩溶发育程度进行分区，属于岩溶发育中等—强烈区。前期勘察证实，在T1yn1、T1yn3灰岩内发育有多条大型岩溶管道系统，与水库成库建坝条件有关的主要有6条岩溶管道系统。本文拟就其中的KS6岩溶管道系统发育特征及对左岸防渗帷幕的影响进行分析。

2 地质概况

2.1 地形地貌

工程区属构造侵蚀低中山峡谷地貌。分析区地形受构造影响，大致沿三塘向斜呈北东向展布，北东高，南西低。北东部马家屯一带山顶高程1 519～1 555 m，西南部坝址河床一带高程1 185～1 190 m，相对高差334～365 m，地形起伏大。坝址东北部约2 km为油菜冲洼地，洼地底部高程1 305 m，其发育油菜冲—罗家大洞—躲兵洞岩溶暗河系统，躲兵洞泉口高程1 187 m。

2.2 地层岩性

坝址出露地层自下游至上游依次为坝区出露地层较全，与库坝区有关的地层主要为三叠系关岭组(T2g)、永宁镇组(T1yn)、夜郎组(T1y)，主要岩性为灰岩、泥质灰岩、白云岩、泥质白云岩等碳酸盐岩间夹条带状砂岩、泥页岩及煤等碎屑岩。在地层结构上，坝区不同性质、不同厚度的岩层交互出现，岩层呈典型的多层状结构。

2.3 地质构造

工程区附近主要发育NW向和NE向2组构造线。前者以纳雍河(加戛)背斜及其北西侧的水公河向斜、南西侧的百兴向斜为代表，主要为隔挡式褶皱;后者以三塘向斜、鸡场(后寨)背斜为代表，主要为短轴式褶皱。NE向断裂切断了NW向构造线，故NW向构造形成时期早于NE向构造。平寨水库坝址附近主要断裂是NE向织金区域性压扭性断层，它的SW端进入库区，地表见伴生的F3断层。帷幕线附近NE向三塘向斜横跨NW向纳雍河背斜，被跨越的纳雍河背斜轴部平面形态有变化，坝址上游附近的三岔河左岸三塘向斜核部地层产状起伏变化明显。

2.4 岩溶水文地质

坝址可溶岩组的岩溶发育程度、规模以及分布等，均与各自的地质环境和水动力条件密切相关。岩溶发育特征由一系列的岩溶谷地、洼地、溶沟槽、漏斗、落水洞、溶洞及暗河组成，常成串、成片出露，且联通性较好，具明显的呈层性和继承发育特征，并形成多个高高程部位相互关联、低高程部位又相对独立的岩溶系统。

库首区地下水主要为岩溶水，呈构造体系间的强岩溶岩组层状水文地质结构。岩溶地下水靠大气降水补给，以岩溶洼地、漏斗、落水洞及岩溶断裂等为其渗入补给通道，以岩溶泉的形式向三岔河排泄。

经对库首区近120 km2进行统计，永宁镇组一段(T1yn1)共揭露泉水点18个，三段(T1yn3)共揭露泉水点20个，不同流量分级的暗河6条。其中斜穿左岸防渗帷幕线的KS6岩溶系统即为其中较大的相对独立的岩溶系统之一(图1)。

图1 坝址区主要岩溶系统分布Fig.1 Schematic diagram of plane distribution of KS6 karst system in damsite area

3 发育特征

3.1 形态特征

该岩溶管道系统位于三塘向斜的东南翼，与三塘向斜呈大致平行，在三岔河岸坡呈NEE向沿木底河冲沟发育。该系统发育地层主要为T1yn3灰岩，下伏T1yn2的泥质灰岩、泥岩夹灰岩互层。平面位置处于马家屯斜坡 ZKC43号钻孔—坝址上游 KS6一带。ZKC43孔口高程 1 454.44 m，于孔深 180.4(高程1 274.04 m)～180.7 m(高程1 273.74 m)揭露该管道系统。左岸ZPD3灌浆廊道开挖过程中，于桩号K1+395 m处揭露管道系统，为不规则廊道(照片1)，高约2～3 m，局部高达5 m;宽度一般＜2 m，局部宽3～4 m。KS6系统在ZKC43号钻孔底板高程为1 273.74 m，至ZPD3灌浆廊道处底板高程约1 236 m，至KS6泉口高程约1 227 m。ZKC43-ZPD3灌洞间管道平均坡降达4%;ZPD3-KS6泉口间管道平均坡降达1%。

照片1 廊道状岩溶管道Photo 1 Karst conduits shaped like a corridor

3.2 充填情况

左岸帷幕线ZPD3灌浆廊道附近，溶洞底部有水流，洞室整体稳定性好，洞底为软塑状黄色粘土，局部见溶塌堆积的大块石，块体尺寸1～2 m，厚度局部可达2 m以上。局部洞壁有厚约2 cm的黄色粘土残留，分析为溶洞暗河排水不畅、溶洞集水，洪水期暗河水携带的泥砂沉积于洞周形成。

3.3 地下水分布

ZPD3灌浆廊道揭露的KS6岩溶系统管道长年有地下水流，前期平洞开挖及灌浆施工污废水排入暗河后均从KS6泉口流出，后期由于灌浆施工废弃浆液堵塞等影响，KS6泉口未见水流出，说明ZPD3平洞揭露的岩溶管道为KS6岩溶系统主干管道。据观测，洪水期KS6泉口岩溶泉流量可达100 L/s，枯水期流量仅3 L/s左右。在ZPD3灌浆廊道揭穿系统主管道后，洪水期地下水经由灌浆廊道揭露的暗河天窗上涌进入ZPD3，经由ZZD2施工支洞排入三岔河。枯水期地下水清澈，汛期多浑浊。

3.4 分支系统发育情况

KS6岩溶系统管道，分支系统主要有:①ZPD1桩号K0+264 m竖井溶洞;②ZPD1桩号K0+654 m溶洞;③ZPD2桩号K1+048m竖井溶洞;④ZPD2桩号K1+373 m溶洞;⑤ZPD3桩号1+320 m溶洞(图2)。各分支系统发育特征分述如下:

图2 KS6岩溶管道系统及分支系统位置示意图Fig.2 The planar distribution about KS6 karst system and it’s subsystem

(1)ZPD1桩号K0+264 m竖井溶洞:ZPD1灌浆廊道K0+260 m桩号溶洞发育于F3断层下盘、靠近断层影响带。溶洞整体沿T1yn3地层走向N80°E方向的裂隙发育而成。灌浆廊道顶板处溶洞上小下大，呈不规则椭圆形，长轴长约1.5 m，短轴长约0.6 m，平洞顶板以上可见高度约10 m;在平洞底板处溶洞口近似呈圆形，直径1.8～2.0 m，推测平洞底板以下溶洞延伸至ZPD2层灌浆廊道桩号K1+426 m附近，并与ZPD2灌浆廊道桩号K1+426 m附近溶洞相通。溶洞壁局部见黄色粘土充填，未见河流冲积或外源堆积物。

(2)ZPD1桩号K0+654m溶洞:该溶洞为灌浆钻孔施工揭露出来，经连通试验证实与KS6系统相通。ZⅠ691、693 分别于孔深 34.8 ～35.5 m、34.8 ～35.5 m发生掉钻。ZPD1平洞内灌浆孔ZⅠ701、705、709分别在孔深27～33 m、13～18 m、10～15 m有吸风现象。施工后期，于ZPD3灌浆廊道封堵后，上述吸风现象停止，上述吸风现象说明附近灌浆钻孔揭露的溶洞与KS6主干管道相通。

(3)ZPD2桩号K1+048 m竖井溶洞:该溶洞发育于平洞背水侧侧壁，发育地层为T1yn3，为一竖井状溶洞，洞口平面似圆形，直径约1.8 m，平洞上部延伸已通至地表，下部深度＞50 m(至ZPD3层以下)。溶洞在前期开挖过程中被施工方用洞渣回填。

(4)ZPD2桩号K1+373 m溶洞:溶洞顶部入口位于ZPD2灌浆廊道左壁与左边墙，入口呈不规则多边形，长约5.4 m，宽约4 m。溶洞下穿ZPD2灌浆廊道后向南东方向延伸长约61 m，与防渗帷幕线小角度斜交，末端为竖井状落水洞，洞底见黄色粘土充填。估算洞穴空腔体积约0.3万m3。放工中曾采用C15混凝土回填一部分，在随后调查ZPD3桩号K1+395 m水平溶洞的过程中，ZPD3桩号K1+395 m水平溶洞壁可见到回填混凝土砂浆，说明该溶洞与ZPD3桩号K1+395 m水平溶洞已连通。

(5)ZPD3桩号1+320 m溶洞:溶洞位于ZPD3桩号K1+320 m左边墙，呈水平向延伸，靠灌浆廊道部分主要沿NE向裂隙面发育而成，转弯后主要沿沿层面发育。平面延伸长约50 m，末端为消水洞，已被粘土充填。溶洞高2～3 m，宽约1～3 m，洞底多为黄色粘土充填。

4 对左岸防渗帷幕的影响

4.1 对水库渗漏影响分析

坝址东北部约2 km为油菜冲洼地，洼地底部高程1 305 m，洼地底部发育油菜冲—罗家大洞—躲兵洞岩溶暗河系统，躲兵洞泉口高程1 187 m。KS6岩溶系统泉口位于坝址上游约600 m，泉口高程1 227 m，建设中的平寨水库正常蓄水位1 331.0 m，水库蓄水后，库水沿左岸KS4(+)、KS6地下暗河系统倒灌至油菜冲洼地一带而产生向坝址下游躲兵洞KS1暗河系统的管道型渗漏问题。渗漏范围宽约1.8 km，渗透距离0.6～1.5 km。具有渗漏范围宽、渗距短、管道型集中渗漏量大的特点。

4.2 对左岸防渗帷幕的影响分析

从水库防渗帷幕与KS6岩溶系统管道的关系分析，左岸防渗帷幕须彻底切断KS6管道系统与东部油菜冲—罗家大洞—躲兵洞岩溶暗河系统之间的水力联系，避免库水产生向躲兵洞岩溶暗河系统的渗漏问题。

从KS6分支系统发育情况看，分支系统①ZPD1桩号K0+264 m竖井溶洞，②ZPD1桩号K0+654 m溶洞，③ZPD2桩号K1+048 m竖井溶洞，④ZPD2桩号K1+373 m溶洞，⑤ZPD3桩号1+320 m溶洞各子系统底部高程均低于平寨水库正常蓄水位1 331.0 m，且各子系统均位于左岸防渗帷幕线上，是左岸防渗帷幕灌浆处理的重点部位。灌浆施工过程中必须加强处理，并对施工质量加强检测。

从KS6地下水出露特征看，洪水期KS6泉口流量可达100 L/s，枯水期流量3 L/s左右。在左岸防渗帷幕彻底切断KS6管道系统后，结合幕后排水处理，可考虑将KS6管道系统来水进行引排，通过设置在暗河堵头部位的钢管将管道水引排至ZPD3灌浆廊道，沿灌浆廊道排至大坝下游。

5 结语

在高山峡谷的岩溶地区建设水库工程，岩溶渗漏问题是水库渗漏的主要问题，渗控处理是工程建设的重要工程地质问题之一。

平寨水库在前期工作过程中，基本查明了KS6岩溶系统的发育和分布规律及空间分布的总体特征，为库首防渗处理提供了重要地质依据;施工开挖期，随着灌浆廊道开挖，进一步揭露到一些新的地质现象，总体上印证了前期勘察成果，但鉴于前期勘察深度和手段的局限性，加之岩溶管道的分布及地下水渗流条件极其复杂，在施工期结合施工开挖，并通过辅以必要的探测手段进一步深入研究，以查明其与防渗帷幕的关系及帷幕可能带来的不利影响，为更好地指导防渗帷幕的施工、幕后排水措施的选择具有重要意义。

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