黔中水利枢纽左岸岩溶管道处理时机选择

武兴亮，刘子金，张磊

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳550002)

黔中水利枢纽左岸岩溶管道处理时机选择

武兴亮，刘子金，张磊

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳550002)

黔中水利枢纽一期工程水源平寨水库位于乌江南源三岔河上，坝区河谷为横向谷，横向发育了多条地下水岩溶管道系统，管道系统规模较大，其中有3条与左岸防渗帷幕交叉，交叉部位采用混凝土封堵。由于左岸防渗帷幕工程量大，灌浆耗时长，需经多个丰枯季节，为保证管道系统处理效果和帷幕运行安全，管道系统处理时机选择很重要，既要考虑丰枯季节影响，又要注意与周围灌浆孔实施的先后顺序。工程将管道系统作为排水通道，先行实施管道两侧灌浆孔，选择枯季对管道系统进行封堵处理，经蓄水验证，帷幕运行效果良好。

防渗帷幕；岩溶管道系统；封堵处理；最佳时机

黔中水利枢纽一期工程是以农业灌溉和贵阳、安顺等城市供水为主的大型水利骨干工程，水源平寨水库坝址处于乌江水系三岔河干流中上游六枝马场与织金鸡场的交界河段，坝型为面板堆石坝，坝高157.5 m，水库正常蓄水位1331 m时，相应库容11.89亿m3[1]。库首区属岩溶山区的峡谷地带，岩性主要为三叠系下统永宁镇组灰岩夹泥岩，岩溶极发育，水库右岸防渗帷幕利用永宁镇组第二段底部厚度约30 m的泥岩相对隔水层作为防渗帷幕的边界，左岸该地层受下部岩溶地层大规模溶洞影响而破坏，无可靠的隔水层依靠，只能采用悬挂式帷幕，帷幕端点接上游三塘向斜岩溶弱发育的高地下水位区，下限总体以稳定地下水位以下30 m为界，局部溶蚀严重部位加深，其左岸防渗帷幕线长1.851 km，下限最深达215 m，灌浆平硐共四层，防渗帷幕钻孔总进尺约17.6万m。

三岔河是区域内最低的排泄基准面，河流两岸山体雄厚，地下水均补给河水，通过前期勘察，近坝区左岸有多条岩溶管道向该河流排泄，防渗帷幕灌浆施工过程中的进一步核实了岩溶管道与左岸帷幕交叉的具体位置，其具有代表性的有KS4、KS6岩溶管道系统。

1 左岸防渗帷幕线路基本地质条件

左岸防渗帷幕沿线地表高程为1335~1500 m，地形坡度25°~45°；沿线单斜构造，岩层倾上游偏右岸，地层岩性主要为永宁镇组（T1yn）薄至中厚层灰岩，中下部夹泥岩、泥灰岩；附近未见大型断裂构造，仅分布鸡场背斜和三塘向斜，左岸帷幕位于两者之间，岩层为倾上游的单斜结构。

从库首两岸出露地层岩性结构看，上层T1yn1和下层T1yn3均为强可溶岩，岩溶发育，中间地层T1yn2为相对隔水层与透水层相间分布，其底部泥页岩、粉砂岩夹泥质灰岩具相对隔水作用。

从图1可以看出，左岸帷幕线穿越的地层地表主要为T1yn3，由于岩层倾上游，剖面上，T1yn1、T1yn2、T1yn3均有分布，前期勘察资料及施工阶段的灌浆平硐开挖、灌浆成果资料均表明，上下两层地层中有溶蚀破碎带、溶洞及岩溶管道系统分布，中间地层主要在上部有岩溶现象。

2 左岸帷幕线附近岩溶管道系统分布及交叉处岩溶发育情况

前期勘察结论中，库首左岸查明有多条岩溶管道发育，与水库渗漏有关的有KS1、KS3、KS4、KS6四条岩溶管道系统，其中，KS1出口发育于坝址下游，形成水库左岸低邻谷，已证实与KS3、KS4两条岩溶管道在上坝洼地处相连。左岸帷幕线与KS3、KS4、KS6三条岩溶管道交叉。在隧洞开挖时，进一步揭露了KS4和KS6两条岩溶管道系统的具体位置，两条系统发育情况见图1。

图1平寨水库库首左岸防渗帷幕与岩溶管道交叉分布图

2.1 KS6岩溶管道系统

KS6岩溶管道系统位于三塘向斜的东南翼，呈NEE向，与三塘向斜大致平行。该系统发育于T1yn3灰岩中，下伏T1yn2的泥质灰岩、泥岩夹灰岩。系统出口位于库区岩溶泉点KS6（高程1222 m），枯季流量2~30 L/s；进口位于马家屯村寨一带，地表为T1yn4白云岩、白云质灰岩弱岩溶岩层，形成NE向山脊，未发现洼地、落水落洞等地表岩溶形态分布。前期勘察过程中，在马家屯斜坡地带布置了ZKC43号钻孔（孔口高程1454.44 m），孔深72.0～125.2 m均有断续小掉钻现象，且岩芯破碎、岩芯侧壁见溶蚀现象，从孔深约80.0 m开始至终孔均听见孔内有跌水声。从孔内投入示踪剂，从KS6流出，证实与KS6连通。

第三层灌浆平硐开挖时，桩号1+395处揭露该管道系统，主通道位于该层平硐底板以下，并通过示踪试验进一步验证，从交叉口向山体侧进入管道内调查，管道为水平状延伸，“管道”高约3.5 m，宽约1 m，底部有水流，水从山体侧向平硐方向流，两侧及顶部岩体整体稳定性较好，底部为软塑状黄色粘土及少量顶部掉落的块石，洞壁有约2 cm厚的黄色粘土残留，管道可见的底板低于第三层灌浆平硐底板高程约2 m。

综合前期勘察及平硐开挖资料，该系统与上层灌浆平硐ZPD1远端及ZPD2桩号1+373处揭露的大型溶洞连通，且位于地下水位以下，属深部岩溶[2]。通过初步计算及分析，该岩溶管道系统地下水补给面积为2.23 km2，平均水力比降2.6%，雨季最大排水量约1 m3/s。

2.2 KS4岩溶管道系统

该系统位于鸡场背斜北西翼，出口主要为库区岩溶泉点KS4（高程1195.3 m），流量0~30 L/s，属季节性岩溶泉；其补给区主要为上坝洼地及周围坡地，补给面积约0.75 km2。补给区地下水以岩溶泉形式向三岔河排泄，排泄口除KS4泉点外，还有KS3、KS1泉点，地下水沿岩溶管道、裂隙向西穿过T1yn2的岩层，从中厚层灰岩T1yn3中发育的岩溶泉KS4流出；向西南方向迳流从T1yn2－2岩层中发育的KS3泉水流出；同时从下游T1yn1岩层中发育的躲兵洞KS1岩溶泉流出。

灌浆平硐开挖时，该岩溶系统穿越ZPD4末端通风斜井口与ZPD3交汇揭露的溶洞，该处溶洞呈水平向延伸，发育于T1yn3地层灰岩中，主要沿层面发育而成，平面上分为南东支及东支两个分支溶洞，南东支主要由N45°E/NW∠85°的裂隙面发育而成，延伸长约80 m，溶洞宽约4 m，高1.5 m~3 m；东支主要沿层面发育而成，延伸长约150 m，溶洞宽3 m~5 m，高1.5 m~3 m，与灌浆平洞开挖方向呈大角度相交，洞底为黄色粘土充填，枯水期底部粘土干裂。垂向分为上、下两层，上层特征即前述溶洞发育特征；下层以溶蚀宽缝为主，宽0.3 m~0.5 m，高1 m~2 m，多被洞顶崩塌堆积。

该系统从第三层灌浆平硐（ZPD3）底板下部约3m处垂直穿越，溶洞发育形状极不规则，管道高大于3.0m，宽1.5m~2m，下部块石，枯季管道水水能通过，枯期观测到的出水量约5 L/s~6 L/s，上部为粘土夹块石，汛期下层水来不及排泄的管道水，从粘土夹块石中冒出。

3 帷幕与岩溶管道交叉部位岩溶处理时机选择

由前文可知，KS4岩溶管道系统与KS1岩溶管道形成的地下低邻谷连通，KS6可能与低邻谷相连，平寨水库蓄水后，库水沿该两个岩溶管道系统返灌至KS1岩溶系统中，形成库水渗漏，因此，必须采用防渗帷幕将其两个管道截断，保障库水不渗漏，同时不影响将原岩溶管道系统水的排泄。

两个岩溶管道系统在ZPD3交叉处体现为溶洞，溶洞规模较大，周边岩体破碎严重，并有多个分支管道系统与之连接，与水库正常蓄水位1331 m形成高约90 m水头，因此，设计采用导流洞堵头的设计理念进行设计，即对交叉部位管道系统清理干净，用混凝土形成足够长的堵头，然后从第三层对堵头进行加密灌浆。

设计方案确定后，需要选择施工最佳时机，选择的关键在于岩溶管道封堵与附近灌浆孔施工的时间先后问题。①先封堵，存在的问题是：堵头形成后，幕后岩溶管道水可能形成高水头压力，影响岩溶管道附近灌浆孔施工质量，甚至把周围分支管道可能击穿，形成新的管道系统，带来更大的处理难度；若幕后管道水从灌浆平硐中排出，特别是雨季水量较大，会影响廊道内的灌浆施工；②后封堵，存在的问题是：岩溶管道周围灌浆孔施工时，可能漏至该岩溶管道系统内，造成大量浆液浪费，会后期岩溶管道清理带来较大难度，造成清理不彻底，形成处理缺陷，最终导致库水渗漏问题。

通过参建各方充分讨论，并结合平洞开挖揭露的地质条件综合分析后确定，预留岩溶管道两侧各20 m范围内的灌浆孔暂时不施工，待其他部位灌浆结束后，选择在枯季，岩溶管道水量变小时，先采用钢管将岩溶管道内的水引至第三层灌浆平硐内，再对帷幕与岩溶管道交叉部位的溶洞进行清理，岩溶管道清理范围为平硐底板正下方及两侧3 m~5 m，待清理干净后，浇筑自密实混凝土，对清理范围溶洞顶部可能形成独立囊状空间的部位，从ZPD3中打排气孔，并灌入混凝土，直至密实，再对回填混凝土及两侧预留灌浆孔进行灌浆。本方案即为后封堵。

4 结论及及建议

目前，平寨水库水位上升至1318 m左右，距正常蓄水位高程仅差10余m，库水位相对于岩溶管道与帷幕交叉部位高差约120 m，KS6、KS4封堵处未出现任何渗漏异常,帷幕运行效果良好。

在封堵岩溶管道之前的灌浆过程中，应该注意岩溶管道周围灌浆孔单孔耗浆量，来判断是否与岩溶管道连通，当耗浆量过大，确认为连通时，可采用膏状浆液[3]或加速凝剂灌注，控制浆液的扩散范围。当然，岩溶发育形状千奇百态，洞内充填与否或充填成分对灌浆处理都有较大的影响，岩溶与帷幕的相互关系，对处理方案也很重要，需综合岩溶、水文地质条件及施工条件而定。

［1］袁代江，武兴，刘子金等.黔中水利枢纽一期工程地质勘察报告[R]. 2009.

［2］欧阳孝.岩溶地质[M].中国水利水电出版社，2013.

［3］SL62-2014,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].中华人民共和国水利部.

Timing Selection of Karst Pipeline Treatment on Left Bank of Qianzhong Water Conservancy Project

Wu Xingliang，Liu Zijin，Zhang Lei
（Guizhou provincial water resources and hydropower surveyand design institute,Guiyang550002,Guizhou）

The water source Pingzhai reservoir is located in Sanjiahe River on the south bank of the Wujiang River.The dam area is a horizontal valley,and several groundwater karst piping systems are developed horizontally.The pipeline system is large in size,and three of them are separated from the left bank Curtain cross,cross the use of concrete block.Due to the large amount of anti-seepage curtain on the left bank,the time of grouting is long and needs to go through many season.In order to ensure the safety of the pipeline system and the safety of the curtain operation,it is very important to consider the timing of the pipeline system.Pay attention to the order in which the surrounding grouting holes are implemented.The pipeline system is used as the drainage channel,and the grouting hole on both sides of the pipeline is implemented first.The dry season is selected toblock the pipeline system,and the curtain operation is effective.

Anti-seepage curtain；karst pipeline system；blockingtreatment and the optimumtime

TV697.3

B

1673-9000（2017）03-0019-03

2017-02-14

武兴亮（1978-），男，贵州江口人，高级工程师，主要从事水利水电水文地质与工程地质勘察工作。