江坪河水电站水文地质特点及渗控对策研究

刘惟轶，殷彦高，彭 凯

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

1 坝址区水文地质特点

江坪河水电站坝区喀斯特地层广布，地层由下游至上游为龙王庙组∈1l1-2粉砂岩、板岩，龙王庙组∈1l2-1厚层条带状灰岩，龙王庙组∈1l2-2层泥质、白云质灰岩、白云岩，高台组∈2g层泥灰岩夹厚层泥质灰岩、少量白云质灰岩，孔王溪组∈2k1-1～∈2k1- 6层薄层泥质、白云质灰岩、中厚层灰岩夹泥灰岩，白云岩，岩层倾向上游偏右岸。

坝址区内可溶岩和非可溶岩相间分布，属多层含水结构类型，水文地质结构及水动力与可溶岩地层的厚度、产状、断层发育程度关系密切。∈1l2-1层为强富水地层，∈1l2-2、∈2g、∈2k1-1、∈2k1-3、∈2k1-5层为强～中等富水地层，∈2k1-2、∈2k1- 4、∈2k1- 6层为弱富水地层，∈1l1-2层为相对隔水层。

1.1 岩溶

坝址区岩溶发育，存在岩溶洞穴37处，泉点25个。岩溶发育具有以下特征：

(1)所有泉点均向溇水排泄，主要的岩溶泉分布在坝址左岸，左岸∈1l2-1厚层灰岩中的断层F71为典型的岩溶管道渗流，渗径远，补给量大，向溇水排泄。

(2)∈1l2-2、∈2g、∈2k1-2、∈2k1- 4等以白云岩、泥质及白云质灰岩为主的地层中顺层岩溶发育强烈，表现为顺层溶洞、孔洞，属岩溶裂隙性渗流，一般流量小，规律性差，出露位置分散，右岸比左岸相对发育，且常受相对弱岩溶地层制约。

(3)在∈1l2-1厚层灰岩中，左岸顺断层F71发育岩溶管道系统，顺断层F11发育溶蚀缝。

1.2 地下水系统

地下水系统复杂，主要为岩溶地下水，根据含水层性质及地下水埋藏条件，坝址区地下水分为孔隙-裂隙水、岩溶裂隙地下水、左岸∈1l2-1厚层灰岩F71岩溶管道地下水等3类地下水系统。

(1)两岸谷坡中下部为∈1l2-2、∈2g层泥灰岩、泥质及白云质灰岩夹灰岩，其上分布有强烈风化的∈2k1-2、∈2k1- 4、∈2k1- 6等部分已风化成白云岩岩粉的地层，这些地层透水性相对较差，具有一定的隔水性能，进而造成∈1l2-2以上地层中存在多层地下水位，层位较高的含水层水位普遍高于层位较低者。岩体中发育断层或节理裂隙，各层之间受构造破坏，∈1l2-2以上地层地下水以顺层流动为主，次为沿切层构造裂隙越流。

图1 右岸河湾地块简要水文地质

(2)厚层灰岩∈1l2-1层无岩溶管道发育时，岩石致密、完整，抗风化能力强，一般为弱～微风化或新鲜岩体，弱～极微透水。无岩溶管道发育时，∈1l2-1厚层灰岩地下水为岩溶裂隙水。在∈1l2-1厚层灰岩中，除左岸顺断层F71发育岩溶管道，该管道地下水为岩溶管道地下水外，其他部位地下水为岩溶裂隙水。

(3)右岸河湾地块与库水直接接触的龙王庙含层由于局部深岩溶裂隙发育，坝址到下游河湾黑洞泉之间存在1条地下水位低槽带，其地下分水岭水位低于350 m，库水可通过该低槽带向河湾下游黑洞泉排泄。

右岸河湾地块简要水文地质见图1。

1.3 顺层风化岩层

大坝趾板基础存在顺层风化岩层。右岸趾板基础高程383～402 m发育的∈2k1-2层为中厚泥质及白云质灰岩，夹层发育，顺层风化严重，局部白云岩粉化[1]，为强风化岩体，岩层允许渗透坡降较低，岩体为4.4，软弱夹层为1.56。右岸趾板基础附近孔洞建筑物较多，包括泄洪放空洞、竖井、交通洞、灌浆平洞和长排水孔等，空间关系极为复杂，渗透路径较短，风化和人工活动进一步破坏了岩体的完整性，渗控安全问题突出。

图2 防渗帷幕路线布置

2 防渗线路总体布置

防渗系统由左岸防渗帷幕、趾板区防渗帷幕及右岸防渗帷幕组成，左、右岸防渗帷幕分别包括310、365、425、476 m高程等4层灌浆平洞。左岸穿发电引水洞后转向垂直岩层走向方向延伸，右岸穿导流洞、泄洪放空洞后延伸接溢洪道，过溢洪道后向山里延伸。防渗帷幕路线布置见图2。

3 防渗设计对策

3.1 左岸F71岩溶管道系统封堵设计

左岸F71岩溶管道系统位于392～455 m高程，宽5～10 m，有水流痕迹。F71岩溶管道系统横穿左岸防渗帷幕，对防渗帷幕封闭性影响较大，其封堵处理对策如下：

(1)410 m高程以上岩溶宽度大于2 m时，根据岩溶形状，将岩溶壁开挖成上游宽下游窄的楔形断面，至少应保证上层帷幕线的下游侧开挖成上游宽下游窄的楔形，在上下游段开挖键槽。

(2)410 m高程以下岩溶变窄，宽度小于2 m时，岩溶充填密实，可不清挖岩溶充填物，但上下游竖井应开挖至岩溶尖灭处；岩溶宽度大于2 m时，应将岩溶充填物清除并将岩面清挖至新鲜面。开挖后，采用微膨胀混凝土C25对岩溶管道进行回填。封堵结构见图3。

3.2 多层地下水防渗设计

坝基下部∈1l1-2层粉砂岩可作为隔水地层，左岸及河床部位的帷幕接入该层5～10 m后形成封闭帷幕[2]。因岩层倾向上游偏右岸，若利用∈1l1-2粉砂岩作为右岸隔水地层，帷幕线需向下游延伸很长，工程量巨大，且右岸河湾地块存在1条地下水位低槽带，山体内存在多层地下水。右岸帷幕路线只能向山里延伸至地下水位高于470 m高程处，再从∈2k层中高于470 m高程地下水位处将防渗线路往上游转弯，垂直岩层走向方向延伸以封闭∈1l2-1层中厚层灰岩，往南西方向防渗帷幕端点按170 m高程控制延伸至∈1l2与∈2g分层处。因此，右岸防渗只能采用悬挂式帷幕。防渗帷幕展开见图4。

3.3 右岸趾板基础顺层风化岩层渗控设计

大坝右岸趾板基础∈2k1-2层顺层风化严重，允许渗透坡降较低。为满足趾板基础稳定要求，对该段趾板结构及基岩进行了加固处理设计：趾板最大宽度19 m，厚2.0 m，表面布置1 500 kN预应力锚索，间排距4.0 m×4.8 m，并进行趾板基础加强固结灌浆，间排距2 m×2 m，穿过∈2k1-2层深3～5 m。

图3 封堵结构(单位：mm)

图4 防渗帷幕展开

为增强该岩层帷幕可靠性及趾板基础渗透稳定性，增设4道辅助防渗帷幕。其中，主、副帷幕之间设置的防渗帷幕采用化学灌浆，辅助防渗帷幕穿过∈2k1-2层并深入下部∈2k1-1层5～10 m。

4 结 语

江坪河水电站于2019年11月下闸蓄水，库水位已上升至373 m高程。通过安全监测成果和三维渗流计算成果的对照分析[3]，初步表明渗控系统布置比较合理，防渗帷幕壅高了帷幕上游侧水位，延长了绕坝渗流的渗径，渗漏量得到一定控制。∈2k1-2层整体渗透坡降较小，局部区域渗透坡降大，保证防渗帷幕的施工质量及完整性，对关键性的排水孔采取必要的反滤保护，可有效避免地层的渗漏破坏。在此基础上，工程渗控安全是有保障的。