大藤峡水利枢纽岩溶工程地质问题研究与实践

于景宗，史海燕，杨瑞刚

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，长春 130021)

1 概 况

大藤峡水利枢纽位于珠江流域西江干流黔江河段峡谷出口下游，大瑶山和桂平溶蚀平原交接处，水库正常蓄水位61m，库容约28亿方，装机容量1600MW。枢纽建筑物主要由黔江主坝、黔江副坝、南木江副坝、两岸厂房、通航建筑物等组成。

由于工期紧张和占地等原因左岸可溶岩区勘察工作受到了一定影响，部分勘察工作直至开工后尚未进行。在岩溶调查的时候发现周边10-20km范围内同一地层有多处灰岩负开采料场且部分料场紧邻江边，开采深度30-40km，岩溶发育相对较弱，岩溶涌水量不大。在类比大藤峡枢纽区岩溶发育程度时，产生了一定的误导，虽认为枢纽区位于可溶岩和非可溶岩交接部位岩溶发育要相对强烈，但认识仍是不足[1]。

2 水文地质条件

大藤峡水利枢纽地处亚热带季风气候区，雨水充沛，流域多年平均降雨量1600-1800mm。大瑶山地层由寒武系和泥盆系组成，岩性主要为砂岩、泥岩，接受大量降雨入渗形成地下水，是枢纽区地下水的主要补给来源。第四系松散层中主要为潜水，局部黏土层厚，有微承压的特点。岩溶裂隙溶洞水主要运移于岩溶管道内，水位较稳定，浅表岩溶发育区以潜水为主，深部岩溶管道为承压水。岩溶管道规模不均一，属于溶隙串联溶洞，地下水运动复杂。

工程建设前地下水埋深约10-15m，枯水期和汛期水位变化较大，长期观测孔地下水位与江水位变幅趋势一致，说明工程区地下水位与江水位关联性强、连通性好。船闸基坑开挖后，地下水最大降深达35m，使船闸周围地下水降幅较大，地下水动力条件变强，加大了水力比降和流速，形成以船闸基坑为中心的地下水降落漏斗[2]。

3 岩溶发育特征

3.1 可溶岩的分布

枢纽区可溶岩地层主要为泥盆系郁江阶下段(D1y1)和中段(D1y2)地层，岩性主要为灰岩、白云岩和少量的泥质灰岩，地表覆盖层厚，仅在江边有小面积基岩出露。其中灰岩、白云岩溶蚀强烈，可见的溶蚀现象有溶洞、溶沟、溶牙及蜂窝状溶孔。左岸船闸及下引航道、厂房尾水渠、左岸消力池下游部分均位于可溶岩区。

3.2 构造对岩溶发育的控性

由于可溶岩区覆盖层厚，地面可见的岩溶现象较少，从地表冲沟的分布情况可以看出，冲沟多为NW向；船闸基坑开挖降水受施工影响地表发生多处塌陷，塌陷坑的多呈线状分布，走向亦为NW向。冲沟和塌陷坑的分布与NW向构造关系密切，一定程度上受该构造控制。

3.3 不均匀性

通过工程区的开挖揭露可以看出，岩溶发育是不均匀的，在构造和地下水活动的地方岩石溶蚀强烈，在构造不发育和地下水活动弱的地方岩体溶蚀不发育，在一个小的岩溶通道上，是溶隙与溶洞串联，溶蚀的发育规模相差较大。岩溶的不均匀性主要受地下水活动和构造的影响，但常被地表水侵蚀的可溶岩地区表层岩溶发育较均匀[3]。

3.4 岩溶发育的成层性

可溶岩基岩面起伏大，高程一般15-30m，船闸基坑开挖揭露的基岩面陡起陡降，沟槽发育。高程5m以上为强烈溶蚀带，溶沟、溶槽、溶洞发育，多充填黏土、卵石混合土等，规模相对较大；高程5m--10m为弱溶蚀上带，发育溶隙、溶洞和少量切割较深的溶槽,多充填黏土，少部分无充填；高程-10--30m为弱溶蚀下带，发育溶隙和少量小规模溶洞,多无充填。

4 岩溶涌水

4.1 基坑开挖涌水情况

船闸基坑开挖至基岩面时开始出现涌水点，涌水量0.15m3/s；随开挖高程下降出现的涌水点增多，开挖高程至2m时主要的涌水点有4个，分布在船闸左侧，涌水量约0.80m3/s，汛期最大涌水量约1.20m3/s；开挖到设计建基面高程-5m--2m时，出现涌水点21个，多分布在下闸首，涌水量稳定在2.0m3/s。

4.2 集中渗漏通道分析

发现的21个涌水点均为承压水，主要来源为深部岩溶水和倒灌的黔江水。对涌水点进行水温监测发现，3#、4#、15#、16#、21#涌水点水温较高恒定在23.5-24℃之间，不随外部环境温度变化而变化，说明这5个涌水点地下水为来自深部的岩溶水。其他涌水点水温较低，随黔江水温变化，高出黔江水温1℃左右，可以推断该部分水来自于黔江。

溶洞和溶隙部位地下水以涌水点的形式集中出露，说明地下水的赋存、运移主要在岩溶裂隙和管道中。通过对地下水位长期观测资料和地下水等水位图分析，可以发现船闸基坑附近处在5个地下水位低槽，在综合构造、岩溶塌陷、岩溶洼地等岩溶现象，可推断出5条地下水的集中运移通道。

4.3 岩溶涌水处理措施

岩溶涌水处理主要采用了3种方法，即排、堵、防。集中抽排，在船闸基坑设置集水井，采用固定泵站和浮动式泵站相结合的方式，对涌水进行集中抽排；封堵，在船闸周边结合围堰防渗设置挡水帷幕，对地下水集中渗流通道、涌水点通过灌浆、混凝土回填等手段进行封堵；防止地表水直接流入基坑，基坑周边开挖截水沟，将降雨形成的地表水直接排走，对周边的池塘、积水坑、塌陷坑进行引排、回填、封堵，减少、截断地表水汇入通道[4-5]。

5 建基面选择及缺陷处理

5.1 建基面选择

大藤峡船闸为国内最大的单级船闸，建基面选择主要考虑2个方面因素：①岩体完整程度要求达到较完整岩体，即岩体波速>4.2km/s；②岩体溶蚀程度不高于弱溶蚀，钻孔统计的线岩溶率应<10%，面溶蚀率<10%。

前期勘察通过钻孔岩心和岩体波速确定的建基面高程为0-2m，基坑开挖后通过物探声波测试、探地雷达、电磁波CT探测和地质编录揭示船闸岩溶发育程度存在差异，闸室桩号0-183m上游侧溶蚀相对较强，建基高程最终确定为-5m，下游侧建基高程确定为1.45m。保证了上、下闸首建基于弱溶蚀的下部，闸室建基于弱溶蚀的中上部。由此可以看出前期勘察工作存在不足，若前期勘察能多布置一些物探孔间CT探测和竖井，对岩溶发育程度和规律的认识将更清晰，提供更可靠的设计依据。

5.2 缺陷处理

建基面揭露了4条溶槽、3条溶沟和18个溶洞，对发育深度较浅的溶沟和部分溶槽、溶洞进行挖除并回填混凝土处理；对发育较深的溶槽、溶洞在底部铺设钢筋网采用混凝土塞进行处理；对发育较深且宽度较大的溶槽采用钢筋混凝土厚板跨盖处理；对溶隙、裂隙发育的较破碎岩体、破碎岩体进行固结灌浆加固处理。

6 岩溶塌陷机理分析及分区评价

岩溶塌陷的形成条件主要是岩溶化与岩溶发育地层、上覆土层、地下水活动、诱发因素(降雨、振动、抽水等)这几个方面。岩溶地面塌陷的发生，实质上是土洞(或岩洞)的抗塌力小于致塌力的结果。致塌力有洞顶岩土体的自重力，地下水的渗透压力、荷载力、振动力和气体负压力等。抗塌力主要有岩土体的内聚力，摩擦力和地下水浮力等。地面塌陷的形成过程，实际上就是土洞(或溶洞)的形成发展及破坏过程。由于致塌力和抗塌力的多样性和复杂性，导致岩溶地面塌陷的机理十分复杂。对一个具体塌陷而言，不可能同时受到上述所有力作用，也很少是单一机制形成。大藤峡工程枢纽可溶岩区发生10多处地面塌陷，分析原因主要有3类：①船闸防渗帷幕施工，潜孔锤造孔时气压达2MPa，使地下水变动剧烈，土洞空腔内压力变幅大，致使土洞发生、发展形成地表塌陷；②施工开挖，使黏土层变薄，土层的抗塌性变弱，基坑降水使地下水位下降，浮托力丧失，且地表水入渗产生破坏，加之工程活动带来的爆破震动等综合因素导致塌陷；③船闸降水岩溶管道内充填物被水加速带走，开始地表出现凹陷、裂缝，范围慢慢扩大最终形成塌陷，这类塌陷一般过程相对较长。

岩溶塌陷环境是非常复杂的系统环境，其影响因素众多而且往往是多种效应的组合叠加，各因素的影响和作用大小不同，且具有很强的不确定性。因此，岩溶塌陷评价是一项复杂的系统工程，必要遵循综合性、客观性、重要性、类比性和实用性原则。根据各种影响因素的不同，岩溶塌陷发育的历史、规模和活跃程度，对岩溶塌陷的现状评估，将评价区划分为不易发区、低易发区、中易发区和高易发区共4个块段，其中不易发区占18%，低易发区占38%，中等易发区占34%，高易发区占10%。根据不同的分区采取不同的工程措施，高易发区进行监测，及时进行数据分析，尽量不进行工程活动；中等易发区、低易发区进行定期观测，减少工程活动干扰；低易发区可正常进行工程活动。

7 体会和认识

1)可溶岩区勘察应充分认识到他的复杂性和困难性，勘探方法的选择应多样化，物探孔间CT探测在大藤峡得到了很好的应用，对判断岩溶发育程度起到了重要作用。

2)基坑涌水处理挡水帷幕和排水设计一般都比较重视，往往容易忽略对基坑周围的截水沟，虽设置了截水沟但不能有效的防止地表水直接涌入。

3)工程施工对大藤峡枢纽区岩溶塌陷起到了决定作用，可以说没有工程施工影响就不会发生岩溶塌陷，因此应重视工程施工对地质环境造成的改变，进而引起的一些地质灾害。

4)重视开施工期的编录和分析工作，及时预见地质条件的变化，为避免地质灾害的发生和设计方案的调整提供依据。