船闸室喀斯特地下水处理研究

陈佳培 任 磊

(南京市水利建筑工程有限公司，江苏 南京 210000)

喀斯特是水对可溶性岩石(碳酸盐岩、石膏、岩盐等)进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用。水动力对可溶性岩石进行化学溶解，使可溶性岩石内裂隙与通道不断扩展变大，进而形成洞穴。在船闸基坑施工过程中，喀斯特容易诱发基坑涌水，因此如何有效进行基坑涌水防治是水利技术人员必须攻克的难题。

1 工程概况

大藤峡水利枢纽工程通航建筑物为单级船闸，布置于黔江左岸，由上游引航道、船闸主体部位及下游引航道组成。船闸主体段长385m，由上闸首、闸室及下闸首组成，其中闸室墙长度为268.2m，航槽宽度34m，采用分离式结构。重力式边墩(墙)顶高程65.00m，基础建在弱风化基岩上。上闸首挡水前缘宽度113m，沿水流方向长58.8m，人字门底槛顶高程38.20m；下闸首长58m，顶宽80m，底宽116.4m，人字门底槛顶高程14.95m。

2 工程水文地质

主要发育3条断层，F240断层在左岸山坡通过，断层走向与坝线相交35°，钻孔ZK964(孔深9.95m,倾斜15.36°)揭露的F240断层破碎带，由碎裂岩和断层泥组成，F285断层在左岸山坡通过，断层走向与坝线交角67°，断层规模不大，F141断层在右岸山坡露出，断层走向与坝线夹角60°，倾向山里，倾角70°，破碎带宽度不大。

地下水主要为松散堆积层中的孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要分布于Ⅰ级阶地的黏土和混合土卵石层中；基岩裂隙水分布于基岩的风化裂隙中，局部具有承压性，钻孔CZK119发现承压水，承压水头3.05m，流量约4L/min。下水埋深Ⅰ级阶地一般3～6m，低山丘陵一般10～15m。

3 地下水处理方案

为满足船闸基坑土石方开挖及混凝土干地施工要求，根据船闸结构布置和施工要求，并结合现场施工条件，3号喀斯特地下水处理施工分为三个阶段进行。

3.1 第一阶段处理方案

利用左边墙基础喀斯特开挖处理形成的深槽作为集水井，在深槽集水井下游侧-2.00m高程平台上布置3台300S32A抽水泵(Q=810m3/h，功率75kW，总抽水能力为2430m3/h)，并沿-2.00m高程平台布设三道DN250钢管至下游泄水箱涵处终点泵站，管道通过焊接接长。后续管道布置范围内混凝土浇筑时，根据现场实际情况对管道进行改线。

为对喀斯特地下水进行引排，在喀斯特洞内埋入4根DN500排水钢管，出口外设置混凝土挡水围堰，排水钢管埋入挡水围堰内，混凝土为C25W8F100三级配。为给挡水围堰混凝土浇筑创造干地施工条件，混凝土浇筑时，在其与左岸边坡坡脚之间采用黏土袋及黏土设置土围堰，土围堰待混凝土围堰达到一定强度后采用长臂反铲及人工进行拆除，并将黏土尽量清除干净。土围堰拆除后，按照“大藤峡水利枢纽工程船闸字2016年10号”要求进行该段垫座混凝土及贴坡混凝土浇筑施工。

喀斯特地下水通过排水钢管引出至深槽集水井，再利用上述抽水泵进行抽排(见图1)。

图1 3号喀斯特地下水处理一期平面布置

3.2 第二阶段处理方案

当闸室左边墙4号块上游段输泄水廊道底板浇筑完成，需进行3号喀斯特地下水排水系统占压的4号及5号块边墙混凝土施工时，将混凝土挡水围堰内上游测两根钢管加长引到已浇筑成型的输水廊道底板上，并在管道上安装闸阀及排气球阀，供后续管道封堵之用。

下游侧两根钢管于混凝土挡水围堰内侧面处拆除，并用带法兰的钢板对端头进行封堵，同时利用管道上设置的三通管采用C25泵送混凝土对管道进行封堵。

该阶段利用左边墙1号及2号坝段廊道底板形成的突扩体(见图2)作为集水井，集水井内布置7台200WQ250-22-30抽水泵(Q=250m3/h，功率30kW，总抽水能力为1750m3/h)，并沿廊道底板铺设8道DN200PE管至下游泄水箱涵处终点泵站。

图2 船闸做边墙廊道底板突扩体示意图

3.3 第三阶段处理方案

当自流排水管需要封堵时，利用预先埋入溶洞内的DN200溶洞封堵泵送混凝土管及排水管上设置的三通管，往溶洞及管道内灌注C25泵送混凝土，对溶洞及管道进行封堵(见图3)。

图3 3号喀斯特地下水处理一期平面布置

溶洞封堵泵送混凝土管在底部垫座混凝土浇筑前埋入，并随贴坡混凝土浇筑上升垂直接长引至约12.5m高程，三通管竖向支管同理接长引至12.5m高程。同时，考虑被封管道较长，为保证封堵质量，在该2根自流排水管进水口端安装一活动翻拍门(自制)，封堵时将翻拍门关闭，然后进行溶洞封堵，最后进行排水管封堵，并将排水管上闸阀及排气球阀拆除(见图4)。

图4 3号喀斯特地下水处理溶洞及自流排水管封堵剖面

4 地下水处理施工

大藤峡船闸工程3号喀斯特地下水处理施工项目主要包括管道加工和安装，水泵拆装，出水口处挡水黏土围堰填筑与拆除，混凝土围堰浇筑，排水管道安拆，溶洞与管道封堵混凝土浇筑，地下喀斯特水抽排。

4.1 管道加工和安装

管道加工和安装项目主要如下：

第一阶段4根DN500、单根长12m自流排水钢管和法兰焊接，-2.00m高程平台抽水泵站3道通到下游泄水箱涵处终点泵站的DN250、单根长约300m的钢管焊接。

第二阶段2根直径500mm自流排水钢管加长焊接，输水廊道内7道顺廊道底板至下游泄水箱涵处终点泵站的DN200的PE管，单根长约350m。

溶洞和管道封堵的DN200的封堵钢管焊接。

具体施工方法如下：由专业技术人员按照管道布置要求进行配管设计并编制材料采购计划，物资部门按照计划进行采购运到现场，作业人员在现场按照配管设计进行管道加工。钢管安装采用16t汽车吊和人工组合按照配管图进行安装，钢管连接接头首先由管道工和电焊工配合按照配管要求将接头连接起来，然后由电焊工用电弧焊机将接头焊接起来。转装或拆除时，先将管道岩焊缝处割断，再采用上述方式进行转移或安装。PE管道布置在输水廊道底板上，由16t汽车吊和人工组合按照配管图进行安装，PE管道接头由人工采用专用热接头连接设备在现场进行热连接。拆除时将PE管分段切断，采用人工沿廊道搬运至工作闸门井等孔洞处，利用塔机分次吊运转移。

4.2 水泵安装

水泵安装项目主要包括3台75kW离心水泵和7台30kW潜水泵安装。

离心水泵安装：先根据需要在-2.0m高程平台上浇筑水泵混凝土支座平台，后续结构混凝土浇筑前，采用破碎锤进行凿除，然后由16t汽车吊和人工组合进行水泵、吸水管道、电器设备安装，调试合格后投入运行使用。

潜水泵安装：利用DN1200钢管制作浮船，浮船尺寸约为3.4m×4.1m，浮船可在廊道顶板封闭前调入；在顶板封闭后，可从突扩体附近的工作阀门井利用塔机吊入。

潜水泵可先与浮船固定，再整体吊入集水井，最后将潜水泵电器控制柜安装在浮船平台上，调试合格后投入运行使用。

4.3 出水口围堰施工

为满足自流钢管排水效果和后续所占坝段混凝土干地施工要求，在3号喀斯特地下水出水口设置混凝土围堰，同时为保证混凝土围堰施工质量，在其前端布置了一道黏土围堰，黏土围堰为黏土编制袋和黏土结构，黏土编织袋挡水，黏土防渗。

4.3.1 黏土围堰施工

采用长臂反铲对3号喀斯特地下水出口喀斯特缺陷进行清理，形成深槽集水井，然后进行下游侧-2.0m 高程平台泵站安装，将集水井内的水面降至出水口以下时，由人工先码砌编织袋，并将自流排水钢管埋入其中，然后在迎水面填筑黏土形成编织袋黏土挡水围堰，地下水通过自流钢管引到集水井内。考虑出水口外喀斯特缺陷坑范围广，施工人员及机械难以直接靠近出水口进行施工，现场可先采用石渣对坑槽进行回填，形成施工平台，后续再对其进行清除，具体回填与清挖工程量以现场实际发生计。

该部位垫座混凝土及贴坡混凝土浇筑前，采用长臂反铲配合人工编织袋黏土围堰拆除。

4.3.2 混凝土围堰施工

编织袋黏土围堰形成后及时进行混凝土围堰施工。由人工安装钢模板，用水管将缝面冲洗干净。混凝土由拌和楼生产，15t自卸车运输，长臂反铲将混凝土卸入模板内，人工用φ100振捣器振捣密实。

混凝土围堰与编织袋结合面后续采用高压水枪进行冲毛处理，对面层局部不合格混凝土采用人工方式进行凿除。

4.4 溶洞和管道封堵混凝土施工

当闸室被占压的第4块闸墙混凝土浇筑至高程12.00m后，开始进行3号喀斯特溶洞和自流排水管道封堵，封堵采用泵送混凝土。封堵前，由人工将自流排水钢管进水口的翻拍门关闭，然后利用预埋的DN200溶洞封堵泵送混凝土管往溶洞内灌注C25一级配泵送混凝土，对溶洞进行封堵，最后利用排水管上预留的三通管竖向支管向管道内灌注C25一级配泵送混凝土，对管道进行封堵，封堵完成后，可根据现场实际情况对管道闸阀、排气球阀及部分管道进行拆除，以减少其对结构混凝土空间的占用。

封堵混凝土由拌和楼生产，9m3搅拌车运输，塔吊配3m3卧罐将混凝土卸到封堵管道顶部的受料斗内直接进入溶洞和管道内。

5 质量保证措施

所用水泥、外加剂、砂石骨料等要定期随机抽样检查与试验，禁止不合格料进入拌和系统。

混凝土围堰浇筑前，需对外围水进行有效堵截，仓面水应及时排出。长臂反铲入仓时，混凝土自由下落高差不宜大于2.0m，入仓后及时进行平仓振捣，振捣插点要均匀，不欠振、不漏振、不过振。混凝土围堰与编织袋黏土埂接触面应进行冲毛，并将局部不合格混凝土进行凿除，确保混凝土质量。自流排水管制作应按施工图纸进行，其中进口处翻拍门在管道预埋前现场应进行开闭模拟实验，确保其能正常开闭，溶洞及管道封堵前应将其关闭，以保证管道封堵质量。

6 结 语

针对船闸闸室喀斯特涌水，通过自流引水和抽排相结合、混凝土封堵的方案进行分阶段处理，其效果在大藤峡船闸闸室得到了很好的验证，成功将3号喀斯特地下水约束于闸室左闸墙外，满足船闸工程混凝土干地施工要求，该设计方案可供类似工程参考。