三峽工程蓄水后茅坪溪泄水洞水庫(kù)下壓段滲水及穩(wěn)定性分析

吳世澤，李茂華，房艷國(guó)

(長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司(武漢)，湖北武漢 430074)

三峽工程蓄水后茅坪溪泄水洞水庫(kù)下壓段滲水及穩(wěn)定性分析

吳世澤，李茂華，房艷國(guó)

(長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司(武漢)，湖北武漢 430074)

自2003年三峽水庫(kù)蓄水以來，茅坪溪防護(hù)工程泄水洞水庫(kù)下壓段滲水問題、洞室穩(wěn)定性問題備受業(yè)主、勘測(cè)設(shè)計(jì)等單位的重視，經(jīng)多次對(duì)茅坪溪防護(hù)工程泄水洞水庫(kù)下壓段滲水點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，通過動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)分析，三峽水庫(kù)蓄水后，在不同的工況條件下運(yùn)行，滲水點(diǎn)滲水量具有蓄水后不但沒有增大，反而隨著蓄水時(shí)間的推移，滲水量有逐漸減小的特征，驗(yàn)證了前期勘測(cè)成果的正確性，也為結(jié)晶巖滲漏問題、洞室穩(wěn)定研究提供了翔實(shí)的資料。

滲水特征;茅坪溪泄水洞;水庫(kù)下壓段;三峽工程

1 工程概述

茅坪溪泄水洞橫穿長(zhǎng)江與茅坪溪之間的河間地塊，將茅坪溪水引流到三峽大壩下游。泄水工程總長(zhǎng)3 200 m;由進(jìn)水口明渠、泄水洞、箱涵、出水口明渠(含消力池)四部分組成。其中，泄水洞全長(zhǎng)1 481 m。水庫(kù)下壓段在大包山脊北坡中下部、松柏坪—大嶺山脊之間低洼地段下方通過，此段地表高程166～169 m，較三峽水庫(kù)正常水位175 m低6～9 m，全長(zhǎng)235 m，洞底高程為90.0 ～87.7 m，洞頂高程101 ～98.7 m。

泄水建筑物于1994年竣工運(yùn)行，至今已有18余年，在三峽水庫(kù)蓄水各個(gè)階段運(yùn)行正常，特別是經(jīng)歷了2008年特大洪水的檢驗(yàn)。

2 基本地質(zhì)條件

茅坪溪泄水洞隧洞水庫(kù)下壓段樁號(hào)0+417.5～0+652.5，全長(zhǎng)235 m。水庫(kù)下壓段地表高程166～169 m，低于三峽水庫(kù)正常水位6～9 m，巖性以花崗巖為主(圖1)，局部有閃長(zhǎng)巖，發(fā)育少量花崗巖和偉晶巖脈，一般與圍巖呈突變緊密接觸。裂隙性斷層較發(fā)育，與軸線呈大銳角相交，各斷層近平行展布，構(gòu)造巖寬一般0.1 ～0.3 m，最寬為 f118，總寬2.2 m，性狀較好。巖體風(fēng)化全強(qiáng)風(fēng)化厚度一般10～14 m，弱風(fēng)化帶上、下部巖體厚度分別為4～8 m、17～30 m，水庫(kù)下壓段以微風(fēng)化巖體為主，洞頂微風(fēng)化巖體頂板高程一般為130～135 m，高于隧洞頂板23～33 m，巖體結(jié)構(gòu)以塊狀為主，大部分洞段微風(fēng)化和新鮮巖體最小厚度＞20 m。

巖(土)體透水性不均一，人工填筑風(fēng)化砂夾塊石抽水試驗(yàn) K 值為17.8 ～55.4 m/d［1］;基巖滲透性與巖體風(fēng)化程度和結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況有關(guān)，本段勘探試驗(yàn)成果表明:微風(fēng)化巖體 ω＜0.01 L/min·m·m 為主，占76%，洞頂板以上ω ＜0.01 L/min·m·m，巖體厚度一般＞30 m，對(duì)減小庫(kù)水入滲十分有利。

3 前期勘測(cè)結(jié)論及施工處理措施

3.1 前期勘測(cè)結(jié)論

泄水隧洞水庫(kù)下壓段大多為Ⅰ、Ⅱ類圍巖，洞周滲透壓力水頭為1～17 m，按不作防滲處理計(jì)算，洞周滲透水頭增加約1～17 m，對(duì)圍巖穩(wěn)定影響不大。壓力水頭增加較大處一般為洞底，斷層分布部位滲水壓力水頭增加值大于非斷層部位增加值。

泄水隧洞水庫(kù)下壓段滲流量大小與斷層的滲透性以及洞周巖石松弛區(qū)的厚度及滲透性關(guān)系密切。在考慮洞內(nèi)防滲處理時(shí)，如降低洞周圍巖的滲透性，計(jì)算滲流量可隨之成倍減小，但滲透壓力水頭增加較大，斷層在底板出露處，滲透壓力水頭最大可達(dá)58～67.5 m。采用垂直防滲方案，對(duì)減小庫(kù)水入滲流量效果相對(duì)較差。

泄水隧洞水庫(kù)下壓段不作防滲處理時(shí)，對(duì)泄水洞正常運(yùn)行影響不大。為確保洞室圍巖穩(wěn)定，建議局部地段進(jìn)行洞內(nèi)灌漿處理，并增設(shè)隨機(jī)錨桿與排水措施。

圖1 泄水洞下壓段工程地質(zhì)剖面圖Fig.1 Engineering geology section of underpart of Xieshuidong Reservoir

3.2 施工處理措施

泄水隧洞水庫(kù)下壓段地表低洼地段，已被三期工程開挖的棄碴和地下電站開挖的石碴填平，使原來茅坪溪防護(hù)大壩的副壩和泄水洞水庫(kù)下壓段變?yōu)橐黄降?，填筑體地面高程為186 m左右，洞軸線至現(xiàn)水庫(kù)岸邊寬350余米，即原水庫(kù)下壓段現(xiàn)已不存在了，全為人工填筑風(fēng)化砂和塊石。

泄水隧洞水庫(kù)下壓段洞內(nèi)與其它段一樣，左右兩側(cè)布有檢修便道，寬80 cm，枯水季節(jié)露出水面高30 cm左右，便道上部為高1.5 m、厚度25 cm左右的砼防沖墻，全洞段噴200#砼，厚度為8 cm，局部隨機(jī)砂漿錨桿加固，在洞頂斷層寬度＞1 m的周邊4 m范圍內(nèi)，采用固結(jié)灌漿處理，巖體完整性好的部位隨機(jī)布設(shè)排水孔。

4 下壓段滲水特征

4.1 洞內(nèi)滲水測(cè)量

泄水洞于1994年竣工并通水，至今已運(yùn)行18年了，蓄水經(jīng)歷了2003年圍堰擋水發(fā)電蓄水至135 m，2006年蓄水至156 m，2008年11月20日蓄水至172 m，直至2013年蓄水至175 m，長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院對(duì)洞內(nèi)水庫(kù)下壓段滲水量進(jìn)行多次觀測(cè)，其結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，洞內(nèi)滲水在水位上升到172～175 m后，滲水流量不但沒有增加，反而比低水位135～156 m時(shí)呈下降趨勢(shì);三峽水庫(kù)未蓄水時(shí)測(cè)得的流量為3.5 L/min，蓄水到 135 ～ 156 m 時(shí)，滲水量在3.5 ～ 3.0 L/min，2008年后滲水量減少較快，由原來3.5 L/min迅速降到3.08 L/min，到2011年三峽水庫(kù)水位172 m左右時(shí)，測(cè)得流量為2.4 L/min。洞內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn):線狀滴水面積減小了許多，洞室總體滲水有所減少。原來普遍線狀滴水有4段，現(xiàn)在只有2處為零星滴水，原為零星滴水處，現(xiàn)在變?yōu)槎幢诓贿B續(xù)的濕潤(rùn)狀。滲水量也相應(yīng)減少了，用容積法基本上無流量可測(cè)(表1)。

水庫(kù)下壓段沒有發(fā)現(xiàn)新增加的大水量滲出點(diǎn)。洞頂和左右洞壁多數(shù)為長(zhǎng)條狀濕潤(rùn)，很少聽到原有的洞頂?shù)嗡?，左、右?cè)防沖砼墻上鈣華已干涸，并有一定的強(qiáng)度;人行道上滴水形成的小圓坑，直徑3～5 cm，深2～3 cm，現(xiàn)在洞頂已有部分停止滴水，坑內(nèi)填充有洪水期的砂和碎石。

表1 蓄水前后水庫(kù)下壓段洞內(nèi)滲水特征統(tǒng)計(jì)對(duì)比表Table 1 The contrast of water seepage features inside holes of the underpart before and after the impoundment of the reservoir

由圖2和表1可知，洞內(nèi)滲水與三峽水庫(kù)蓄水變化無明顯的關(guān)系，滲水量和滲水點(diǎn)減少對(duì)洞室圍巖的穩(wěn)定有利。經(jīng)對(duì)全洞室進(jìn)行詳細(xì)觀察、計(jì)算和分析，洞室穩(wěn)定性良好，無滲漏破壞、無塌方和局部掉塊的現(xiàn)象。

圖2 三峽水庫(kù)水位與茅坪溪泄水洞水庫(kù)下壓段觀測(cè)滲水流量變化曲線圖Fig.2 The curve showing the water level of the Three Gorges reservoir and change of water seepage flow of underpart of Xieshuidong Reservoir in Maopingxi

4.2 滲水量減少原因分析

對(duì)全洞室滲水點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)觀察和下壓段滲水量測(cè)量，每年測(cè)量滲水量的時(shí)間是枯水季節(jié)(11、12月)，正是三峽水庫(kù)水位上升、水頭增加的時(shí)期，觀測(cè)資料表明，原水庫(kù)下壓段的滲水量與水庫(kù)水位上升水頭增加沒有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是隨時(shí)間的推移逐漸變小;總體情況是滲水點(diǎn)比原來少，滲水量也相應(yīng)減小，分析其原因主要有如下幾點(diǎn):①原水庫(kù)下壓段沒有直接埋于水庫(kù)之下，人工堆積的風(fēng)化砂、塊石既寬又厚，在幾年的自重沉降后已有一定的密實(shí)度，庫(kù)水不能直接垂直入滲，側(cè)向滲入路徑延長(zhǎng);②原水庫(kù)下壓段洞頂微新巖體厚度達(dá)20余米，其巖體內(nèi)發(fā)育的斷層規(guī)模較小，裂隙延伸長(zhǎng)度、寬度有限，加之洞內(nèi)沿?cái)鄬悠扑閹нM(jìn)行了固結(jié)灌漿和隨機(jī)錨桿處理，阻止了入滲水流攜帶的細(xì)顆粒物質(zhì)隨水流而帶走，為下滲水中攜帶的細(xì)顆粒在固結(jié)灌漿的上部形成鋪墊奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)［2］。

5 結(jié)論

經(jīng)對(duì)全洞室滲水點(diǎn)、滲水量的調(diào)查，測(cè)量原水庫(kù)下壓段數(shù)據(jù)的分析，得出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):

(1)在11月份和12月份枯水季節(jié)觀測(cè)，泄水洞內(nèi)滲水點(diǎn)總體趨勢(shì)是較原來有所減少，滲水量也相應(yīng)減小，三峽水庫(kù)蓄水后，多次進(jìn)洞調(diào)查未發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)有成片和大面積滲水現(xiàn)象，原下壓段滲水量與三峽水庫(kù)水位上升和下降關(guān)系不明顯，并有隨時(shí)間的推移而減小的趨勢(shì)。

(2)茅坪溪泄水洞原水庫(kù)下壓段，現(xiàn)在填筑風(fēng)化砂形成的水庫(kù)岸坡距泄水洞軸線＞350 m，地表平地高程在186 m左右，即原水庫(kù)下壓段變?yōu)殛懙亓耍怪毕聺B的庫(kù)水現(xiàn)已不存在了。

(3)蓄水9年來，多次觀測(cè)三峽水庫(kù)蓄水至145 m、156 m、172 m、175 m原下壓段及附近洞段滲水情況，觀測(cè)資料表明，洞內(nèi)滲水無增大現(xiàn)象，其滲水與三峽水庫(kù)蓄水壓力增大沒有明顯關(guān)系。

(4)茅坪溪泄水洞在三峽水庫(kù)蓄水135 m至2013年初175 m期間，宏觀觀察原水庫(kù)下壓段泄水洞運(yùn)行正常，與勘測(cè)期間分析計(jì)算的結(jié)果一致。

［1］ 舒華波，等.三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行期茅坪溪防護(hù)大壩滲漏分析［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2007(1):42－43.

［2］ 吳世澤.結(jié)晶巖防滲帷幕參數(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2005(3):75－78.

(責(zé)任編輯:于繼紅)

Analysis on the Underpart Water Penetration and Stability of the Xieshuidong Reservoir in Maopingxi after Impoundment of the Three Gorges Project

WU Shize，LI Maohua，F(xiàn)ANG Yanguo
(Three Gorges Geotechnical Consultants Co.，Ltd，Wuhan，Hubei430074)

Since the Three Gorges reservoir impounding in 2003，the underpart water penetration and cavern stability problems of Xieshuidong Reservoir in Maopingxi have been paid much attention by owners，surveying and designing companies，so the leakage points of the underpart were observed many times.Through the dynamic prediction and analysis，it was found that the leakage quantity of points did not increase when the reservoir operated in different conditions after the impoundment of the Three Gorges reservoir，instead the quantity decrease gradually with the storage time.It is proved that early investigation results are correct，which provides informative data for the prevention of water penetration in crystalline rock and cavern stability.

seepage characteristics;Xieshuidong Reservoir of Maopingxi;the underpart of Xieshuidong Reservoir;Three Gorges Project

TV698.2+33

B

1671－1211(2013)06－0773－03

2013－06－19;改回日期:2013－06－25

吳世澤 (1957－)，男，高級(jí)工程師，巖土工程專業(yè)，從事水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)、地震地質(zhì)、水庫(kù)誘發(fā)地震等工作。E－mail:532356733@qq.com