構(gòu)皮灘水電站巖溶壩基的滲流監(jiān)測(cè)

唐 玲，王朝晴，段國(guó)學(xué)

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢 430010）

構(gòu)皮灘水電站巖溶壩基的滲流監(jiān)測(cè)

唐 玲，王朝晴，段國(guó)學(xué)

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢 430010）

構(gòu)皮灘水電站防滲帷幕線上存在復(fù)雜的巖溶系統(tǒng)。針對(duì)該種巖溶壩址，設(shè)計(jì)采用了滲壓計(jì)、測(cè)壓管和量水堰等組合形式的滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)壩基滲流進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。水庫(kù)蓄水期，壩基滲透壓力與庫(kù)水位呈明顯的線性關(guān)系，但最大滲透壓力增加值僅為庫(kù)水位上升值的20%左右；水庫(kù)蓄水完成后，壩基滲透壓力與庫(kù)水位的變化無(wú)明顯關(guān)聯(lián)。監(jiān)測(cè)成果表明，工程防滲帷幕及巖溶封堵后整體防滲效果明顯。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為評(píng)價(jià)工程安全提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

巖溶壩基；拱壩；滲流監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)；儀器布置；監(jiān)測(cè)資料

1 工程地質(zhì)概況

構(gòu)皮灘水電站位于烏江干流中游，貴州余慶縣境內(nèi)。大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高230.5 m，水庫(kù)正常蓄水位630 m，總庫(kù)容64.65億m3，裝機(jī)容量3 000 MW，是貴州省和烏江干流最大的水電電源點(diǎn)、西電東送的骨干工程。該工程壩址區(qū)主要出露P1q，P1m，P1w碳酸鹽巖［1］，被查明斷層77條，斷層寬度10～30 cm。規(guī)模較大的層間錯(cuò)動(dòng)帶共18條，裂隙多分布在卸荷帶及斷層附近。地下水在斷層、層間錯(cuò)動(dòng)和裂隙之間頻繁交替活動(dòng)，導(dǎo)致壩址區(qū)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。其發(fā)育有5個(gè)主要的巖溶系統(tǒng)，即左岸5＃，7＃巖溶系統(tǒng)，右岸6＃，8＃，W24巖溶系統(tǒng)。其中W24為樞紐區(qū)最大的巖溶系統(tǒng)，貫穿整個(gè)右岸廠房基礎(chǔ)巖體。

針對(duì)構(gòu)皮灘電站這種復(fù)雜的大型巖溶壩址，布設(shè)了全長(zhǎng)1 842.7 m的防滲帷幕線路，并對(duì)巖溶區(qū)域采取了多種綜合技術(shù)手段進(jìn)行處理。為了解整個(gè)壩區(qū)帷幕的安全，全面監(jiān)測(cè)巖溶區(qū)域可能存在的滲流通道以及各溶洞處理效果，設(shè)計(jì)了一套完整的滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 滲流監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

由于構(gòu)皮灘電站壩址區(qū)域存在多個(gè)巖溶系統(tǒng)，多數(shù)巖溶系統(tǒng)均與防滲帷幕線相交。因此，在200 m多高的水頭下，全長(zhǎng)1 842.7 m的防滲帷幕線路是否能夠有效阻截穿越防滲帷幕的滲漏通道、確保大壩和地下廠房安全，是建設(shè)各方所關(guān)心的主要技術(shù)問(wèn)題。為此，需要科學(xué)合理地設(shè)計(jì)一套完整的滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。滲流監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)思路主要有3點(diǎn)：第一，沿著整個(gè)帷幕線，從壩體基礎(chǔ)到兩岸灌漿平洞由密到疏布設(shè)測(cè)壓管和滲壓計(jì)［2］，即靠近拱壩壩體及巖溶區(qū)域部位測(cè)壓管布置較密，遠(yuǎn)離拱壩部位布置漸疏，監(jiān)測(cè)帷幕后的滲透壓力隨庫(kù)水位的變化情況；第二，根據(jù)溶洞空間分布情況、溶洞處理方式的不同以及溶洞的危害性大小，在溶洞區(qū)域各典型部位布設(shè)滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)巖溶系統(tǒng)在防滲處理后是否還有明顯的庫(kù)水滲漏現(xiàn)象，同時(shí)檢驗(yàn)巖溶系統(tǒng)的處理效果；第三，在帷幕線下游排水平洞內(nèi)各個(gè)排水匯流部位設(shè)置量水堰，監(jiān)測(cè)壩基滲漏量的變化。

2.1 帷幕線上的滲壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

構(gòu)皮灘水電站拱壩在左岸布置了4層灌漿平洞，右岸布置了5層灌漿平洞。為監(jiān)測(cè)整個(gè)大壩滲流以及大壩兩岸的繞壩滲流。在壩基基礎(chǔ)灌漿廊道10?！?8＃壩段的每個(gè)壩段上分別布設(shè)了1支測(cè)壓管和1支滲壓計(jì)。在左岸4層灌漿平洞內(nèi)共布設(shè)了31支測(cè)壓管和31支滲壓計(jì)；右岸5層灌漿平洞內(nèi)共布設(shè)了58支測(cè)壓管和58支滲壓計(jì)。在大壩上共計(jì)布設(shè)了98支測(cè)壓管和98支滲壓計(jì)，見(jiàn)圖1。

2.2 巖溶區(qū)域的滲壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

目前，防滲帷幕線上典型巖溶系統(tǒng)包括了K245，K256，K280，K613，K678和W 24低高程主管道等。除5＃巖溶系統(tǒng)，其他各巖溶系統(tǒng)均與構(gòu)皮灘水電站防滲帷幕線相交。針對(duì)這些典型巖溶形成的溶洞，結(jié)合這些典型巖溶區(qū)域采取的不同處理技術(shù)手段。共布設(shè)了21支滲壓計(jì)，見(jiàn)圖2。

圖1 防滲帷幕處滲壓監(jiān)測(cè)儀器布置斷面圖Fig.1 Cross-section of the layout of osmometers at the impervious curtain

2.3 壩基滲漏量監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

構(gòu)皮灘水電站拱壩壩基的滲漏水自排至大壩基礎(chǔ)廊道內(nèi)的集水井內(nèi)。兩岸灌漿平洞的滲漏水則通過(guò)灌漿平洞內(nèi)的排水溝自排至壩后水墊塘左、右岸邊坡上布置的排水洞內(nèi)。在拱壩壩后水墊塘左、右岸高邊坡上分別布設(shè)了5層排水洞。為了監(jiān)測(cè)整個(gè)大壩滲漏量的變化情況，在大壩及壩后排水洞滲漏水集中區(qū)或匯流部位設(shè)置了20套量水堰，見(jiàn)圖3。

圖2 巖溶區(qū)域滲壓監(jiān)測(cè)儀器平面布置圖Fig.2 Plan view of the layout of osmometers in the karst area

圖3 監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)滲漏量的量水堰布置圖Fig.3 Layout ofmeasuring weirs for the seepage of arch dam foundation

3 巖溶區(qū)域滲壓和壩基滲漏量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)各部位測(cè)壓管和滲壓計(jì)埋設(shè)時(shí)間的不同，本文選取的滲流監(jiān)測(cè)資料最早是從2008年元月開(kāi)始（未蓄水），中間經(jīng)歷了2009年6月（最高庫(kù)水位596 m）的首次蓄水、2010年11月（最高庫(kù)水位620.84 m）和2012年7月（最高庫(kù)水位624.61 m）的2次高水位。

從大壩滲流監(jiān)測(cè)資料情況看，各部位埋設(shè)的測(cè)壓管水位均在底板之下，孔內(nèi)水位無(wú)異常變化，說(shuō)明目前大壩帷幕運(yùn)行總體良好。本文僅重點(diǎn)介紹巖溶區(qū)域滲透壓力變化和壩后滲漏量變化監(jiān)測(cè)成果分析。這是因?yàn)闃?gòu)皮灘水電站壩址區(qū)巖溶發(fā)育程度及規(guī)模超過(guò)已建成的像隔河巖、高壩洲和水布埡等大型水利工程，其巖溶區(qū)域的防滲處理方法及滲流監(jiān)測(cè)情況較其他工程更具借鑒意義。

3.1 典型巖溶區(qū)域滲壓監(jiān)測(cè)成果分析［3］

3.1.1 左岸K245和K256溶洞區(qū)域

K245和K256溶洞屬于7號(hào)巖溶系統(tǒng)。K245溶洞內(nèi)主要填充黃泥，距離左壩肩較近，施工初期曾灌注膏狀漿液，效果不佳，后改為水泥漿擠密灌漿并將灌漿平洞溶洞段封堵。K256溶洞內(nèi)主要填充粉細(xì)砂，位置較高，承受的水頭低，施工初期采用了高壓旋噴墻進(jìn)行處理，后期又在旋噴墻下游設(shè)置了一道塑性混凝土防滲墻。從勘探資料來(lái)看，上游是否與庫(kù)水位連通尚不清楚。為了解該溶洞區(qū)域防滲處理效果以及是否有通道與庫(kù)水發(fā)生水力聯(lián)系，在溶洞區(qū)域附近布設(shè)有一支測(cè)壓管和6支滲壓計(jì)。其典型測(cè)點(diǎn)水位變化過(guò)程線見(jiàn)圖4。

圖4 左岸K245、K256溶洞區(qū)域典型滲壓測(cè)點(diǎn)水位變化過(guò)程線Fig.4 Variation of water levels at typical osmotic pressure observational points in karst cave areasK245and K256on the left bank

從各測(cè)點(diǎn)水位過(guò)程線可以看出，該區(qū)域測(cè)點(diǎn)在經(jīng)歷首次蓄水后，各測(cè)點(diǎn)水頭都有一個(gè)較大的上升并達(dá)到峰值。測(cè)值較大的2支滲壓計(jì)編號(hào)為P03RD和P04RD。這2支滲壓計(jì)在首次蓄水后（庫(kù)水位由440 m上升到596 m）測(cè)得的峰值水頭分別是44.74 m和42.72 m。該峰值水頭滯后于最大庫(kù)水位。隨后幾年，經(jīng)歷了2次最高庫(kù)水位（620.84 m和624.61 m）。二次蓄水后，在庫(kù)水位上升13.96 m時(shí)，測(cè)得2測(cè)點(diǎn)水頭分別上升了4.09 m和3.99 m。其他部位測(cè)點(diǎn)水頭無(wú)明顯上揚(yáng)趨勢(shì)。大部分測(cè)點(diǎn)水頭上升幅度在2.0 m以?xún)?nèi)。在庫(kù)水位穩(wěn)定的情況下，測(cè)點(diǎn)水頭基本保持在一個(gè)水平位置上，無(wú)較大的升幅變化。

3.1.2 右岸K613和K678溶洞區(qū)域

K613，K678溶洞屬于W24巖溶系統(tǒng)。K613在右岸高程520 m灌漿平洞樁號(hào)K0+613－K0+623部位出露，灌漿平洞從溶洞中間穿過(guò)。K678在右岸高程465 m灌漿平洞樁號(hào)K0+671－K0+680部位出露，溶洞垂直灌漿平洞側(cè)墻發(fā)育。從勘探資料來(lái)看，K678溶洞可能與庫(kù)水或W24巖溶主管道連通，溶洞下游可能與調(diào)壓室揭露的溶洞相通。為此，對(duì)溶洞區(qū)域采用了多種防滲處理措施。為了解溶洞區(qū)域防滲處理效果以及溶洞之間的連通性，在該溶洞部位附近布設(shè)了9支滲壓計(jì)。其典型測(cè)點(diǎn)水位變化過(guò)程線見(jiàn)圖5。

圖5 右岸K613，K678溶洞區(qū)域典型滲壓測(cè)點(diǎn)水位變化過(guò)程線Fig.5 Variation of water levels at typical osmotic pressure observational points in karst cave areas K613and K678on the right bank

該區(qū)域幾支滲壓計(jì)基本是在水庫(kù)蓄水后埋設(shè)的。從該區(qū)域水位變化過(guò)程線看，滲透壓力基本無(wú)明顯的增幅變化。

從上面幾個(gè)典型巖溶區(qū)域埋設(shè)的滲壓計(jì)和測(cè)壓管水位過(guò)程線了解到，在首次蓄水之前埋設(shè)的滲壓計(jì)或測(cè)壓管，有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是滲透壓力變化基本一致。即在經(jīng)歷首次蓄水，庫(kù)水位上升過(guò)程中，大部分測(cè)點(diǎn)的滲透壓力變化幅值都有一個(gè)較大的升幅，在庫(kù)水穩(wěn)定在596 m高程后，測(cè)點(diǎn)水位達(dá)到峰值，滲壓計(jì)測(cè)點(diǎn)水頭最大升幅為49.60 m，隨后滲壓水位穩(wěn)定在這一水位上。出現(xiàn)這種情況主要是由于大壩帷幕形成后，地下水滲流場(chǎng)得以重新分布［3］，致使各測(cè)點(diǎn)水位在首次蓄水后上升幅度較大。對(duì)于水庫(kù)蓄水后埋設(shè)的滲壓計(jì)，其所有測(cè)點(diǎn)水位過(guò)程線顯示滲透壓力水位基本沒(méi)有大的變化，也說(shuō)明了此時(shí)地下水已重新分布到位。在經(jīng)歷2010年11月和2012年7月2次高水位后，各測(cè)點(diǎn)水位上升趨勢(shì)平穩(wěn)，部分滲壓計(jì)和測(cè)壓管測(cè)點(diǎn)水頭略微有所上升，上升幅度大部分在1～2.0 m左右。再無(wú)較大的陡然升幅變化現(xiàn)象出現(xiàn)，說(shuō)明溶洞處理效果明顯。

3.2 壩基滲漏量監(jiān)測(cè)成果

從各部位量水堰監(jiān)測(cè)成果看，大多數(shù)量水堰測(cè)得的滲漏量變化多與降雨有關(guān)，流量沒(méi)有明顯增大趨勢(shì)。但右岸高程520 m灌漿平洞0+300與0+ 360區(qū)間段的排水孔單孔流量在庫(kù)水位超過(guò)590 m后有增大趨勢(shì)。其最大流量（約195.0 L／min）發(fā)生在2012年7月。從圖6中量水堰測(cè)出的流量變化過(guò)程線可看出，區(qū)間滲漏量與庫(kù)水位上升相關(guān)性較強(qiáng)。但庫(kù)水位在570～600 m高水頭之間變化時(shí)其滲漏量基本穩(wěn)定在130 L／min附近，沒(méi)有持續(xù)增大的現(xiàn)象出現(xiàn)，滲漏量基本處于正常范圍之內(nèi)。從區(qū)間位置樁號(hào)來(lái)看，該部位位于廠房區(qū)的上游帷幕處，距離已探明的W24巖溶溶洞主管道與帷幕相交的部位較遠(yuǎn)（見(jiàn)K613，K678出露樁號(hào)位置），該區(qū)間滲漏量變化與右岸W24巖溶系統(tǒng)來(lái)水沒(méi)有必然的相關(guān)性。后期對(duì)該部位相關(guān)測(cè)點(diǎn)的水位變化趨勢(shì)和滲漏量變化還將繼續(xù)加強(qiáng)觀測(cè)。

圖6 右岸高程520 m灌漿平洞滲漏量變化過(guò)程線Fig.6 Variation of seepage from grouting adit at elevation 520 m on the right bank

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）構(gòu)皮灘水電站壩址區(qū)處于復(fù)雜的巖溶區(qū)域，滲流監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)結(jié)合拱壩基礎(chǔ)防滲帷幕及排水布置特點(diǎn)、溶洞空間分布特征以及溶洞處理措施的不同，采用多種監(jiān)測(cè)手段布置了一套科學(xué)合理的全面監(jiān)測(cè)整個(gè)大壩壩基滲流變化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為大壩基礎(chǔ)防滲安全及地下廠房的安全提供了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（2）從滲流監(jiān)測(cè)資料來(lái)看，壩址區(qū)帷幕及帷幕線上經(jīng)過(guò)處理的巖溶區(qū)域自2009年初次蓄水至今，已經(jīng)經(jīng)歷了3年高水頭的考驗(yàn)，其中在首次蓄水達(dá)到最高庫(kù)水位時(shí)，幕后滲壓計(jì)測(cè)得的最大水頭值是49.60 m。二次蓄水時(shí)，在庫(kù)水位升高13.96 m時(shí)，幕后滲壓計(jì)測(cè)得的水頭最大變化值在4 m以?xún)?nèi)，大部分幕后測(cè)點(diǎn)水頭變化值在1～2 m左右。幕后量水堰測(cè)得的流量穩(wěn)定在130.0 L／min左右。各實(shí)測(cè)趨勢(shì)過(guò)程線走勢(shì)平緩，沒(méi)有出現(xiàn)陡然增大現(xiàn)象?？梢哉J(rèn)為帷幕是穩(wěn)定安全的，帷幕線上的巖溶處理是成功的。

［1］ 劉加龍，徐年豐，向能武，等.構(gòu)皮灘電站防滲帷幕線上典型巖溶及處理技術(shù)［J］.人民長(zhǎng)江，2010，（22）：44－46.（LIU Jia-long，XU Nian-feng，XIANG Neng-wu，et al.Typical Karston Anti-seepage Curtain Line of Goupitan Hydropower Station and Its Treatment Technology［J］.Yangtze River，2010，（22）：44－46.（in Chinese））

［2］ DL／T 5178—2003，混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.（DL／T 5178—2003，Technical Criteria of Concrete Dam Safety Monitoring［S］.（in Chinese））

［3］ 劉 鳴，鐘敬全，饒錫保，等.牙塘水庫(kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)分析及安全評(píng)價(jià)［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2007，24（2）：30－33.（LIU Ming，ZHONG Jing-quan，RAO Xi-bao，et al.Seepage Monitoring Analysis and Safety Assessment for Yatang Dam［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2007，24（2）：30－33.（in Chinese） ）

（編輯：劉運(yùn)飛）

Seepage M onitoring for the Karst Dam Foundation of Goupitan Hydropower Station

TANG Ling，WANG Chao-qing，DUAN Guo-xue
（Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China）

Complex karst system was found in the impervious curtain line of Goupitan Hydropower Station.In view of the karst dam site，we designed and adopted a seepage surveillance system including osmometer，piezometer tubes，measuring weirs and other measures to comprehensively monitor the dam foundation.During the reservoir impoundment，the osmotic pressure of dam foundation has an obvious linear relationship with water level，but the maximum increase of osmotic pressure is only about20%of that of reservoir water level.After the impoundment，the seepage pressure of dam foundation has no significant relevancewith the reservoirwater level.Monitoring results show that the overall effect of impervious curtain and karst blocking is obvious.The surveillance system provides a reliable scientific basis for evaluating the project safety.

karst dam foundation；arch dam；design of seepage surveillance；apparatus layout；monitoring data

TV698.2

A

1001－5485（2013）07－0038－04

2012－10－19；

2012－12－10

唐 玲（1963－），女，湖南祁陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)工作，（電話）18502778698（電子信箱）tangling9258＠163.com