試論水利水電工程基坑巖溶涌水與預測

劉惠

摘??要：在巖溶地區(qū)建設水電站的時候，會面臨大規(guī)模的巖溶涌水問題，要想解決這一問題，需要耗費大量物力和人力，巖溶區(qū)水利水電工程基坑巖溶涌水是工程施工中經(jīng)常出現(xiàn)的地質(zhì)問題，影響了工程施工，威脅著施工人員的人身安全。要想預測水利水電基坑巖溶涌水，就必須先了解水利水電工程基坑巖溶涌水的類型和特征。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;基坑巖溶涌水;動力條件;預測模型

中圖分類號：TV221.2????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.116

在工程施工過程中，一旦出現(xiàn)基坑巖溶涌水問題，就會影響工程施工工期，給施工人員的人身安全造成威脅。例如，在株溪口水電站的二期施工過程中，建立了電站廠房和5.5孔的溢流壩，在一次基坑的抽排水過程，出現(xiàn)了巖溶涌水現(xiàn)象，基坑被涌水湮沒，最大涌水量達到了5?000?m3/h，施工開挖被停止。為治理該工程的基坑巖溶涌水問題，主要依靠信息技術(shù)進行工程勘探，采用膜袋灌漿方式對涌水巖溶管道進行封堵，解決了該問題。由此可見，要想解決水利水電工程基坑巖溶涌水問題，必須了解當?shù)氐牡刭|(zhì)條件，預測工程基坑巖溶涌水部位和巖溶涌水的主要類型。

1??主要特征

巖溶地下水的排泄條件和巖溶的發(fā)展程度都會影響水利水電工程基坑巖溶涌水。水利水電工程基坑巖溶涌水具有三大特點：①不均衡性。出現(xiàn)涌水現(xiàn)象的部位具有顯著的不均衡性，巖溶發(fā)育程度導致了涌水部位的不均衡性，在巖溶巖體內(nèi)部，結(jié)構(gòu)面的不均衡性會使巖性的可溶性產(chǎn)生差異，溶蝕作用大大降低，溶蝕優(yōu)勢部位慢慢發(fā)育，就會產(chǎn)生巖溶涌水。另外，涌水量具有不均衡性，同樣也是因為巖溶發(fā)育的程度不同，基坑巖溶地下水的徑流、排泄條件存在差異，所以在不同徑流和排泄條件下的巖溶涌水量也是不同的。在相同的巖溶涌水部位，巖溶水具有不穩(wěn)定性，由于季節(jié)的交替變化和降雨量的變化，巖溶涌水量也具有不均衡性。②涌水量大。巖溶涌水現(xiàn)象的發(fā)生是比較突然的，當基坑揭露管道水的時候，就可能突然形成涌水，造成水利水電基坑被淹沒，影響工程施工。③基坑巖溶的涌水量變化幅度比較大。基坑巖溶涌水量通常都會受到降水量的影響——在旱季，降雨量小，基坑巖溶涌水量也小;在雨季，降水量大，基坑巖溶涌水量也大。較大的涌水量常常出現(xiàn)在強降雨之后，且涌水量變化比較大，變幅相差數(shù)也比較大。

2??水利水電工程基坑巖溶涌水的條件

基坑巖溶的發(fā)育條件和基坑巖溶水的動力條件是基坑巖溶涌水的兩大條件，巖溶發(fā)育關(guān)系到巖溶管道的溶蝕斷裂，巖溶動力條件也是保證基坑在巖溶地下水位之下的重要條件。

2.1??發(fā)育條件

巖溶涌水的規(guī)模是由巖溶發(fā)育的規(guī)模決定的，在巖溶涌水部位當中，可溶巖和不可溶巖接觸帶、暗河系統(tǒng)河管道系統(tǒng)、可溶巖中的斷層帶、破碎帶和不整合界面組成的結(jié)構(gòu)破碎帶是巖溶涌水的重點部位。在可溶巖和不可溶巖接觸帶，不透水層是不可溶巖的主要結(jié)構(gòu)，不可溶巖構(gòu)成了巖溶發(fā)育和地下水活動的控制界面，當巖溶水在此界面上匯集和排泄的時候，容易形成溶蝕帶和暗河，產(chǎn)生巖溶涌水現(xiàn)象。巖溶地下水通常沿著構(gòu)造破碎帶進行徑流和排泄，是產(chǎn)生巖溶涌水現(xiàn)象的主要部位。在下基坑巖溶管道系統(tǒng)交錯地區(qū)，低于地下水位的暗河常年有水，而且水量隨著降水量的變化而變化，巖溶涌水量也比較大。

2.2??動力條件

水平滲流帶、垂直滲流帶、虹吸滲流帶和季節(jié)變化帶是巖溶地區(qū)的主要涌水動力帶，這些水動力帶都是根據(jù)水力學的相關(guān)特征和性質(zhì)形成的，當巖溶水區(qū)域的水電水利工程基坑在這四個水動力帶內(nèi)的時候，水流的力學性質(zhì)就變?yōu)橹亓μ荻攘骱蛪毫μ荻攘?。當季?jié)變化帶發(fā)生涌水的時候，巖溶涌水量往往受降水強度的影響，被降水的滲透條件所控制，涌水量比較集中，變化幅度比較大，突發(fā)性比較強，危害性比較大。

3??水利水電工程基坑巖溶涌水的類型

根據(jù)巖溶涌水量的大小，可以將水利水電工程基坑巖溶涌水分為特大巖溶涌水、大量巖溶涌水、中等巖溶涌水、少量巖溶涌水和微量巖溶涌水五種;根據(jù)基坑巖溶的地質(zhì)構(gòu)造，可以劃分為裂隙巖溶涌水、斷裂帶巖溶涌水、接觸帶巖溶涌水等;根據(jù)涌水形式，可以劃分為線流巖溶涌水、涌流巖溶涌水、滲流巖溶涌水;根據(jù)巖溶涌水特征，可以劃分為擴散式巖溶涌水、管道式巖溶涌水和復合式巖溶涌水;根據(jù)巖溶涌水的動態(tài)變化特征，可以劃分為穩(wěn)定型巖溶涌水和突發(fā)型巖溶涌水。

4??水利水電工程基坑巖溶涌水預測

4.1??巖溶涌水類型預測

巖溶涌水類型預測主要依據(jù)巖溶地下水循環(huán)的特征和巖溶涌水動力特征，當巖溶管道和基坑破碎帶等并存的時候，巖溶涌水的類型是復合型巖溶涌水，不僅包括擴散型的涌水，還包括管道型的涌水。這種類型的危害比較大，比較難處理;巖溶斷裂層帶、溶蝕破碎帶和裂隙聚集帶等巖溶涌水類型是擴散型巖溶涌水，涌水量較小，危害性也較小，比較容易處理，容易產(chǎn)生壓力流巖溶涌水;暗河、巖溶管道巖溶涌水的類型主要是管道流巖溶涌水，這種類型的涌水量是比較大的，難以處理。

4.2??巖溶涌水量預測

管道涌水量預測在巖溶涌水量預測當中是比較重要的，要想進行管道涌水量預測，必須對巖溶地下水管道進行勘察。巖溶涌水預測不僅要先了解對巖溶的地質(zhì)條件和發(fā)育程度，還要建立起符合當?shù)氐刭|(zhì)的數(shù)學模型。

4.3??巖溶涌水預測方法

目前，常用的巖溶涌水預測方法是水文地質(zhì)比較法和水均衡法。水均衡法主要是運用水均衡的相關(guān)原理來確定地下水量的收支關(guān)系，監(jiān)理出地下水均衡的專用方程式。利用水均衡原理預測基坑巖溶涌水量的計算公式是：

Q=（1?000×A×a×X）/（d×86?400）.?????（1）

式（1）中：Q為巖溶涌水量;a為滲流系數(shù);X為降雨量;d為均衡天數(shù)。

當降雨量在固定范圍內(nèi)變化時，滲流量和降水量具有線性關(guān)系。此時，滲流系數(shù)的計算公式是：

a=∑MiXi/∑Xi2.??????????????（2）

式（2）中：Mi為每次的滲流量;Xi為每次降水量。其中，每次滲流量的計算公式為：

Mi=Xi-Yi-Zi.???????????????（3）

式（3）中：Zi為每次的水蒸發(fā)量;Yi是每次的徑流量。

當基坑巖溶涌水量是地下水徑流量的時候，S的值為1;當基坑巖溶涌水量僅僅是少量地下水量的時候，S的值小于1.?S的值根據(jù)基坑巖溶的地質(zhì)變化而變化。

水文地質(zhì)比較法主要依據(jù)已建工程巖溶涌水量相關(guān)資料對基坑巖溶的地質(zhì)條件進行對比分析，利用相似性原理對巖溶涌水量進行預測。利用該方法找到比較相似的基坑是比較困難的，預測出的巖溶涌水值準確率較低，因此，想要提高預測準確率，必須對基坑間的巖溶地質(zhì)條件的相似性進行詳細論證。

5??結(jié)束語

綜上所述，在水利水電工程基坑巖溶涌水的預測中，必須對巖溶的水文地質(zhì)條件進行深入了解，建立起合理的數(shù)學模型。巖溶涌水量預測應當把水均衡法作為主要預測方法，并結(jié)合其他方法進行綜合預測。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕

Water?Conservancy?and?Hydropower?Engineering?Foundation?on?Karst?Water?Inflow?and?Prediction

Liu?Hui

Abstract：?The?construction?of?hydropower?stations?in?the?karst?area，?when?will?face?massive?problems?karst?gushing?water，?in?order?to?solve?this?problem，?you?need?to?spend?a?lot?of?material?and?human?resources，?karst?area?karst?gushing?water?conservancy?and?hydropower?engineering?geological?excavation?construction?often?appear?issues?affecting?the?construction，?threatening?the?safety?of?construction?workers.?To?predict?pit?karst?gushing?water?conservancy?and?hydropower，?we?must?first?understand?the?types?and?characteristics?of?karst?gushing?water?conservancy?and?hydropower?project?of?excavation.

Key?words：?water?resources?and?hydropower?engineering;?karst?water?gushing?pit;?dynamic?conditions;?forecasting?model