貴州黔中大壩左岸帷幕充砂溶洞段處理技術

雷順榮

(貴州省水利投資集團有限公司， 貴州 貴陽 550000)

貴州黔中大壩左岸帷幕充砂溶洞段處理技術

雷順榮

(貴州省水利投資集團有限公司， 貴州 貴陽 550000)

巖溶地區(qū)筑壩建庫，防滲處理是工程技術的重點、難點，尤其是遇到(充填)溶洞、巖溶管線等復雜地質情況時，處理結果的好壞將直接影響工程能否正常運行。處理方案的選擇受溶洞成因分析、邊界條件調查、施工條件等諸多因素影響，本文介紹了黔中水利樞紐工程大壩左岸帷幕灌漿工程ZPD4灌漿平洞大型充砂溶洞處理方案，并進行了經驗總結。

黔中水利樞紐工程； 帷幕灌漿； 充砂溶洞； 處理方案； 經驗總結

1 工程概況

1.1 樞紐工程概況

黔中水利樞紐工程位于貴州中部苗嶺寬緩山脊、兩江分水嶺河源地帶、巖溶峽谷山區(qū)，工程以灌溉、城市供水為主，兼顧發(fā)電等綜合利用，并為改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件，是Ⅰ等大(1)型水利樞紐工程。水庫正常蓄水位1331.00m，總庫容10.89億m3；電站裝機容量136MW。水庫大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1335.00m，最大壩高157m。

1.2 左岸帷幕布置概況

左岸帷幕平面布置投影總長2045.61m，平面上巖溶發(fā)育段設計采用梅花形布孔，孔距3m，排距1m；巖溶相對不發(fā)育段及遠壩段帷幕采用單排布置，孔距2～3m。立面布置依據(jù)下限最低高程1110.00m至帷幕上限高程(正常蓄水位高程1331.00m)的最大深度221m，分成四層灌漿設計，即ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ、ZⅣ層(其中ZⅣ層為第四層即最低層，起灌高程約1201.00m)。各層灌漿布置中，平面上采用錯開平行布置，各層中心線間距4m，上層平洞帷幕灌漿下限低于下層平洞底板高程3m，各層帷幕之間從下層平洞內打斜孔進行帷幕搭接灌漿封閉。

2 充砂溶洞概況

2.1 充砂溶洞前期支護處理

ZPD4為左岸第四層(底層)灌漿平洞，平洞長725m，底板面高程1201.00m。在平洞開挖時，于ZPD4灌漿平洞樁號0+238～0+296段出現(xiàn)砂層，全長58m，開挖揭露圍巖均由細砂狀充填物組成，部分為流砂，偶夾孤石。溶洞段施工開挖難度較大，進尺慢，開挖后自穩(wěn)較差，垮塌嚴重，施工掘進主要采取邊開挖、邊支護的方式進行，采用超前管棚、(加強)鋼支撐并結合鋼板或掛網噴混凝土的支護措施。支護后充砂溶洞段平洞基本成形，具備下階段施工條件。

2.2 充砂溶洞邊界調查

為查明該溶洞形態(tài)、規(guī)模和溶洞四周砂層的厚度，在灌漿平洞(ZPD4)樁號段0+238～0+296庫內、庫外側和頂、底板，按梅花形布置勘探孔(洞內勘探布置見圖1)，共46孔，總進尺562m，勘探發(fā)現(xiàn)溶洞形態(tài)極不規(guī)則，洞頂高程最高1214.40m，洞底最低高程約1189.00m；溶洞斷面高度最大高度約25m，平均高15～20m；最寬24m，平均寬13～15m，溶洞體積約1.68萬m3。溶洞被細砂土、孤石充填，未見到洞穴的侵溶蝕形態(tài)特征，屬大型充填型溶洞。

圖1 洞內勘探孔布置

根據(jù)在溶洞段布置的46個勘探孔揭露的砂層厚度(以穿過砂層段并進行基巖5m結束)，設計繪制了砂層段的平剖面圖，見圖2；該溶洞發(fā)育無任何規(guī)律，以平洞為中心，上下左右最深砂層厚度均為10m左右；平洞底板以上溶洞空間體積約為0.63萬m3，平洞底板以下溶洞空間體積約為1.05萬m3。

圖2 溶洞剖面 (單位: mm)

3 溶洞段防滲處理方案

3.1 處理方案設計

根據(jù)工程實際情況，并結合專家意見，綜合擬定了三種處理方案進行分析比較。

a.方案一：灌漿平洞底板高程以下采用混凝土防滲墻、上部采用高壓灌漿。平洞底板以下采用人工挖孔樁的型式，跳樁開挖、分層護壁、隔孔澆筑，將沿帷幕線溶洞段內充填的砂層分次序挖出，并逐步形成連續(xù)、封閉的混凝土防滲墻；上部采用高壓灌漿方式解決ZPD3層底部及其與ZPD4層帷幕的連接。

b.方案二：灌漿平洞下部采用混凝土防滲墻、上部清除砂層回填混凝土。平洞底板以下仍采用與“方案一”相同的防滲墻形式，平洞底板以上則考慮全部挖除充填物，再用混凝土回填，待上部回填施工完成后，在平洞內對底板以下保留的砂層充填物實施高壓固結灌漿。

c.方案三：全部清除砂層回填混凝土?？紤]水庫蓄水運行期砂層溶洞段平洞及防滲體結構的整體穩(wěn)定，防滲帷幕的整體有效連接等方面因素，通過從方案實施效果、實施難度、工程投資等多方面進行綜合比選，推薦選用方案三。

3.2 充砂溶洞處理施工及方案調整

3.2.1 溶洞處理施工

施工時，將庫內灌漿平洞的施工支洞ZD7作為砂層處理的上游施工通道，形成上游工作面，由樁號0+300向0+230端施工；將大壩下游灌漿平洞的施工支洞ZD5作為砂層處理的下游施工通道，形成下游工作面，由樁號0+238向0+296端施工，主要采用小型機械施工，80挖機開挖，30裝載機裝車，5m3農用車運渣出洞外。混凝土采用4m3罐車經上游施工支洞運至洞內，泵送入倉，輸送泵安放在樁號0+300側。

主要施工內容及初步擬定的施工順序：先拆除鋼支撐，依次挖除上部、下部充填物，再進行下部混凝土回填施工，最后進行灌漿平洞襯砌及上部回填混凝土施工。

3.2.2 施工遇到的主要問題及施工順序調整

拆除鋼支撐后形成臨空面，在開挖過程中隨著臨空面的變大，正頂部時有掉塊和頂板坍塌，施工作業(yè)危險性極大，作業(yè)人員的安全得不到保障。樁號0+300側拆除鋼支撐后開挖加坍塌形成的頂板跨度過大(最大高寬均達24m)，頂部揭露巖體破碎，主要充填黏土夾砂并含孤石，高度固結，且樁號0+280～0+288段背水側邊墻因受NW40°裂隙切割，形成70°倒懸，巖面光滑，在施工過程中出現(xiàn)幾次掉塊垮塌現(xiàn)象。

為盡可能降低安全風險，結合勘探孔探測的溶洞邊界情況，因中間段(0+265～280)較窄(寬約4～6m)，將施工開挖順序調整為從中部(樁號0+253～261)向兩側打開工作面，洞壁較穩(wěn)定，且主要以細砂夾礫石充填，充填物開挖時雖偶有自然坍塌，但風險相對可控，開挖總體順利。

砂層清除基本接近勘探邊界后，形成了樁號0+300端傾向北西方向、0+230端傾向南東方向且兩端跨度較大、中部相對較窄的溶洞。其中樁號0+260向0+240之間為向背水側擴展的喇叭形溶洞大廳，平洞底板以上高度12～15m，最大寬度約20m；樁號0+280～300段底板以上為15～20m高、中部約25m寬的溶洞大廳?？涨豁敳慷酁樯梆ね翃A泥巖碎屑、砂土互層充填物為砂黏土夾塊石與薄層砂土互層，砂層清除后，隨著揭露時間增加，頂部開始頻繁的掉塊及垮塌，對底板以下的施工形成了極大的安全隱患。

3.2.3 溶洞處理方案調整

針對底板下部施工時，空腔頂部隨時可能掉塊或垮塌產生的安全隱患，結合上部清除充填物后出露的圍巖情況，對溶洞處理方案進行調整。處理方案仍分為兩部分：一部分是底板▽1199.50m高程以上部分，另一部分是底板▽1199.50m高程以下部分。

底板▽1199.50m高程以上部分采取將砂層充填物基本清除(庫內側必須滿足上層帷幕搭接質量及保證施工期安全，清除至少至ZPD3層平洞庫內側邊線；庫外側開挖至基巖面)，采用C20混凝土回填密實，頂部采用回填灌漿處理；底板▽1199.50m高程以下部分采用C25采用混凝土防滲墻型式處理，整個下部結構由沿帷幕軸線的防滲墻及傳力墻組成，C25鋼筋混凝土防滲墻墻體厚度3m，平面長度為64m(ZPD4 0+236～0+300m段)，防滲墻其后(防滲墻庫外側)沿軸線每隔13m設置一道C25鋼筋混凝土傳力墻，傳力墻厚度也為3m，見圖3。

澆筑上部回填混凝土時預留防滲墻及傳力墻的施工廊道，給下部開挖提供安全保障。防滲墻及傳力墻基礎必須嵌入基巖(至少伸入弱風化巖體以下0.5m)，防滲墻采用人工挖孔樁，跳樁開挖、分層護壁、隔孔澆筑、分序連接的方式，將該溶洞段在沿帷幕線孔樁范圍內充填的砂層分次序挖出，并逐步形成連續(xù)、封閉的混凝土防滲墻，對防滲墻兩側保留的砂層實施高壓固結灌漿。

圖3 調整處理方案(單位：mm)

4 處理過程及效果評價

a.在灌漿平洞開挖時遇到充砂溶洞，采取強支護的方式先強行通過溶洞段，繼續(xù)平洞開挖及二襯施工對工程工期安排有利，一方面繼續(xù)平洞開挖有進一步勘明帷幕線地質情況的作用，另一方面將工程難點留在后期處理，可以充分論證處理方案并進行施工準備。

b.在樁號0+300以后帷幕施工完成后進行溶洞處理，保證了樁號0+300以后帷幕灌漿施工不受溶洞段處理的影響，確保施工順利完成。

c.對溶洞段進行相對較密的勘探孔布置是非常必要的，在勘明邊界條件的同時，為施工順序的調整提供了基礎資料，工序調整對上部充填物能安全清除是非常重要的。但該工程最終仍沒有勘探明確河道與溶洞的連接通道及其位置，這對處理方案的制定增加了難度。

d.上部充填物開挖清除完成實際工期4個月，比計劃工期增加了2個月，累計完成開挖量超過9000m3，采用以人工為主的開挖方式，開挖工效低。

e.上部開挖完成后，針對頂部垮塌安全風險大的情況，及時調整處理方案，先形成廊道后在廊道內進行下部施工，確保了下部施工人員的安全，這是方案適時調整取得的明顯效果，至全部處理完成，沒有出現(xiàn)一例安全事故。但上部開挖尤其在樁號0+300側空腔的開挖、廊道立模施工基本上是在不能控制安全風險的條件下進行，這種安排不可取。

f.水庫蓄水一年多，對底層平洞滲水量和壩后左岸河道邊滲出水點進行觀測，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的水量變化，也沒有發(fā)現(xiàn)新增出水點，左岸防滲總體效果達到了設計要求。

5 結 語

巖溶地區(qū)筑壩建庫防滲工作是重點，遇(充填)溶洞、巖溶管線等又是防滲工作的重點和難點，因具體工程所遇溶洞規(guī)模、地質情況等不同，其處理方案也不同，但對溶洞進行勘探調查、擬定設計方案、根據(jù)施工揭露情況適時調整方案的工作方法基本得到業(yè)界認可。本文所介紹的溶洞因其位置深、承受水頭大、規(guī)模大且地質條件復雜，其處理過程可為類似工程借鑒。但該工程在處理溶洞時仍有很多工作沒有做得更細，希望在借鑒的同時進一步研究細化具體方案，爭取更好的處理效果。

Curtain sand-filling karst cave segment treatment technology on the left bank of Guizhou Qianzhong Dam

LEI Shunrong

(GuizhouWaterConservancyInvestmentGroupCo.,Ltd.,Guiyang550000,China)

Anti-seepage treatment is the emphasis and difficulty of engineering technology during dam and reservoir construction in karst regions. The treatment result will directly affect whether the project can be operated normally or not especially in the case of (filling) karst cave, karst pipeline and other complex geological conditions.The selection of treatment plan is affected by cause analysis of karst caves, boundary condition investigation, construction conditions and other factors. In the paper, experience is summarized aiming at ZPD4 grouting foot-rill large-scale sand-filling karst treatment plan in curtain grouting projects on the left bank of Qianzhong Key Water Control Dam.

Qianzhong Key Water Control Project ; curtain grouting; sand-filling karst; treatment plan; experience summary

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.06.002

TV543+.5

A

1005-4774(2017)06- 0005- 05