馬鞭田水庫伏流堵漏成庫研究

楊元紅，龍云寶，趙應武

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

1　工程概況

馬鞭田水庫工程位于黔西南州義龍試驗區(qū)德臥鎮(zhèn)、新橋鎮(zhèn)和木咱鎮(zhèn)交界處，庫首位于珠江流域西江水系南盤江的一級支流白水河上的落水洞，壩址以上集雨面積369.4 km2，多年平均流量7.47 m3/s，現(xiàn)為天然海子成庫，為白水河一級電站庫區(qū)，距德臥鎮(zhèn)約4.3 km，距新橋鎮(zhèn)3.6 km，有公路直達壩區(qū)，交通較為便利。工程主要任務是為新德龍產(chǎn)業(yè)園區(qū)供水、灌溉，兼顧發(fā)電及水生態(tài)文明建設等綜合利用。

馬鞭田水庫工程主要包括水源工程和供水工程。水源工程主要建筑物有防滲堵漏、左岸溢洪洞、取水發(fā)電進口改造、新莊排澇暗渠。供水工程包括提水泵站(馬鞭田泵站)、輸水線路兩部分。

工程推薦方案為防滲堵漏成庫方案，壩前淤沙高程1133.99 m，水平淤沙高程1139.99 m，水庫死水位1140 m，死庫容7.82×106m3，正常蓄水位為1152 m，相應庫容為3.595×107m3，水庫校核洪水位1158.42 m，總庫容6.685×107m3。

工程建成后，P=95%新德龍產(chǎn)業(yè)園區(qū)毛供水量為3.51×107m3/a；可灌溉5.3×106m2耕地，P=80%灌溉用水量為2.9×106m3/a；并下放環(huán)境水量2.137×107m3/a。

馬鞭田水庫工程等別為Ⅲ等，樞紐主要建筑物級別為3級，供水輸水建筑物(泵站、管道)級別為3級。提水總流量為1.911 m3/s。其中供水流量1.447 m3/s、灌溉流量0.464 m3/s。

從地形上來說，馬鞭田伏流以上段河岸平緩，河兩岸居民較多，且規(guī)劃為義龍新區(qū)核心區(qū)和新德龍產(chǎn)業(yè)園區(qū)，已無成庫條件。結(jié)合流域上已有的工程和地形地質(zhì)情況，白水河具有成庫條件的河段位于伏流洞前段200 m范圍內(nèi)，其中老鷹嘴到落水洞之間河道較狹窄，河面一般寬度80～150 m，兩岸山體較陡，具備建壩成庫條件，但該段河床有深達28 m淤積層，強風化厚度8～10 m，對壩基開挖、處理、壩體下部混凝土澆筑、施工導流技術上處理難度大，工程量大，且投資高，不利于建壩成庫。

2　堵漏成庫研究

2.1　堵漏成庫位置選擇

白水河末端于落水洞入伏，現(xiàn)狀入伏口及附近河面高程約1125 m左右，未封堵前的入伏口高程約1118～1120 m。根據(jù)測量資料，白水河在現(xiàn)今壩甲塘出口高程約1118 m，入伏口至壩甲塘出口間暗河長度約1 km。入伏口至壩甲塘暗河附近地表高程1120～1210 m，暗河北部的兩棵樹一帶地表高程1202～1216 m，至賣油坪一帶地表高程升至1216.3～1227.5 m。入伏口至壩甲塘暗河東側(cè)地表高程1122.0～1292.5 m。馬鞭田水庫正常蓄水位1152.0 m，從地形上看，完全能滿足堵漏成庫條件。地質(zhì)上，馬鞭田主要滲漏通道位于落水洞末端-壩甲塘-瓢壩塘一帶，采取溶洞封堵和防滲堵漏，具備成庫條件。結(jié)合實際的地形地質(zhì)條件，具備堵漏成庫的位置主要位于落水洞-壩甲塘之間和壩甲塘-瓢壩塘之間兩處。

2.2　防滲帷幕設計

本工程為堵漏成庫，沒有擋水大壩，主要建筑物級別為3級，防滲標準按3級建筑物的標準執(zhí)行，一般3級建筑物透水率q為3～5 Lu，本工程水量利用系數(shù)26.1%，水量利用系數(shù)較低。因此，帷幕標準取上限值為5 Lu。

水庫正常蓄水位1152 m，帷幕上限取1152 m，帷幕灌漿地表高程位于1190～1300 m之間，均高于帷幕灌漿上限。因此，在1152 m高程設置一條灌漿平洞，稱為上層平洞，灌漿平洞長度和帷幕長相同，為2797.86 m。在帷1+384.934處設置一條施工支洞，支洞出口位于壩甲塘，長500 m。

帷幕下限為1020 m，最大灌漿深度132 m，綜合考慮施工、灌漿效果 、經(jīng)濟性，在帷幕中部設置一條灌漿平洞，稱為下層平洞。在帷1+670.535處設置一條施工支洞，支洞出口位于白水河一級電站右側(cè)330 m處，支洞長1070 m。上下層平洞在平面上錯開布置，均采用豎孔灌漿，上層平洞靠近水庫側(cè)，按上層灌漿孔與下層平洞內(nèi)壁距離>3 m控制，兩層平洞軸線距離為6.5 m。下層平洞高程1090 m，位于帷0+443.042～帷2+511.249之間，長2068.207 m，下層灌漿深度70 m，上層灌漿搭接到下層底板以下5 m，上層灌漿深度67 m，在下層平洞內(nèi)采用水平孔和斜孔進行搭接上下帷幕，搭接孔與上層灌漿孔交叉搭接，長7 m，斷面上布置4孔。

帷幕分為單排孔、雙排孔和三排孔，帷0+000～帷0+783.594和帷2+377.747～帷2+797.863段合計長1203.71 m，采用單排灌漿，間距2 m，分3序孔布置。1+338.594～帷2+377.747段合計長1039.153 m，采用雙排灌漿，灌漿孔排距1.5 m，間距3 m，交錯布置，分2序孔灌漿。帷0+783.594～帷1+338.594 段長555 m，位于主滲漏通道范圍內(nèi)，采用三排孔灌漿，灌漿孔排距1.5 m，間距2 m，交錯布置，分2序孔灌漿。在施工中預留帷幕灌漿檢查孔作壓水實驗，檢查孔數(shù)目為灌漿總數(shù)的10%，其位置根據(jù)實際灌漿情況確定。

帷幕灌漿施工時，應選擇枯期施工，應盡大可能降低上游的水位，以確保灌漿質(zhì)量。

單排孔和雙排孔段灌漿平洞凈寬3 m，凈高3.5 m，城門洞型斷面，圓心角180°，三排孔段灌漿平洞凈寬4 m，凈高4 m，城門洞型斷面圓心角180°。隧洞頂拱斷面上布置φ45回填灌漿孔3個，排距4 m，上層灌漿平洞頂拱斷面上布置2個φ50排水孔，排距4 m，深入圍巖3 m，下層平洞在下游側(cè)布置1個φ50排水孔，排距4 m，深入圍巖3 m[1]。

上層帷幕灌漿平洞Ⅲ類圍巖采用C25素混凝土支護底板和邊墻，頂拱噴C20混凝土厚0.1 m，局部掛網(wǎng)，隨機錨桿支護。其余洞段均采用C25鋼筋混凝土襯砌，上層平洞2排孔段Ⅳ類圍巖襯砌厚度0.4 m，Ⅴ類圍巖襯砌厚度0.45 m，3排帷幕灌漿段襯砌厚度0.5 m。下層帷幕由于處于正常蓄水位以下62 m，襯砌厚度均按0.6 m設計[2]。

2.3　地下滲漏通道封堵

地下滲漏主通道封堵段暗河溶洞高約3～15 m，暗河兩側(cè)溶洞延伸長度分別為100～150 m，現(xiàn)今落水洞至壩甲塘暗河底板高程約1120 m，溶洞末端呈溶縫狀延伸，暗河兩側(cè)地面坡度5°～30°，暗河底部為砂礫石覆蓋。受下游壩甲塘落水洞封堵影響，現(xiàn)今暗河底部溶洞充填物大致有兩層，下部為壩甲塘落水洞封堵前的砂礫石層，上層為砂質(zhì)黏土層。根據(jù)壩甲寨居民描述，估算堵頭段溶洞面積2200～2800 m2。

堵頭段主要地層巖性為三疊系中統(tǒng)關嶺組第一段(T2g1)灰色薄至中厚層白云巖夾少量泥質(zhì)白云巖，巖層產(chǎn)狀127°∠6°。堵頭段溶洞周邊巖體在下游壩甲塘落水洞未封堵前，長期受水流沖刷，破碎巖體已被水流沖刷、淘蝕而剝落，因巖溶作用影響，可能局部溶蝕嚴重、存在陡傾溶蝕裂隙發(fā)育，總體而言，現(xiàn)今溶洞周邊巖體基本完整，綜合判斷為Ⅲ～Ⅳ類圍巖[3]。

滲漏主通道封堵應選擇在枯季施工，溶洞封堵前，通過發(fā)電隧洞盡量降低庫水位，溶洞內(nèi)局部積水通過抽排引出，滲漏主通道出口位于壩甲塘，水位下降后，從壩甲塘擴挖原地下通道進入封堵段溶洞，考慮壩甲塘進入溶洞的不確定性，通過灌漿平洞內(nèi)開挖豎井追蹤和進入封堵段，豎井位于灌漿平洞中心線上，直徑1.2 m，溶洞封堵后，采用C20混凝土封堵豎井。

由于下層滲漏主通道高程1030～1060 m，位于地下水位以下，溶洞低于水庫庫底高程(約1125 m)，也低于下游八光海子(約1050 m)，無自流排泄條件，為保證封堵效果，擬在堵頭前形成封閉圍堰，堵頭后抽排水方式，盡量創(chuàng)造干地施工。

在下層滲漏主通道附近從下層灌漿平洞向上游開挖U形灌漿洞，對封堵體形成包圍圈，支洞遠端距灌漿平洞30 m，支洞兩端相距60 m，斷面為3.0 m×3.5 m的城門洞型。溶洞段鉆φ150 mm孔后先灌注M10砂漿，后實施帷幕灌漿。其他洞段只實施帷幕灌漿，帷幕標準為5 Lu，帷幕灌漿采用雙排孔，排距1.5 m，間距3 m，灌漿底部高程為1020 m。堵體下游地下水先抽到下層平洞內(nèi)，再通過下層平洞施工支洞外排。堵體實施完成后，采用C20混凝土厚2 m對灌漿洞兩端進行封堵。

封堵段位于灌漿平洞的正下方，以平洞中心線為中心，封堵全長20 m，封堵前需對溶洞底部淤泥清除，并對洞避四周平整開挖，開挖深度0.5 m。在封堵段溶洞的兩側(cè)立模，溶洞頂部預埋回填灌漿管，澆筑C25混凝土進行封堵，封堵完成后實施溶洞頂部的回填灌漿。

下層灌漿平洞以下的溶洞，若地下水位排不干，可根據(jù)帷幕灌漿鉆孔揭露情況，針對性進行擴孔，采取孔內(nèi)灌注水下混凝土進行封堵，對封堵體周邊進行回填灌漿、接縫灌漿和接觸灌漿。

3　結(jié)　語

為充分利用水資源，解決工程性缺水難題，在伏流河道修建水庫勢在必行，馬鞭田水庫工程伏流堵漏成庫研究不僅為本工程實施提供依據(jù)，也為后續(xù)類似工程提供了參考經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部.水工隧洞設計規(guī)范：SL 279—2016[S]. 北京：中國水利水電出版社，2016.

[2]中華人民共和國水利部.水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范：SL 387—2007[S]. 北京：中國水利水電出版社，2008.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范：GB 50487—2008[S]. 北京：中國計劃出版社，2009.