拉寨水庫左壩肩溶洞分析及處理

龍?jiān)茖殻w應(yīng)武，楊元紅

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002)

1 概 述

拉寨水庫壩址位于貴州省黔南布依族苗族自治州荔波縣播堯鄉(xiāng)境內(nèi)，該鄉(xiāng)地處荔波縣西北部，距縣城28.6 km，至麻尾火車站和貴新高等級(jí)公路30 km，距小七孔景區(qū)20 km。

拉寨水庫所在的方村河屬珠江流域柳江水系，為打狗河上游河段。方村河發(fā)源于貴州省三都縣廷牌鎮(zhèn)南面(海拔高程1093.4 m)，由南向北經(jīng)甲高、甲站，方村、地莪、覺鞏、駕歐等地，在板潭下游約400 m處入洞后形成伏流，于王蒙處接納樟江。主河道全長116.6 km，流域集水面積1348 km2。

方村河流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，降雨是形成徑流的主要因素，流域內(nèi)降水的時(shí)空變化對(duì)徑流形成過程有直接的影響，該流域徑流主要由降水補(bǔ)給，徑流的變化與降水存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

水庫壩址以上集水面積588 km2，水庫正常蓄水位780 m，相應(yīng)庫容9.22×106m3，死水位770 m，死庫容2.24×106m3，興利庫容6.98×106m3，總庫容1.32×107m3，為中型水庫。工程的主要任務(wù)是工業(yè)供水和灌溉，兼有人畜飲水、生態(tài)補(bǔ)水的一項(xiàng)綜合性水利工程。工程建成后，總供水量1.2494×107m3/a，其中P=95%工業(yè)毛供水量為7.67×106m3/a；人畜飲水9.28×105m3/a；可灌溉1049 hm2農(nóng)田，P=80%灌溉用水量為3.53×106m3/a；生態(tài)補(bǔ)水量3.66×105m3/a；并下放環(huán)境水量3.441×107m3/a。

工程建設(shè)內(nèi)容包括水源工程、工業(yè)供水工程和灌區(qū)工程。

水源工程由常態(tài)混凝土重力壩、副壩、壩頂溢洪道、取水系統(tǒng)和樞紐交通等部分組成。經(jīng)壩線壩型、樞紐布置、輸水工程布置及各建筑物型式比較后，本階段推薦壩線為下壩線，推薦主壩采用混凝土重力壩、溢流壩段壩頂設(shè)閘溢洪道、溢洪道末端接消力池、左岸非溢流壩段布置取水口+右岸副壩(地表帷幕灌漿)的總布置方案。推薦樞紐布置方案為：常態(tài)混凝土重力壩(主壩)+壩頂溢洪道+壩身取水建筑物+右岸副壩(地表帷幕灌漿)。主壩最大壩高34.7 m，建基面高程749.0 m，壩頂高程783.7 m，壩軸線長90.7 m，壩頂寬度6.0 m；右岸副壩(地表帷幕灌漿)壩頂高程783.7 m，壩軸線長140.0 m，壩頂寬度6.0 m，壩頂結(jié)構(gòu)為底層0.3 m厚塊石墊層，中部0.2 m碎石墊層，表層0.5 m厚C20混凝土。取水口進(jìn)口底板高程為767.0 m。溢洪道凈寬為30.0 m，溢洪布置為3(孔)×10.0 m(寬)×10.0 m(高)；為WES實(shí)用堰，堰頂高程為770.0 m。大壩河床段布置溢流壩，為有閘控制溢流表孔溢洪道。溢流堰采用WES型實(shí)用堰，溢流前沿凈寬30.0 m，設(shè)三孔10.0 m×10.0 m弧形鋼閘門。溢洪道采用底流消能，消力池結(jié)合下游河道地形布置，消力池未端與河道相接。取水口設(shè)攔污柵、事故閘門各一套，攔污柵孔口尺寸2.0 m×2.0 m(寬×高)，閘門孔口尺寸1.5 m×1.5 m(寬×高)。取水管管徑1.5 m，取水管主管出壩身后分岔出2根支管，管徑分別為0.7 m(灌溉取水管)及1.0 m(放水管)。上壩公路位于左岸，上壩公路路面寬6 m，路面為混凝土路面。

工業(yè)園區(qū)供水工程包括泵站、供水管道、末端高位水池；從板潭水庫庫內(nèi)一級(jí)提水泵站提水，經(jīng)7.2 km輸水管(直徑為600 mm，單管布置)直接將水送至末端高位水池。駕播工業(yè)園區(qū)泵站設(shè)計(jì)流量0.34 m3/s，泵站裝機(jī)3×450 kW。

灌區(qū)管線按主干管、左干管、右干管布置，管道總長16.122 km。其中，主干管總長1.075 km，設(shè)計(jì)流量0.345 m3/s，管徑0.70 m；右干管總長9.073 km，設(shè)計(jì)流量0.256～0.039 m3/s，管徑0.60～0.35 m；左干管總長5.974 km，設(shè)計(jì)流量0.089～0.039 m3/s，管徑0.35～0.30 m。

2 基礎(chǔ)處理及岸坡壩段穩(wěn)定分析

2.1 基礎(chǔ)處理

重力壩左岸巖溶極為發(fā)育，經(jīng)地表調(diào)查：壩線左岸下游附近發(fā)育有RD1、RD17、RD18、RD19、RD20、RD21溶洞，溶洞以順層發(fā)育為主兼垂直方向發(fā)育。大壩開挖時(shí)，左壩肩下游開挖時(shí)會(huì)揭露到RD1溶洞邊緣，形成天窗，其余的RD17、RD18、RD19、RD20、RD21溶洞發(fā)育規(guī)模較小，大壩開挖時(shí)已清除，對(duì)壩肩開挖影響較小。對(duì)左岸非溢流壩段溶洞處理措施主要有：采取C20混凝土回填；在壩基礎(chǔ)下游布置基礎(chǔ)固結(jié)灌漿孔，固結(jié)灌漿孔入巖5 m，間排距3 m，以提高基礎(chǔ)整體抗滑穩(wěn)定[1]。

2.2 岸坡壩段穩(wěn)定分析

左壩肩溶洞對(duì)岸坡壩段穩(wěn)定影響分析及計(jì)算：對(duì)左岸非溢流壩段壩縱0+076.350溶洞段沿建基面的抗滑穩(wěn)定和深層抗滑穩(wěn)定進(jìn)行了計(jì)算和分析[2]。

2.2.1 沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析和計(jì)算

以非溢流壩段壩縱0+076.350溶洞段作為復(fù)核抗滑穩(wěn)定的單元，后緣拉斷面為壩體上游鉛直面，底滑面為墊層混凝土與壩基礎(chǔ)面，壩體下游溶洞作為臨空面，不考慮壩趾處溶洞回填混凝土等有利作用，進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，沿建基面抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 非溢流壩段壩縱0+076.350沿層面抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

由計(jì)算結(jié)果可知，非溢流壩段壩縱0+076.350溶洞段在正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位工況下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K′均大于規(guī)范要求。因此，沿建基面的抗滑穩(wěn)定滿足要求。

2.2.2 深層抗滑穩(wěn)定分析和計(jì)算

以非溢流壩段壩縱0+076.350溶洞段作為復(fù)核抗滑穩(wěn)定的單元，后緣拉斷面為壩體上游鉛直面，底滑面為壩基礎(chǔ)巖層面，壩體下游溶洞作為臨空面，下游滑出面為裂隙N30°E/SE∠85°，不考慮壩趾處溶洞回填混凝土等有利作用，進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 非溢流壩段壩縱0+076.350深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

由計(jì)算結(jié)果可知，非溢流壩段壩縱0+076.350溶洞段在正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位工況下，深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K均大于規(guī)范要求，因此，深層抗滑穩(wěn)定滿足要求。

2.3 溶洞處理

左岸壩肩溶洞群距離左壩肩較近，距離為3～12 m，溶洞最低處高程為758.0 m，總體上高于鄰近壩體建基面和消力池建基面,為確保帷幕灌漿質(zhì)量并有效控制工程投資，施工工序上總體為先進(jìn)行洞內(nèi)回填混凝土施工再進(jìn)行樞紐區(qū)帷幕灌漿，主要施工工序見圖1。

圖1 溶洞處理主要施工工序簡圖

主要工序和施工方法如下：

(1)左壩肩基礎(chǔ)及邊坡開挖以揭露溶洞邊界線，對(duì)揭露的溶洞進(jìn)行擴(kuò)挖，以形成后期排水、隧洞開挖、襯砌澆筑、溶洞回填的運(yùn)輸通道。

(2)溶洞基礎(chǔ)面處理主要包括淤泥挖運(yùn)至洞外、基礎(chǔ)鑿平和找平等。溶洞內(nèi)采用機(jī)械開挖鑿平和回填石渣、混凝土等進(jìn)行找平，形成溶洞內(nèi)運(yùn)輸通道后，采取兩頭掘進(jìn)進(jìn)行溶洞排水隧洞開挖施工；人工開挖豎井、斜井，以形成后期回填溶洞的入倉進(jìn)料通道[3]。

(3)完成開挖排水隧洞和豎井、斜井后，再進(jìn)行排水隧洞襯砌的澆筑，襯砌澆筑可采取兩頭施工的方式，以縮短施工工期。

(4)待排水隧洞襯砌強(qiáng)度和齡期滿足規(guī)范要求后，再進(jìn)行襯砌回填灌漿施工。溶洞內(nèi)基礎(chǔ)面清理主要是將排水隧洞施工期的施工垃圾清除運(yùn)至洞外，并對(duì)基礎(chǔ)面采用清水沖洗，確?；靥罨炷敛课坏幕A(chǔ)面無污水、沉渣等雜物。

(5)對(duì)溶洞回填混凝土部位采取人工立模，并在溶洞頂壁預(yù)埋回填灌漿管，驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土宜分層澆筑，中下部混凝土以泵送或自卸汽車運(yùn)輸入倉，中上部空間較小，可考慮以豎井、斜井作為進(jìn)料口。

(6)溶洞回填混凝土強(qiáng)度和齡期滿足規(guī)范要求后，再進(jìn)行回填灌漿施工。

(7)上述工序完成后，方可進(jìn)行樞紐區(qū)防滲帷幕灌漿的鉆孔和注漿施工，鉆孔過程中針對(duì)鄰近溶洞部位有異常的鉆孔，應(yīng)做好記錄，以便在后期注漿時(shí)采取有針對(duì)性的處理方案。

2.4 排水洞設(shè)計(jì)

RD1洞內(nèi)分布有地下暗河，該暗河出口為溶洞最低底板，高程758.0 m，高于河床消力池池底751.458 m，暗河與方村河相通，形狀近似矩形，進(jìn)口尺寸為0.5 m(高)×1.5 m(寬)，向內(nèi)逐漸擴(kuò)大為1.5 m(高)×1.5 m(寬)，2016年10月在暗河出口處量測流量約為10 L/s，經(jīng)水文專業(yè)計(jì)算和復(fù)核可知，暗河多年平均流量為16 L/s，P=20%設(shè)計(jì)洪峰流量為11.1 m3/s。RD17、RD18、RD19、RD21溶洞均與RD1溶洞相通，左岸集雨面積較大，山區(qū)暴雨集中，地表徑流將通過暗河直接流入溶洞內(nèi)，若得不到及時(shí)引排，將對(duì)消力池邊坡及消力池結(jié)構(gòu)造成頂托破壞。同時(shí)，匯入溶洞內(nèi)的地表徑流夾帶泥沙、碎石等，直接排入消力池，也會(huì)對(duì)消力池混凝土結(jié)構(gòu)表面造成沖磨破壞，影響整個(gè)消力池結(jié)構(gòu)甚至大壩的安全和運(yùn)行。

因此，考慮堵、排結(jié)合的方式即靠消力池側(cè)的溶洞采用C20混凝土回填封堵，封堵段長10.0 m，同時(shí)自RD1中暗河最低點(diǎn)758.0 m高程處沿下游方向增加1條連通溶洞與導(dǎo)流洞的排水隧洞，及時(shí)將溶洞內(nèi)的來水通過排水隧洞排至下游河道[4]。排水隧洞長83.0 m，斷面為城門洞型，排水洞尺寸不小于暗河尺寸1.5 m(高)×1.5 m(寬)，同時(shí)考慮一定富余并結(jié)合施工斷面要求，排水洞選定過流斷面凈空2.5 m(寬)×3.2 m(高)。

3 結(jié) 論

貴州省巖溶地貌發(fā)育非常典型，喀斯特地貌面積109 084 km2，占貴州省總面積的61.9%，境內(nèi)巖溶分布范圍廣泛，形態(tài)類型齊全，地域分布明顯，構(gòu)成一種特殊的巖溶生態(tài)系統(tǒng)。由于巖溶發(fā)育，在水庫壩址壩線選擇時(shí)，很難避開溶洞的影響，但可通過補(bǔ)充勘察，進(jìn)行連通試驗(yàn)，現(xiàn)場調(diào)查等多方面分析論證，并結(jié)合類似工程的處理經(jīng)驗(yàn)，采取有針對(duì)性的處理方案。本工程壩肩溶洞從三方面加強(qiáng)處理，優(yōu)化施工工序，從而很好的解決了溶洞對(duì)大壩的影響，目前該溶洞處理方案已通過專家審查。溶洞處理是貴州省巖溶地區(qū)不可回避的工程問題，溶洞不僅對(duì)大壩有影響，更對(duì)成庫有決定性影響，因此查明溶洞分部范圍，發(fā)育規(guī)模，并采取有效的處理方案是解決山區(qū)水庫的重要課題之一。

[1] 中華人民共和國水利部.混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 319—2005[S]. 北京：中國水利水電出版社，2005.

[2] 中華人民共和國水利部.水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 386—2007[S]. 北京：中國水利水電出版社，2007.

[3] 中華人民共和國水利部.水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范：SL 378—2007[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

[4] 中華人民共和國水利部.隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 279—2016[S].北京：中國水利水電出版社，2016.