船閘室喀斯特地下水處理研究

陳佳培 任 磊

(南京市水利建筑工程有限公司，江蘇 南京 210000)

喀斯特是水對可溶性巖石(碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等)進行以化學溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機械作用為輔的地質(zhì)作用。水動力對可溶性巖石進行化學溶解，使可溶性巖石內(nèi)裂隙與通道不斷擴展變大，進而形成洞穴。在船閘基坑施工過程中，喀斯特容易誘發(fā)基坑涌水，因此如何有效進行基坑涌水防治是水利技術(shù)人員必須攻克的難題。

1 工程概況

大藤峽水利樞紐工程通航建筑物為單級船閘，布置于黔江左岸，由上游引航道、船閘主體部位及下游引航道組成。船閘主體段長385m，由上閘首、閘室及下閘首組成，其中閘室墻長度為268.2m，航槽寬度34m，采用分離式結(jié)構(gòu)。重力式邊墩(墻)頂高程65.00m，基礎(chǔ)建在弱風化基巖上。上閘首擋水前緣寬度113m，沿水流方向長58.8m，人字門底檻頂高程38.20m；下閘首長58m，頂寬80m，底寬116.4m，人字門底檻頂高程14.95m。

2 工程水文地質(zhì)

主要發(fā)育3條斷層，F(xiàn)240斷層在左岸山坡通過，斷層走向與壩線相交35°，鉆孔ZK964(孔深9.95m,傾斜15.36°)揭露的F240斷層破碎帶，由碎裂巖和斷層泥組成，F(xiàn)285斷層在左岸山坡通過，斷層走向與壩線交角67°，斷層規(guī)模不大，F(xiàn)141斷層在右岸山坡露出，斷層走向與壩線夾角60°，傾向山里，傾角70°，破碎帶寬度不大。

地下水主要為松散堆積層中的孔隙潛水和基巖裂隙水?？紫稘撍饕植加冖窦夒A地的黏土和混合土卵石層中；基巖裂隙水分布于基巖的風化裂隙中，局部具有承壓性，鉆孔CZK119發(fā)現(xiàn)承壓水，承壓水頭3.05m，流量約4L/min。下水埋深Ⅰ級階地一般3～6m，低山丘陵一般10～15m。

3 地下水處理方案

為滿足船閘基坑土石方開挖及混凝土干地施工要求，根據(jù)船閘結(jié)構(gòu)布置和施工要求，并結(jié)合現(xiàn)場施工條件，3號喀斯特地下水處理施工分為三個階段進行。

3.1 第一階段處理方案

利用左邊墻基礎(chǔ)喀斯特開挖處理形成的深槽作為集水井，在深槽集水井下游側(cè)-2.00m高程平臺上布置3臺300S32A抽水泵(Q=810m3/h，功率75kW，總抽水能力為2430m3/h)，并沿-2.00m高程平臺布設(shè)三道DN250鋼管至下游泄水箱涵處終點泵站，管道通過焊接接長。后續(xù)管道布置范圍內(nèi)混凝土澆筑時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況對管道進行改線。

為對喀斯特地下水進行引排，在喀斯特洞內(nèi)埋入4根DN500排水鋼管，出口外設(shè)置混凝土擋水圍堰，排水鋼管埋入擋水圍堰內(nèi)，混凝土為C25W8F100三級配。為給擋水圍堰混凝土澆筑創(chuàng)造干地施工條件，混凝土澆筑時，在其與左岸邊坡坡腳之間采用黏土袋及黏土設(shè)置土圍堰，土圍堰待混凝土圍堰達到一定強度后采用長臂反鏟及人工進行拆除，并將黏土盡量清除干凈。土圍堰拆除后，按照“大藤峽水利樞紐工程船閘字2016年10號”要求進行該段墊座混凝土及貼坡混凝土澆筑施工。

喀斯特地下水通過排水鋼管引出至深槽集水井，再利用上述抽水泵進行抽排(見圖1)。

圖1 3號喀斯特地下水處理一期平面布置

3.2 第二階段處理方案

當閘室左邊墻4號塊上游段輸泄水廊道底板澆筑完成，需進行3號喀斯特地下水排水系統(tǒng)占壓的4號及5號塊邊墻混凝土施工時，將混凝土擋水圍堰內(nèi)上游測兩根鋼管加長引到已澆筑成型的輸水廊道底板上，并在管道上安裝閘閥及排氣球閥，供后續(xù)管道封堵之用。

下游側(cè)兩根鋼管于混凝土擋水圍堰內(nèi)側(cè)面處拆除，并用帶法蘭的鋼板對端頭進行封堵，同時利用管道上設(shè)置的三通管采用C25泵送混凝土對管道進行封堵。

該階段利用左邊墻1號及2號壩段廊道底板形成的突擴體(見圖2)作為集水井，集水井內(nèi)布置7臺200WQ250-22-30抽水泵(Q=250m3/h，功率30kW，總抽水能力為1750m3/h)，并沿廊道底板鋪設(shè)8道DN200PE管至下游泄水箱涵處終點泵站。

圖2 船閘做邊墻廊道底板突擴體示意圖

3.3 第三階段處理方案

當自流排水管需要封堵時，利用預先埋入溶洞內(nèi)的DN200溶洞封堵泵送混凝土管及排水管上設(shè)置的三通管，往溶洞及管道內(nèi)灌注C25泵送混凝土，對溶洞及管道進行封堵(見圖3)。

圖3 3號喀斯特地下水處理一期平面布置

溶洞封堵泵送混凝土管在底部墊座混凝土澆筑前埋入，并隨貼坡混凝土澆筑上升垂直接長引至約12.5m高程，三通管豎向支管同理接長引至12.5m高程。同時，考慮被封管道較長，為保證封堵質(zhì)量，在該2根自流排水管進水口端安裝一活動翻拍門(自制)，封堵時將翻拍門關(guān)閉，然后進行溶洞封堵，最后進行排水管封堵，并將排水管上閘閥及排氣球閥拆除(見圖4)。

圖4 3號喀斯特地下水處理溶洞及自流排水管封堵剖面

4 地下水處理施工

大藤峽船閘工程3號喀斯特地下水處理施工項目主要包括管道加工和安裝，水泵拆裝，出水口處擋水黏土圍堰填筑與拆除，混凝土圍堰澆筑，排水管道安拆，溶洞與管道封堵混凝土澆筑，地下喀斯特水抽排。

4.1 管道加工和安裝

管道加工和安裝項目主要如下：

第一階段4根DN500、單根長12m自流排水鋼管和法蘭焊接，-2.00m高程平臺抽水泵站3道通到下游泄水箱涵處終點泵站的DN250、單根長約300m的鋼管焊接。

第二階段2根直徑500mm自流排水鋼管加長焊接，輸水廊道內(nèi)7道順廊道底板至下游泄水箱涵處終點泵站的DN200的PE管，單根長約350m。

溶洞和管道封堵的DN200的封堵鋼管焊接。

具體施工方法如下：由專業(yè)技術(shù)人員按照管道布置要求進行配管設(shè)計并編制材料采購計劃，物資部門按照計劃進行采購運到現(xiàn)場，作業(yè)人員在現(xiàn)場按照配管設(shè)計進行管道加工。鋼管安裝采用16t汽車吊和人工組合按照配管圖進行安裝，鋼管連接接頭首先由管道工和電焊工配合按照配管要求將接頭連接起來，然后由電焊工用電弧焊機將接頭焊接起來。轉(zhuǎn)裝或拆除時，先將管道巖焊縫處割斷，再采用上述方式進行轉(zhuǎn)移或安裝。PE管道布置在輸水廊道底板上，由16t汽車吊和人工組合按照配管圖進行安裝，PE管道接頭由人工采用專用熱接頭連接設(shè)備在現(xiàn)場進行熱連接。拆除時將PE管分段切斷，采用人工沿廊道搬運至工作閘門井等孔洞處，利用塔機分次吊運轉(zhuǎn)移。

4.2 水泵安裝

水泵安裝項目主要包括3臺75kW離心水泵和7臺30kW潛水泵安裝。

離心水泵安裝：先根據(jù)需要在-2.0m高程平臺上澆筑水泵混凝土支座平臺，后續(xù)結(jié)構(gòu)混凝土澆筑前，采用破碎錘進行鑿除，然后由16t汽車吊和人工組合進行水泵、吸水管道、電器設(shè)備安裝，調(diào)試合格后投入運行使用。

潛水泵安裝：利用DN1200鋼管制作浮船，浮船尺寸約為3.4m×4.1m，浮船可在廊道頂板封閉前調(diào)入；在頂板封閉后，可從突擴體附近的工作閥門井利用塔機吊入。

潛水泵可先與浮船固定，再整體吊入集水井，最后將潛水泵電器控制柜安裝在浮船平臺上，調(diào)試合格后投入運行使用。

4.3 出水口圍堰施工

為滿足自流鋼管排水效果和后續(xù)所占壩段混凝土干地施工要求，在3號喀斯特地下水出水口設(shè)置混凝土圍堰，同時為保證混凝土圍堰施工質(zhì)量，在其前端布置了一道黏土圍堰，黏土圍堰為黏土編制袋和黏土結(jié)構(gòu)，黏土編織袋擋水，黏土防滲。

4.3.1 黏土圍堰施工

采用長臂反鏟對3號喀斯特地下水出口喀斯特缺陷進行清理，形成深槽集水井，然后進行下游側(cè)-2.0m 高程平臺泵站安裝，將集水井內(nèi)的水面降至出水口以下時，由人工先碼砌編織袋，并將自流排水鋼管埋入其中，然后在迎水面填筑黏土形成編織袋黏土擋水圍堰，地下水通過自流鋼管引到集水井內(nèi)?？紤]出水口外喀斯特缺陷坑范圍廣，施工人員及機械難以直接靠近出水口進行施工，現(xiàn)場可先采用石渣對坑槽進行回填，形成施工平臺，后續(xù)再對其進行清除，具體回填與清挖工程量以現(xiàn)場實際發(fā)生計。

該部位墊座混凝土及貼坡混凝土澆筑前，采用長臂反鏟配合人工編織袋黏土圍堰拆除。

4.3.2 混凝土圍堰施工

編織袋黏土圍堰形成后及時進行混凝土圍堰施工。由人工安裝鋼模板，用水管將縫面沖洗干凈?；炷劣砂韬蜆巧a(chǎn)，15t自卸車運輸，長臂反鏟將混凝土卸入模板內(nèi)，人工用φ100振搗器振搗密實。

混凝土圍堰與編織袋結(jié)合面后續(xù)采用高壓水槍進行沖毛處理，對面層局部不合格混凝土采用人工方式進行鑿除。

4.4 溶洞和管道封堵混凝土施工

當閘室被占壓的第4塊閘墻混凝土澆筑至高程12.00m后，開始進行3號喀斯特溶洞和自流排水管道封堵，封堵采用泵送混凝土。封堵前，由人工將自流排水鋼管進水口的翻拍門關(guān)閉，然后利用預埋的DN200溶洞封堵泵送混凝土管往溶洞內(nèi)灌注C25一級配泵送混凝土，對溶洞進行封堵，最后利用排水管上預留的三通管豎向支管向管道內(nèi)灌注C25一級配泵送混凝土，對管道進行封堵，封堵完成后，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況對管道閘閥、排氣球閥及部分管道進行拆除，以減少其對結(jié)構(gòu)混凝土空間的占用。

封堵混凝土由拌和樓生產(chǎn)，9m3攪拌車運輸，塔吊配3m3臥罐將混凝土卸到封堵管道頂部的受料斗內(nèi)直接進入溶洞和管道內(nèi)。

5 質(zhì)量保證措施

所用水泥、外加劑、砂石骨料等要定期隨機抽樣檢查與試驗，禁止不合格料進入拌和系統(tǒng)。

混凝土圍堰澆筑前，需對外圍水進行有效堵截，倉面水應(yīng)及時排出。長臂反鏟入倉時，混凝土自由下落高差不宜大于2.0m，入倉后及時進行平倉振搗，振搗插點要均勻，不欠振、不漏振、不過振?；炷羾吲c編織袋黏土埂接觸面應(yīng)進行沖毛，并將局部不合格混凝土進行鑿除，確保混凝土質(zhì)量。自流排水管制作應(yīng)按施工圖紙進行，其中進口處翻拍門在管道預埋前現(xiàn)場應(yīng)進行開閉模擬實驗，確保其能正常開閉，溶洞及管道封堵前應(yīng)將其關(guān)閉，以保證管道封堵質(zhì)量。

6 結(jié) 語

針對船閘閘室喀斯特涌水，通過自流引水和抽排相結(jié)合、混凝土封堵的方案進行分階段處理，其效果在大藤峽船閘閘室得到了很好的驗證，成功將3號喀斯特地下水約束于閘室左閘墻外，滿足船閘工程混凝土干地施工要求，該設(shè)計方案可供類似工程參考。