重慶市隘口水庫右岸溶洞群的處理思路與工程措施探討

郭維祥 屈昌華 昝廷東

（中國水電顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院 貴陽 550081）

1 概況

隘口水庫位于重慶秀山土家族苗族自治縣隘口鎮(zhèn)上游1.5km的平江河上，水庫設(shè)計正常蓄水位544.45m，總庫容3580m3。大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，設(shè)計最大壩高86.2m，總灌溉面積為1.34萬hm2，是一座以灌溉、防洪為主并兼顧供水、發(fā)電等綜合效益的中型水利工程。

2 主要地質(zhì)條件簡述

（1）地層巖性：壩址區(qū)主要為寒武系上統(tǒng)（∈3）與奧陶系下統(tǒng)（O1）地層，以灰?guī)r、白云巖為主，局部夾頁巖。與右岸溶洞群有關(guān)的地層為寒武系后壩組（∈3h）與毛田組（∈3m），巖性主要為厚層白云巖及灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r與白云巖互層。

（2）地質(zhì)構(gòu)造。巖層走向N50～80°E/NW 28∠～35°。由于壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于鐘靈復(fù)式背斜與平陽蓋向斜交接部位，地層受構(gòu)造運動破壞大，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，與右岸溶洞群相關(guān)的斷層主要有F2、f4、F13等。

（3）水文地質(zhì)條件。壩址地下水位高于河水位，為地下水補給河水，其中右岸地下水主要為上沱、坑沱、王家墳洼地的地表水、地下水補給平江河（地下水運動方向是由東向西補給的）。地下水類型主要為河床砂卵石孔隙水及基巖巖溶水（巖溶水又分為暗河及巖溶泉水）。右岸溶洞群所處巖體的透水率（q）以大于50Lu為主。

3 右岸溶洞群的主要發(fā)育特征及對工程的影響

隘口水庫右岸喀斯特發(fā)育，前期勘察揭示，右壩肩∈3m層溶洞直線率3.74%～13.99%；∈3h層溶洞直線率為 1.2%～61.42%；平均溶洞直線率12.7%，其中緊接右壩肩的王家墳洼地（古河床），巖溶強烈發(fā)育，高程 520m以上溶洞直線率達70%以上。施工揭露的溶洞或溶洞群主要有K4、Y-K 5、Y-K 6、K8、K 9 等（見圖 1）。

右岸溶洞群發(fā)育方向受結(jié)構(gòu)面控制，以順結(jié)構(gòu)面（如斷層面、地層層面）發(fā)育為主要特征，如右岸K5溶洞的發(fā)育方向主要受控于f4斷層，主要溶洞段順f4斷層發(fā)育，方向與斷層傾向基本一致，f4為與地層產(chǎn)狀相近的緩傾角斷層錯動帶（溶蝕強烈），厚度大于10m。

右岸溶洞或溶洞群既影響水庫防滲，也影響壩肩變形穩(wěn)定。主要溶洞或溶洞群對工程的影響簡述如下：

（1）K 4溶洞。溶洞近右壩肩發(fā)育，對壩肩穩(wěn)定有一定影響。溶洞跨越防滲線，且發(fā)育高程低于水庫正常蓄水位，影響防滲帷幕的形成及帷幕在使用期間的穩(wěn)定。

（2）Y-K 5溶洞群。發(fā)育部位距右岸壩肩70～120m，溶洞與右壩肩之間巖體喀斯特發(fā)育，溶洞體積達數(shù)萬 m3，對壩肩穩(wěn)定有一定影響。由于K 5溶洞穿跨右岸上、中、下三層灌漿平洞及引水隧洞等地下洞室，存在地下洞室穩(wěn)定問題，并將增加施工難度；K 5溶洞頂部為王家墳洼地，區(qū)間喀斯特發(fā)育，施工中發(fā)生喀斯特塌陷與涌水（雨季）的可能性較大，影響王家墳洼地底部巖體的穩(wěn)定，危及施工安全；由于K 5溶洞群位于右岸防滲帷幕線上并斜穿帷幕線，嚴重影響水庫右岸防滲，是整個防滲工作的重點。

（3）Y-K 6溶洞。從右壩肩發(fā)育至壩基以下（圖 1中的剖面示意圖），對右壩肩穩(wěn)定及水庫防滲都有較大影響。

（4）K 9溶洞。溶洞處于王家墳洼地底部，且橫穿右岸防滲帷幕線，對王家墳洼地底板穩(wěn)定、灌漿平洞穩(wěn)定及防滲帷幕施工質(zhì)量等影響較大。

圖1 右岸溶洞群平面及剖面示意圖

4 右岸溶洞群的處理思路與工程措施

4.1 溶洞處理的基本原則與方法

溶洞處理應(yīng)在查明溶洞分布、規(guī)模、充填等邊界條件后，根據(jù)工程目的有針對性地采用多種方法綜合處理，以“有效處理”(即在達到效果的前提下兼顧經(jīng)濟) 達到工程目的為原則。

對于以水庫防滲為工程目的的溶洞處理，可采用 “堵（填）”與“截”等工程措施，其中“堵（或填）”就是指封堵溶洞或管道產(chǎn)生的滲漏，通過在其適當部位（如進口部位等）設(shè)置堵體（填筑體），將溶洞或管道封堵（或回填）起來，根據(jù)工程需要，可部分封堵或全部封堵；“截”就是指在溶洞內(nèi)部巖體完整且比較狹窄處設(shè)置截水墻，或設(shè)置防滲墻（有充填物的溶洞）進行防滲封堵。

對于以提高地基承載力和巖體完整性為工程目的的溶洞處理，可采用“填”、“灌”、“樁”、“開挖置換”等工程措施，或組合工程措施。

4.2 右岸溶洞群的處理思路與工程措施

4.2.1 溶洞群處理總的思路

（1）利用各種勘察手段（如鉆探、物探、洞探等）盡量查明溶洞或溶洞群的分布、規(guī)模等邊界條件，并通過理論計算，分析、了解溶洞對水工建筑物的影響程度。

（2）根據(jù)溶洞出露位置對水工建筑物的影響程度確定處理范圍。

（3）根據(jù)溶洞處理后達到的工程目的，選用有針對性的處理方法或措施，并采用多種方法進行技術(shù)經(jīng)濟對比優(yōu)化，選取最優(yōu)方法實施。也可借鑒其它類似工程的成功經(jīng)驗，可取得“事半功倍”的效果。

（4）實施過程中應(yīng)根據(jù)工程需要安排觀測與檢測工作，如變形觀測、滲流觀測等。

（5）溶洞處理結(jié)束后應(yīng)選用有針對性的檢查方法，如檢查溶洞是否回填密實時，可采用電磁波CT及聲波CT方法檢查。

4.2.2 溶洞群處理的工程措施

根據(jù)隘口水庫右岸工程地質(zhì)條件、溶洞發(fā)育的邊界條件，以及處理后要達到的工程目的等，對右岸溶洞或溶洞群采取有針對性的工程處理措施，并在處理前安裝變形觀測儀器對右壩肩進行變形觀測，以確保工程安全。

（1）Y-K6溶洞群。由于Y-K6溶洞群發(fā)育在右壩肩，并從右壩肩頂部斷續(xù)貫穿至壩基以下，并從上游至下游切割整個右岸壩肩（見圖1中的平面示意圖）。穩(wěn)定計算表明，K6溶洞群對右壩肩穩(wěn)定及防滲都有較大影響，是右岸溶洞群處理的重點之一。根據(jù) K6溶洞群的發(fā)育情況分別在不同的高程區(qū)間采取了以下不同的工程措施：

高程 485.5m以下，主要采取了鋼管樁、自密實細石混凝土或自密實砂漿回填與水泥灌漿補強相結(jié)合的工程措施；高程485.5m至518m，主要采取局部開挖并回填自密實混凝土與深孔固結(jié)灌漿（孔深大于15m）相結(jié)合的工程措施；高程518m以上至壩頂（高程544.45m），利用壩頂平臺采用鉆孔自密實混凝土、自密實砂漿回填與水泥灌漿補強相結(jié)合的工程措施。

采用鉆孔取芯檢查與物探CT檢查相結(jié)合進行處理質(zhì)量檢查。

（2）K 9溶洞。由于K 9溶洞與防滲工程密切相關(guān)，需要進行處理。根據(jù)K 9溶洞的發(fā)育情況（見圖 1中的示意剖面），主要采取了以下工程措施：

為保證右岸上層平洞底高程（549.2m）洞身永久穩(wěn)定、安全，對洞身采用鋼支護與混凝土支護相結(jié)合的工程措施。

對于右岸上層平洞底板高程以下與防滲線有關(guān)的的空腔部分采用混凝土防滲墻（厚1.0m，墻體地基為完整基巖）進行處理，其余部位采用堆石回填或全部采用堆石混凝土回填溶洞空腔，并結(jié)合防滲帷幕線上的水泥灌漿孔對充填物部分進行灌漿處理。

（3）K 4溶洞。由于K 4溶洞對右壩肩穩(wěn)定及防滲都有一定影響，且溶洞體積相對較小，采取自密實混凝土回填與水泥灌漿相結(jié)合的工程措施。

（4）Y-K 5溶洞群。Y-K 5溶洞群是右岸規(guī)模最大的一個溶洞群，發(fā)育在本區(qū)喀斯特最發(fā)育的寒武系上統(tǒng)毛田組及后壩組灰?guī)r及白云巖地層中，并沿f4斷層發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場實測，Y-K 5溶洞群為一半充填型溶洞群系統(tǒng)，高程487m以上無充填或少量充填，并呈多枝管道狀，體積約5萬m3；高程487m以下充填部分黏土、砂為主，夾卵礫石、溶蝕塌陷巖塊、碎石等，厚 23.4～36.6m。Y-K 5溶洞揭露總高差107.91m，溶洞高3～24m，溶洞邊界在平面上最大投影面積約2420m2，計算出溶洞總體積約為11.2萬m3。

根據(jù)地質(zhì)資料分析，K5溶洞上部與地表K27（坑坨洼地）、王家墳洼地連通，下部上游與Kw12溶洞連通，并向下游地表的 Kw51溶洞泉排泄，是隘口水庫防滲工程的關(guān)鍵部位，處理成功與否關(guān)系到水庫能否正常蓄水與發(fā)揮效益。針對Y-K 5溶洞群發(fā)育的實際情況，宜對有充填、無充填部分及溶洞底板高程以下部分采用以下不同的工程措施進行處理：

方案 1（壩式防滲墻方案）。對于溶洞充填物部分（高程487～451m）可采用2種工程措施處理：①對于Y-K 5溶洞充填物(高程487m以下)，沿防滲帷幕線設(shè)置一道混凝土防滲墻，墻厚1.0～1.5m。在施工前，應(yīng)沿防滲線布置補充勘探鉆孔，查明充填物厚度及溶洞底板深度或高程。防滲墻可采用以下成墻方法：液壓洗槽機法、機械或液壓抓斗法，以及其高（擺）噴法、射水法、沖擊反循環(huán)鉆機法等。②由于溶洞充填物主要為黏土或黏土夾砂，其滲透系數(shù)小（10-7cm/s）且厚度大，能滿足防滲要求，因此，可采用一般水泥灌漿（擠密灌漿）等工程措施。

對于溶洞空腔部分的處理可結(jié)合溶洞充填物的工程措施處理，溶洞空腔按規(guī)模大小及與防滲范圍的關(guān)系采用工程措施主要包括：①高程487～518m（4#支洞與防滲線交匯處的“溶洞大廳”）將下部的防滲墻升高至溶洞大廳頂板（人工），并考慮與中層平洞帷幕的搭接問題，為保證防滲墻的穩(wěn)定性，在其上、下游側(cè)回填塊、碎石或級配料等（壩式防滲墻），施工時應(yīng)綜合考慮回填料的施工及結(jié)合下層灌漿平洞洞挖優(yōu)化等問題；②由于Y-K5溶洞斜穿防滲線，為防止庫水滲漏，對防滲線上507m高程以上的空腔（管道）進行混凝土封堵，厚度以本區(qū)三排鉆孔灌漿帷幕厚度控制（5.0～6.0m）；③518m 高程以上的溶洞空腔由于不在防滲范圍內(nèi)可部分回填自密石混凝土或不進行回填處理。

對于溶洞底板以下可采用高壓灌漿處理措施至設(shè)計帷幕底線。

方案2（橋上墻方案）。①K5溶洞充填物（487～451m高程）及以下地層采用的處理方法基本上同方案1，但水泥灌漿孔應(yīng)從原來的2排孔增加為4排灌漿孔進行擠密灌漿，增加的2排水泥灌漿孔應(yīng)深入基巖 10m；②溶洞充填物以上原則上按方案1中的方法處理，但要沿帷幕線增加混凝土基礎(chǔ)以橫跨越溶洞充填物，寬度按2.5m，長度70m，厚度按2.0m考慮。

方案3（局部改線方案）。由于 Y-K5溶洞正位于右岸防滲線上，并在中、下層灌漿平洞出露，可采用局部調(diào)整防滲線，將 Y-K 5溶洞“包在庫內(nèi)”（見圖2）。由于該方案防滲線修改段無勘探孔控制，且處于巖溶發(fā)育區(qū)，遇到溶洞的可能性較大，存在一定的地質(zhì)風(fēng)險。

圖2 Y-K5溶洞段灌漿平洞軸線調(diào)整示意圖

方案4（鋼筋混凝土板方案）。K①5溶洞充填物（487m～451m高程）及以下地層采用的處理方法基本上同方案1。②用C25鋼筋混凝土板沿出露的溶洞空腔壁進行封閉（至518m高程），將溶洞充填物頂面（487m高程）平整并鋪墊碎石后澆筑鋼筋混凝土（厚 1m）與溶洞壁鋼筋混凝土板連接成一個整體，以利于中層平洞帷幕的搭接、不回填487～518m高程的溶洞空腔，518m高程以上的處理同方案1。為確保混凝土板的穩(wěn)定，應(yīng)進行錨固處理并進行回填灌漿處理。

通過以上方案對比，并邀請國內(nèi)專家咨詢，最終選用了溶洞內(nèi)壩式防滲墻方案。

5 結(jié)束語

喀斯特溶洞群處理技術(shù)復(fù)雜，只有在查明溶洞或溶洞群所處的地質(zhì)條件、溶洞邊界條件（規(guī)模、發(fā)育方向、充填物性質(zhì)等）并分析溶洞對水工建筑物的影響程度、確定處理范圍后，才能制定出符合工程實際的工程措施，保證工程安全。

1 重慶市秀山縣隘口水庫基礎(chǔ)防滲處理工程現(xiàn)場技術(shù)咨詢中間工作報告[R].中國水電工程顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院. 2011.

2 鄒成杰.水利水電巖溶工程地質(zhì)[M].北京：水利電力出版社,1994.

3 重慶市秀山縣隘口水庫右岸溶洞處理專題設(shè)計報告[R].重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計研究院.2010.

4 重慶市秀山縣隘口水庫右岸 Y-K5溶洞處理現(xiàn)場咨詢報告（意見）[R]. 中國水電工程顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院.2010.

5 重慶市秀山縣隘口水庫右岸 Y-K6溶洞處理現(xiàn)場咨詢報告（意見）[R]. 中國水電工程顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院.2010.