劉子金，袁代江，武興亮，潘長貴

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

1 概述

建設(shè)中的平寨水庫位于貴州西部三岔河中游六枝與織金交界的峽谷河段，壩址布置于平寨—木底下寨之間的峽谷河段，水庫正常蓄水位1 331.0 m，總庫容10.89億m3，混凝土面板堆石壩最大壩高157.5 m。

庫首區(qū)主要出露地層為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組(T1yn)碳酸鹽，屬次純—純碳酸鹽巖類，巖溶發(fā)育，大型洼地、落水洞、豎井發(fā)育。根據(jù)巖性特征、出露厚度百分比，對(duì)其巖溶層組的巖性特點(diǎn)、出露面積、構(gòu)造條件和巖溶發(fā)育程度進(jìn)行分區(qū)，屬于巖溶發(fā)育中等—強(qiáng)烈區(qū)。前期勘察證實(shí)，在T1yn1、T1yn3灰?guī)r內(nèi)發(fā)育有多條大型巖溶管道系統(tǒng)，與水庫成庫建壩條件有關(guān)的主要有6條巖溶管道系統(tǒng)。本文擬就其中的KS6巖溶管道系統(tǒng)發(fā)育特征及對(duì)左岸防滲帷幕的影響進(jìn)行分析。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

工程區(qū)屬構(gòu)造侵蝕低中山峽谷地貌。分析區(qū)地形受構(gòu)造影響，大致沿三塘向斜呈北東向展布，北東高，南西低。北東部馬家屯一帶山頂高程1 519～1 555 m，西南部壩址河床一帶高程1 185～1 190 m，相對(duì)高差334～365 m，地形起伏大。壩址東北部約2 km為油菜沖洼地，洼地底部高程1 305 m，其發(fā)育油菜沖—羅家大洞—躲兵洞巖溶暗河系統(tǒng)，躲兵洞泉口高程1 187 m。

2.2 地層巖性

壩址出露地層自下游至上游依次為壩區(qū)出露地層較全，與庫壩區(qū)有關(guān)的地層主要為三疊系關(guān)嶺組(T2g)、永寧鎮(zhèn)組(T1yn)、夜郎組(T1y)，主要巖性為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖等碳酸鹽巖間夾條帶狀砂巖、泥頁巖及煤等碎屑巖。在地層結(jié)構(gòu)上，壩區(qū)不同性質(zhì)、不同厚度的巖層交互出現(xiàn)，巖層呈典型的多層狀結(jié)構(gòu)。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)附近主要發(fā)育NW向和NE向2組構(gòu)造線。前者以納雍河(加戛)背斜及其北西側(cè)的水公河向斜、南西側(cè)的百興向斜為代表，主要為隔擋式褶皺;后者以三塘向斜、雞場(chǎng)(后寨)背斜為代表，主要為短軸式褶皺。NE向斷裂切斷了NW向構(gòu)造線，故NW向構(gòu)造形成時(shí)期早于NE向構(gòu)造。平寨水庫壩址附近主要斷裂是NE向織金區(qū)域性壓扭性斷層，它的SW端進(jìn)入庫區(qū)，地表見伴生的F3斷層。帷幕線附近NE向三塘向斜橫跨NW向納雍河背斜，被跨越的納雍河背斜軸部平面形態(tài)有變化，壩址上游附近的三岔河左岸三塘向斜核部地層產(chǎn)狀起伏變化明顯。

2.4 巖溶水文地質(zhì)

壩址可溶巖組的巖溶發(fā)育程度、規(guī)模以及分布等，均與各自的地質(zhì)環(huán)境和水動(dòng)力條件密切相關(guān)。巖溶發(fā)育特征由一系列的巖溶谷地、洼地、溶溝槽、漏斗、落水洞、溶洞及暗河組成，常成串、成片出露，且聯(lián)通性較好，具明顯的呈層性和繼承發(fā)育特征，并形成多個(gè)高高程部位相互關(guān)聯(lián)、低高程部位又相對(duì)獨(dú)立的巖溶系統(tǒng)。

庫首區(qū)地下水主要為巖溶水，呈構(gòu)造體系間的強(qiáng)巖溶巖組層狀水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。巖溶地下水靠大氣降水補(bǔ)給，以巖溶洼地、漏斗、落水洞及巖溶斷裂等為其滲入補(bǔ)給通道，以巖溶泉的形式向三岔河排泄。

經(jīng)對(duì)庫首區(qū)近120 km2進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，永寧鎮(zhèn)組一段(T1yn1)共揭露泉水點(diǎn)18個(gè)，三段(T1yn3)共揭露泉水點(diǎn)20個(gè)，不同流量分級(jí)的暗河6條。其中斜穿左岸防滲帷幕線的KS6巖溶系統(tǒng)即為其中較大的相對(duì)獨(dú)立的巖溶系統(tǒng)之一(圖1)。

圖1 壩址區(qū)主要巖溶系統(tǒng)分布Fig.1 Schematic diagram of plane distribution of KS6 karst system in damsite area

3 發(fā)育特征

3.1 形態(tài)特征

該巖溶管道系統(tǒng)位于三塘向斜的東南翼，與三塘向斜呈大致平行，在三岔河岸坡呈NEE向沿木底河沖溝發(fā)育。該系統(tǒng)發(fā)育地層主要為T1yn3灰?guī)r，下伏T1yn2的泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖夾灰?guī)r互層。平面位置處于馬家屯斜坡 ZKC43號(hào)鉆孔—壩址上游 KS6一帶。ZKC43孔口高程 1 454.44 m，于孔深 180.4(高程1 274.04 m)～180.7 m(高程1 273.74 m)揭露該管道系統(tǒng)。左岸ZPD3灌漿廊道開挖過程中，于樁號(hào)K1+395 m處揭露管道系統(tǒng)，為不規(guī)則廊道(照片1)，高約2～3 m，局部高達(dá)5 m;寬度一般＜2 m，局部寬3～4 m。KS6系統(tǒng)在ZKC43號(hào)鉆孔底板高程為1 273.74 m，至ZPD3灌漿廊道處底板高程約1 236 m，至KS6泉口高程約1 227 m。ZKC43-ZPD3灌洞間管道平均坡降達(dá)4%;ZPD3-KS6泉口間管道平均坡降達(dá)1%。

照片1 廊道狀巖溶管道Photo 1 Karst conduits shaped like a corridor

3.2 充填情況

左岸帷幕線ZPD3灌漿廊道附近，溶洞底部有水流，洞室整體穩(wěn)定性好，洞底為軟塑狀黃色粘土，局部見溶塌堆積的大塊石，塊體尺寸1～2 m，厚度局部可達(dá)2 m以上。局部洞壁有厚約2 cm的黃色粘土殘留，分析為溶洞暗河排水不暢、溶洞集水，洪水期暗河水?dāng)y帶的泥砂沉積于洞周形成。

3.3 地下水分布

ZPD3灌漿廊道揭露的KS6巖溶系統(tǒng)管道長年有地下水流，前期平洞開挖及灌漿施工污廢水排入暗河后均從KS6泉口流出，后期由于灌漿施工廢棄漿液堵塞等影響，KS6泉口未見水流出，說明ZPD3平洞揭露的巖溶管道為KS6巖溶系統(tǒng)主干管道。據(jù)觀測(cè)，洪水期KS6泉口巖溶泉流量可達(dá)100 L/s，枯水期流量僅3 L/s左右。在ZPD3灌漿廊道揭穿系統(tǒng)主管道后，洪水期地下水經(jīng)由灌漿廊道揭露的暗河天窗上涌進(jìn)入ZPD3，經(jīng)由ZZD2施工支洞排入三岔河?？菟诘叵滤宄海雌诙鄿啙?。

3.4 分支系統(tǒng)發(fā)育情況

KS6巖溶系統(tǒng)管道，分支系統(tǒng)主要有:①ZPD1樁號(hào)K0+264 m豎井溶洞;②ZPD1樁號(hào)K0+654 m溶洞;③ZPD2樁號(hào)K1+048m豎井溶洞;④ZPD2樁號(hào)K1+373 m溶洞;⑤ZPD3樁號(hào)1+320 m溶洞(圖2)。各分支系統(tǒng)發(fā)育特征分述如下:

圖2 KS6巖溶管道系統(tǒng)及分支系統(tǒng)位置示意圖Fig.2 The planar distribution about KS6 karst system and it’s subsystem

(1)ZPD1樁號(hào)K0+264 m豎井溶洞:ZPD1灌漿廊道K0+260 m樁號(hào)溶洞發(fā)育于F3斷層下盤、靠近斷層影響帶。溶洞整體沿T1yn3地層走向N80°E方向的裂隙發(fā)育而成。灌漿廊道頂板處溶洞上小下大，呈不規(guī)則橢圓形，長軸長約1.5 m，短軸長約0.6 m，平洞頂板以上可見高度約10 m;在平洞底板處溶洞口近似呈圓形，直徑1.8～2.0 m，推測(cè)平洞底板以下溶洞延伸至ZPD2層灌漿廊道樁號(hào)K1+426 m附近，并與ZPD2灌漿廊道樁號(hào)K1+426 m附近溶洞相通。溶洞壁局部見黃色粘土充填，未見河流沖積或外源堆積物。

(2)ZPD1樁號(hào)K0+654m溶洞:該溶洞為灌漿鉆孔施工揭露出來，經(jīng)連通試驗(yàn)證實(shí)與KS6系統(tǒng)相通。ZⅠ691、693 分別于孔深 34.8 ～35.5 m、34.8 ～35.5 m發(fā)生掉鉆。ZPD1平洞內(nèi)灌漿孔ZⅠ701、705、709分別在孔深27～33 m、13～18 m、10～15 m有吸風(fēng)現(xiàn)象。施工后期，于ZPD3灌漿廊道封堵后，上述吸風(fēng)現(xiàn)象停止，上述吸風(fēng)現(xiàn)象說明附近灌漿鉆孔揭露的溶洞與KS6主干管道相通。

(3)ZPD2樁號(hào)K1+048 m豎井溶洞:該溶洞發(fā)育于平洞背水側(cè)側(cè)壁，發(fā)育地層為T1yn3，為一豎井狀溶洞，洞口平面似圓形，直徑約1.8 m，平洞上部延伸已通至地表，下部深度＞50 m(至ZPD3層以下)。溶洞在前期開挖過程中被施工方用洞渣回填。

(4)ZPD2樁號(hào)K1+373 m溶洞:溶洞頂部入口位于ZPD2灌漿廊道左壁與左邊墻，入口呈不規(guī)則多邊形，長約5.4 m，寬約4 m。溶洞下穿ZPD2灌漿廊道后向南東方向延伸長約61 m，與防滲帷幕線小角度斜交，末端為豎井狀落水洞，洞底見黃色粘土充填。估算洞穴空腔體積約0.3萬m3。放工中曾采用C15混凝土回填一部分，在隨后調(diào)查ZPD3樁號(hào)K1+395 m水平溶洞的過程中，ZPD3樁號(hào)K1+395 m水平溶洞壁可見到回填混凝土砂漿，說明該溶洞與ZPD3樁號(hào)K1+395 m水平溶洞已連通。

(5)ZPD3樁號(hào)1+320 m溶洞:溶洞位于ZPD3樁號(hào)K1+320 m左邊墻，呈水平向延伸，靠灌漿廊道部分主要沿NE向裂隙面發(fā)育而成，轉(zhuǎn)彎后主要沿沿層面發(fā)育。平面延伸長約50 m，末端為消水洞，已被粘土充填。溶洞高2～3 m，寬約1～3 m，洞底多為黃色粘土充填。

4 對(duì)左岸防滲帷幕的影響

4.1 對(duì)水庫滲漏影響分析

壩址東北部約2 km為油菜沖洼地，洼地底部高程1 305 m，洼地底部發(fā)育油菜沖—羅家大洞—躲兵洞巖溶暗河系統(tǒng)，躲兵洞泉口高程1 187 m。KS6巖溶系統(tǒng)泉口位于壩址上游約600 m，泉口高程1 227 m，建設(shè)中的平寨水庫正常蓄水位1 331.0 m，水庫蓄水后，庫水沿左岸KS4(+)、KS6地下暗河系統(tǒng)倒灌至油菜沖洼地一帶而產(chǎn)生向壩址下游躲兵洞KS1暗河系統(tǒng)的管道型滲漏問題。滲漏范圍寬約1.8 km，滲透距離0.6～1.5 km。具有滲漏范圍寬、滲距短、管道型集中滲漏量大的特點(diǎn)。

4.2 對(duì)左岸防滲帷幕的影響分析

從水庫防滲帷幕與KS6巖溶系統(tǒng)管道的關(guān)系分析，左岸防滲帷幕須徹底切斷KS6管道系統(tǒng)與東部油菜沖—羅家大洞—躲兵洞巖溶暗河系統(tǒng)之間的水力聯(lián)系，避免庫水產(chǎn)生向躲兵洞巖溶暗河系統(tǒng)的滲漏問題。

從KS6分支系統(tǒng)發(fā)育情況看，分支系統(tǒng)①ZPD1樁號(hào)K0+264 m豎井溶洞，②ZPD1樁號(hào)K0+654 m溶洞，③ZPD2樁號(hào)K1+048 m豎井溶洞，④ZPD2樁號(hào)K1+373 m溶洞，⑤ZPD3樁號(hào)1+320 m溶洞各子系統(tǒng)底部高程均低于平寨水庫正常蓄水位1 331.0 m，且各子系統(tǒng)均位于左岸防滲帷幕線上，是左岸防滲帷幕灌漿處理的重點(diǎn)部位。灌漿施工過程中必須加強(qiáng)處理，并對(duì)施工質(zhì)量加強(qiáng)檢測(cè)。

從KS6地下水出露特征看，洪水期KS6泉口流量可達(dá)100 L/s，枯水期流量3 L/s左右。在左岸防滲帷幕徹底切斷KS6管道系統(tǒng)后，結(jié)合幕后排水處理，可考慮將KS6管道系統(tǒng)來水進(jìn)行引排，通過設(shè)置在暗河堵頭部位的鋼管將管道水引排至ZPD3灌漿廊道，沿灌漿廊道排至大壩下游。

5 結(jié)語

在高山峽谷的巖溶地區(qū)建設(shè)水庫工程，巖溶滲漏問題是水庫滲漏的主要問題，滲控處理是工程建設(shè)的重要工程地質(zhì)問題之一。

平寨水庫在前期工作過程中，基本查明了KS6巖溶系統(tǒng)的發(fā)育和分布規(guī)律及空間分布的總體特征，為庫首防滲處理提供了重要地質(zhì)依據(jù);施工開挖期，隨著灌漿廊道開挖，進(jìn)一步揭露到一些新的地質(zhì)現(xiàn)象，總體上印證了前期勘察成果，但鑒于前期勘察深度和手段的局限性，加之巖溶管道的分布及地下水滲流條件極其復(fù)雜，在施工期結(jié)合施工開挖，并通過輔以必要的探測(cè)手段進(jìn)一步深入研究，以查明其與防滲帷幕的關(guān)系及帷幕可能帶來的不利影響，為更好地指導(dǎo)防滲帷幕的施工、幕后排水措施的選擇具有重要意義。

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