雷順榮

(貴州省水利投資集團(tuán)有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550000)

貴州黔中大壩左岸帷幕充砂溶洞段處理技術(shù)

雷順榮

(貴州省水利投資集團(tuán)有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550000)

巖溶地區(qū)筑壩建庫(kù)，防滲處理是工程技術(shù)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，尤其是遇到(充填)溶洞、巖溶管線等復(fù)雜地質(zhì)情況時(shí)，處理結(jié)果的好壞將直接影響工程能否正常運(yùn)行。處理方案的選擇受溶洞成因分析、邊界條件調(diào)查、施工條件等諸多因素影響，本文介紹了黔中水利樞紐工程大壩左岸帷幕灌漿工程ZPD4灌漿平洞大型充砂溶洞處理方案，并進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

黔中水利樞紐工程； 帷幕灌漿； 充砂溶洞； 處理方案； 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1 工程概況

1.1 樞紐工程概況

黔中水利樞紐工程位于貴州中部苗嶺寬緩山脊、兩江分水嶺河源地帶、巖溶峽谷山區(qū)，工程以灌溉、城市供水為主，兼顧發(fā)電等綜合利用，并為改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件，是Ⅰ等大(1)型水利樞紐工程。水庫(kù)正常蓄水位1331.00m，總庫(kù)容10.89億m3；電站裝機(jī)容量136MW。水庫(kù)大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1335.00m，最大壩高157m。

1.2 左岸帷幕布置概況

左岸帷幕平面布置投影總長(zhǎng)2045.61m，平面上巖溶發(fā)育段設(shè)計(jì)采用梅花形布孔，孔距3m，排距1m；巖溶相對(duì)不發(fā)育段及遠(yuǎn)壩段帷幕采用單排布置，孔距2～3m。立面布置依據(jù)下限最低高程1110.00m至帷幕上限高程(正常蓄水位高程1331.00m)的最大深度221m，分成四層灌漿設(shè)計(jì)，即ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ、ZⅣ層(其中ZⅣ層為第四層即最低層，起灌高程約1201.00m)。各層灌漿布置中，平面上采用錯(cuò)開(kāi)平行布置，各層中心線間距4m，上層平洞帷幕灌漿下限低于下層平洞底板高程3m，各層帷幕之間從下層平洞內(nèi)打斜孔進(jìn)行帷幕搭接灌漿封閉。

2 充砂溶洞概況

2.1 充砂溶洞前期支護(hù)處理

ZPD4為左岸第四層(底層)灌漿平洞，平洞長(zhǎng)725m，底板面高程1201.00m。在平洞開(kāi)挖時(shí)，于ZPD4灌漿平洞樁號(hào)0+238～0+296段出現(xiàn)砂層，全長(zhǎng)58m，開(kāi)挖揭露圍巖均由細(xì)砂狀充填物組成，部分為流砂，偶夾孤石。溶洞段施工開(kāi)挖難度較大，進(jìn)尺慢，開(kāi)挖后自穩(wěn)較差，垮塌嚴(yán)重，施工掘進(jìn)主要采取邊開(kāi)挖、邊支護(hù)的方式進(jìn)行，采用超前管棚、(加強(qiáng))鋼支撐并結(jié)合鋼板或掛網(wǎng)噴混凝土的支護(hù)措施。支護(hù)后充砂溶洞段平洞基本成形，具備下階段施工條件。

2.2 充砂溶洞邊界調(diào)查

為查明該溶洞形態(tài)、規(guī)模和溶洞四周砂層的厚度，在灌漿平洞(ZPD4)樁號(hào)段0+238～0+296庫(kù)內(nèi)、庫(kù)外側(cè)和頂、底板，按梅花形布置勘探孔(洞內(nèi)勘探布置見(jiàn)圖1)，共46孔，總進(jìn)尺562m，勘探發(fā)現(xiàn)溶洞形態(tài)極不規(guī)則，洞頂高程最高1214.40m，洞底最低高程約1189.00m；溶洞斷面高度最大高度約25m，平均高15～20m；最寬24m，平均寬13～15m，溶洞體積約1.68萬(wàn)m3。溶洞被細(xì)砂土、孤石充填，未見(jiàn)到洞穴的侵溶蝕形態(tài)特征，屬大型充填型溶洞。

圖1 洞內(nèi)勘探孔布置

根據(jù)在溶洞段布置的46個(gè)勘探孔揭露的砂層厚度(以穿過(guò)砂層段并進(jìn)行基巖5m結(jié)束)，設(shè)計(jì)繪制了砂層段的平剖面圖，見(jiàn)圖2；該溶洞發(fā)育無(wú)任何規(guī)律，以平洞為中心，上下左右最深砂層厚度均為10m左右；平洞底板以上溶洞空間體積約為0.63萬(wàn)m3，平洞底板以下溶洞空間體積約為1.05萬(wàn)m3。

圖2 溶洞剖面 (單位: mm)

3 溶洞段防滲處理方案

3.1 處理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)工程實(shí)際情況，并結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn)，綜合擬定了三種處理方案進(jìn)行分析比較。

a.方案一：灌漿平洞底板高程以下采用混凝土防滲墻、上部采用高壓灌漿。平洞底板以下采用人工挖孔樁的型式，跳樁開(kāi)挖、分層護(hù)壁、隔孔澆筑，將沿帷幕線溶洞段內(nèi)充填的砂層分次序挖出，并逐步形成連續(xù)、封閉的混凝土防滲墻；上部采用高壓灌漿方式解決ZPD3層底部及其與ZPD4層帷幕的連接。

b.方案二：灌漿平洞下部采用混凝土防滲墻、上部清除砂層回填混凝土。平洞底板以下仍采用與“方案一”相同的防滲墻形式，平洞底板以上則考慮全部挖除充填物，再用混凝土回填，待上部回填施工完成后，在平洞內(nèi)對(duì)底板以下保留的砂層充填物實(shí)施高壓固結(jié)灌漿。

c.方案三：全部清除砂層回填混凝土?？紤]水庫(kù)蓄水運(yùn)行期砂層溶洞段平洞及防滲體結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，防滲帷幕的整體有效連接等方面因素，通過(guò)從方案實(shí)施效果、實(shí)施難度、工程投資等多方面進(jìn)行綜合比選，推薦選用方案三。

3.2 充砂溶洞處理施工及方案調(diào)整

3.2.1 溶洞處理施工

施工時(shí)，將庫(kù)內(nèi)灌漿平洞的施工支洞ZD7作為砂層處理的上游施工通道，形成上游工作面，由樁號(hào)0+300向0+230端施工；將大壩下游灌漿平洞的施工支洞ZD5作為砂層處理的下游施工通道，形成下游工作面，由樁號(hào)0+238向0+296端施工，主要采用小型機(jī)械施工，80挖機(jī)開(kāi)挖，30裝載機(jī)裝車(chē)，5m3農(nóng)用車(chē)運(yùn)渣出洞外。混凝土采用4m3罐車(chē)經(jīng)上游施工支洞運(yùn)至洞內(nèi)，泵送入倉(cāng)，輸送泵安放在樁號(hào)0+300側(cè)。

主要施工內(nèi)容及初步擬定的施工順序：先拆除鋼支撐，依次挖除上部、下部充填物，再進(jìn)行下部混凝土回填施工，最后進(jìn)行灌漿平洞襯砌及上部回填混凝土施工。

3.2.2 施工遇到的主要問(wèn)題及施工順序調(diào)整

拆除鋼支撐后形成臨空面，在開(kāi)挖過(guò)程中隨著臨空面的變大，正頂部時(shí)有掉塊和頂板坍塌，施工作業(yè)危險(xiǎn)性極大，作業(yè)人員的安全得不到保障。樁號(hào)0+300側(cè)拆除鋼支撐后開(kāi)挖加坍塌形成的頂板跨度過(guò)大(最大高寬均達(dá)24m)，頂部揭露巖體破碎，主要充填黏土夾砂并含孤石，高度固結(jié)，且樁號(hào)0+280～0+288段背水側(cè)邊墻因受NW40°裂隙切割，形成70°倒懸，巖面光滑，在施工過(guò)程中出現(xiàn)幾次掉塊垮塌現(xiàn)象。

為盡可能降低安全風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合勘探孔探測(cè)的溶洞邊界情況，因中間段(0+265～280)較窄(寬約4～6m)，將施工開(kāi)挖順序調(diào)整為從中部(樁號(hào)0+253～261)向兩側(cè)打開(kāi)工作面，洞壁較穩(wěn)定，且主要以細(xì)砂夾礫石充填，充填物開(kāi)挖時(shí)雖偶有自然坍塌，但風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)可控，開(kāi)挖總體順利。

砂層清除基本接近勘探邊界后，形成了樁號(hào)0+300端傾向北西方向、0+230端傾向南東方向且兩端跨度較大、中部相對(duì)較窄的溶洞。其中樁號(hào)0+260向0+240之間為向背水側(cè)擴(kuò)展的喇叭形溶洞大廳，平洞底板以上高度12～15m，最大寬度約20m；樁號(hào)0+280～300段底板以上為15～20m高、中部約25m寬的溶洞大廳?？涨豁敳慷酁樯梆ね翃A泥巖碎屑、砂土互層充填物為砂黏土夾塊石與薄層砂土互層，砂層清除后，隨著揭露時(shí)間增加，頂部開(kāi)始頻繁的掉塊及垮塌，對(duì)底板以下的施工形成了極大的安全隱患。

3.2.3 溶洞處理方案調(diào)整

針對(duì)底板下部施工時(shí)，空腔頂部隨時(shí)可能掉塊或垮塌產(chǎn)生的安全隱患，結(jié)合上部清除充填物后出露的圍巖情況，對(duì)溶洞處理方案進(jìn)行調(diào)整。處理方案仍分為兩部分：一部分是底板▽1199.50m高程以上部分，另一部分是底板▽1199.50m高程以下部分。

底板▽1199.50m高程以上部分采取將砂層充填物基本清除(庫(kù)內(nèi)側(cè)必須滿(mǎn)足上層帷幕搭接質(zhì)量及保證施工期安全，清除至少至ZPD3層平洞庫(kù)內(nèi)側(cè)邊線；庫(kù)外側(cè)開(kāi)挖至基巖面)，采用C20混凝土回填密實(shí)，頂部采用回填灌漿處理；底板▽1199.50m高程以下部分采用C25采用混凝土防滲墻型式處理，整個(gè)下部結(jié)構(gòu)由沿帷幕軸線的防滲墻及傳力墻組成，C25鋼筋混凝土防滲墻墻體厚度3m，平面長(zhǎng)度為64m(ZPD4 0+236～0+300m段)，防滲墻其后(防滲墻庫(kù)外側(cè))沿軸線每隔13m設(shè)置一道C25鋼筋混凝土傳力墻，傳力墻厚度也為3m，見(jiàn)圖3。

澆筑上部回填混凝土?xí)r預(yù)留防滲墻及傳力墻的施工廊道，給下部開(kāi)挖提供安全保障。防滲墻及傳力墻基礎(chǔ)必須嵌入基巖(至少伸入弱風(fēng)化巖體以下0.5m)，防滲墻采用人工挖孔樁，跳樁開(kāi)挖、分層護(hù)壁、隔孔澆筑、分序連接的方式，將該溶洞段在沿帷幕線孔樁范圍內(nèi)充填的砂層分次序挖出，并逐步形成連續(xù)、封閉的混凝土防滲墻，對(duì)防滲墻兩側(cè)保留的砂層實(shí)施高壓固結(jié)灌漿。

圖3 調(diào)整處理方案(單位：mm)

4 處理過(guò)程及效果評(píng)價(jià)

a.在灌漿平洞開(kāi)挖時(shí)遇到充砂溶洞，采取強(qiáng)支護(hù)的方式先強(qiáng)行通過(guò)溶洞段，繼續(xù)平洞開(kāi)挖及二襯施工對(duì)工程工期安排有利，一方面繼續(xù)平洞開(kāi)挖有進(jìn)一步勘明帷幕線地質(zhì)情況的作用，另一方面將工程難點(diǎn)留在后期處理，可以充分論證處理方案并進(jìn)行施工準(zhǔn)備。

b.在樁號(hào)0+300以后帷幕施工完成后進(jìn)行溶洞處理，保證了樁號(hào)0+300以后帷幕灌漿施工不受溶洞段處理的影響，確保施工順利完成。

c.對(duì)溶洞段進(jìn)行相對(duì)較密的勘探孔布置是非常必要的，在勘明邊界條件的同時(shí)，為施工順序的調(diào)整提供了基礎(chǔ)資料，工序調(diào)整對(duì)上部充填物能安全清除是非常重要的。但該工程最終仍沒(méi)有勘探明確河道與溶洞的連接通道及其位置，這對(duì)處理方案的制定增加了難度。

d.上部充填物開(kāi)挖清除完成實(shí)際工期4個(gè)月，比計(jì)劃工期增加了2個(gè)月，累計(jì)完成開(kāi)挖量超過(guò)9000m3，采用以人工為主的開(kāi)挖方式，開(kāi)挖工效低。

e.上部開(kāi)挖完成后，針對(duì)頂部垮塌安全風(fēng)險(xiǎn)大的情況，及時(shí)調(diào)整處理方案，先形成廊道后在廊道內(nèi)進(jìn)行下部施工，確保了下部施工人員的安全，這是方案適時(shí)調(diào)整取得的明顯效果，至全部處理完成，沒(méi)有出現(xiàn)一例安全事故。但上部開(kāi)挖尤其在樁號(hào)0+300側(cè)空腔的開(kāi)挖、廊道立模施工基本上是在不能控制安全風(fēng)險(xiǎn)的條件下進(jìn)行，這種安排不可取。

f.水庫(kù)蓄水一年多，對(duì)底層平洞滲水量和壩后左岸河道邊滲出水點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的水量變化，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新增出水點(diǎn)，左岸防滲總體效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

巖溶地區(qū)筑壩建庫(kù)防滲工作是重點(diǎn)，遇(充填)溶洞、巖溶管線等又是防滲工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因具體工程所遇溶洞規(guī)模、地質(zhì)情況等不同，其處理方案也不同，但對(duì)溶洞進(jìn)行勘探調(diào)查、擬定設(shè)計(jì)方案、根據(jù)施工揭露情況適時(shí)調(diào)整方案的工作方法基本得到業(yè)界認(rèn)可。本文所介紹的溶洞因其位置深、承受水頭大、規(guī)模大且地質(zhì)條件復(fù)雜，其處理過(guò)程可為類(lèi)似工程借鑒。但該工程在處理溶洞時(shí)仍有很多工作沒(méi)有做得更細(xì)，希望在借鑒的同時(shí)進(jìn)一步研究細(xì)化具體方案，爭(zhēng)取更好的處理效果。

Curtain sand-filling karst cave segment treatment technology on the left bank of Guizhou Qianzhong Dam

LEI Shunrong

(GuizhouWaterConservancyInvestmentGroupCo.,Ltd.,Guiyang550000,China)

Anti-seepage treatment is the emphasis and difficulty of engineering technology during dam and reservoir construction in karst regions. The treatment result will directly affect whether the project can be operated normally or not especially in the case of (filling) karst cave, karst pipeline and other complex geological conditions.The selection of treatment plan is affected by cause analysis of karst caves, boundary condition investigation, construction conditions and other factors. In the paper, experience is summarized aiming at ZPD4 grouting foot-rill large-scale sand-filling karst treatment plan in curtain grouting projects on the left bank of Qianzhong Key Water Control Dam.

Qianzhong Key Water Control Project ; curtain grouting; sand-filling karst; treatment plan; experience summary

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.06.002

TV543+.5

A

1005-4774(2017)06- 0005- 05