不同地质结构的地下洞室岩溶渗涌水特点及控制措施探讨

吴述彧

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 贵州 贵阳 550081）

贵州碳酸盐岩地层分布面积达73%[1]，许多水电站的地下厂房不可避免的需建在可溶岩地层中，该类工程主要的工程地质问题之一就是岩溶渗水、涌水。但由于受不同的地质结构的影响，岩溶水文地质特点和控制措施存在较大的差异。本文在已建或在建的一些水电工程的实践上，对上述问题进行了初步分析，希望对岩溶地区地下洞室的工程建设有一定的借鉴作用。

1 影响岩溶水文地质特点的地质结构分类

对于河谷岸坡地带，影响岩溶水文地质特点的地质结构主要有隔水层和岩层。

1.1 隔水层对岩溶水文地质的影响

对于洞室而言，上覆隔水层最为有利，其可大大减小岩溶水的补给范围，降低围岩的岩溶发育程度，减少岩溶地下水渗、涌水量。如乌江索风营水电站，地下厂房区顶拱以上有T1y3泥页岩覆盖，地表水难以下渗到地下厂房所在的T1y2灰岩中，岩溶发育相对较弱，仅发育k11缝状岩溶管道，枯期涌水量小于20L/s，汛期涌水量 ＜200L/s[2]。

无隔水层的地段，由于可形成大范围的补给区域，岩溶较为复杂，地下水流量大。如乌江思林水电站，地下厂房在山体内侧和顶部均无隔水层，厂房区域内不仅有发育竖直向的K29落水洞系统，还有水平向的S64、SJ2岩溶管道等，汛期流量可达1000L/s以上。

隔水层错断的地段，由于隔水层的不完整，存在构造缺口，使原本相对独立的岩溶水文地质单元在局部地段有水力联系，地下水补给来源加大，岩溶复杂程度和地下水流量介于前述两种情况之间。

1.2 岩层对岩溶水文地质的影响

（1）根据岩层走向与河谷关系分为横向谷、斜向谷、纵向谷等。

横向谷，层面走向垂直河流走向，有利于地下水由坡岸向河床运移，沿层发育的岩溶垂直河流，地下洞室渗涌水以内侧山体的岩溶水和河水（库水）倒灌为主。

纵向谷，岩层与河流平行。由于岩层一般多有泥质或炭质膜杂质，正常条件下不利于地下水由两岸向河床运移。云南黄泥河鲁布革水电站，作为纵向谷，造成地下厂房涌水的岩溶管道主要与F230、F313、f3等断层有关，同时也存在比河床低的顺河向岩溶管道向下游排泄，岸坡地下水低于河水位20m以上[5]。

斜向谷，岩溶管道可能沿层面与河流斜交，也可能沿垂直或平行河流的其它结构面发育，岩溶渗涌水特点较为复杂，需视情况分析。

（2）根据岩层倾角分为缓倾、中倾、陡倾等。

缓倾岩层，岩溶含水岩组在高差上呈层状分布，当上部有隔水层覆盖时，不利于水流的垂直运动，隔水层以下的可溶岩组地下水来源远但流量较小，岩溶一般较弱，并以水平向为主。沿缓倾层面发育的水平岩溶将加大库水、河水倒灌的范围和可能性，需要特别注意。

陡倾岩层，岩溶含水岩组在平面上呈带状分布，有利于水流垂直运动，在地表易形成落水洞和槽谷，在地下易形成竖向通道。地下洞室顶拱的岩溶渗、涌水是需要特别予以关注的问题。

中等倾角岩层，情况较复杂，即可能存在其它区域的地表水通过落水洞和斜向岩溶下渗到地下洞室内，也可能因隔水层斜向覆盖于地下洞室之上而减少顶拱的渗、涌水量，需要具体分析。

相关地质结构分类如表1所列。

2 不同岩溶水文地质结构的渗控措施

为了将地下洞室的地下水渗、涌水量控制在一定范围和一定流量以内，保证地下洞室的运行，一般需采取“堵排结合”的控制措施，包括防渗帷幕、水平铺盖、排水孔幕、排水洞等。但对于不同的地质结构，由于渗、涌水特点不同，其布置原则也有所不同。

2.1 排水系统的设置原则

为减水地下厂房的渗涌水量，一般需围绕洞室设置多层环状排水廊道，并在排水廊道内设置竖向排水孔。对于发育有垂直岩溶的陡倾角岩层，宜在厂房顶拱地表增设截、排水水沟，减少地表水的入渗，同时在上层排水廊道内设置交叉斜排水孔幕和中轴廊道，将下渗的岩溶水引排。

表1 影响河谷岸坡岩溶水文地质特点的地质结构分类[6]

图1 不同河谷类型重点防渗部位示意图

对于发育有水平向岩溶的缓倾岩层，宜在靠近山体一侧排水廊道的外围，针对大流量的水平向岩溶管道加排水孔洞，将岩溶水引排，以减小岩溶水涌水量和水压力。

2.2 防渗帷幕的布置原则

周边有隔水层的洞室，平面上可利用隔水层作为一侧或多侧的防渗边界，将防渗帷幕与隔水层搭接，以增加防渗可靠度并减少防渗工程量。

横向谷，山体内侧的地下水和外侧的河水倒灌是防范重点，宜在洞室内外侧设置垂向防渗帷幕。纵向谷，以上游的库水、下游的河水倒灌为重点，宜在上、下游设置防渗帷幕，如图1所示。

3 工程实例

思林水电站，是乌江干流第八梯级电站，岩层产状N35°～42°E/NW∠70°，横向谷。

地下厂房位于右岸山体内，紧临大坝，距河岸约100m，地表为一较宽缓的岩溶台地。其岩溶水文与地质结构的特点是，一是由于为横向谷，各岩溶含水岩组受隔水层间阻，垂直河流呈带状分布，地下厂房位于T1y2灰岩、白云岩强岩溶含水岩层中，发育有垂直河流的水平向为主的S64及Sj2岩溶管道，管道长，补给源范围大，涌水量较大（施工期最大流量均达200L/s以上）；二是由于岩层陡倾，地下厂房地表发于有一顺层的沟谷和K29落水洞，该沟槽平时干涸，大雨时汇聚谷坡地表水注入落水洞，地下厂房处于K29落水洞岩溶影响之下；三是K29铅直向岩溶与S64及Sj2水平向岩溶相互切割、串通，在地下厂房区形成复杂的网状岩溶系统。

图2 思林水电站地下厂房防渗及排水系统平面示图

图3 思林水电站地下厂房防渗及排水系统剖面示图

根据上述岩溶水文地质特点，思林地下厂房洞室渗、涌水主要来源有三处，一是地表水沿K29落水洞从顶拱灌入厂房，二是S64、Sj2岩溶水从内侧进入厂区附近，通过岩溶管道或NW向陡倾溶蚀裂隙涌入厂房，三是河水通过S64及Sj2河岸出口倒灌厂房。

根据思林地质结构及渗、涌水来源，如图2、图3所示，地下厂房采取的渗控措施主要如下：①地表对K29落水洞进行封堵，并设置截、排水沟，防止地表水直接下渗。②在410m与368m两高程设置排水廊道，并在上层廊道内设置斜向交叉排水孔对厂顶地下水进行引排。③在两层排水廊道内环绕厂区进行了竖向防渗帷幕灌浆。④对厂房开挖揭示的溶洞扩挖后进行混凝土回填和灌浆处理。⑤对SJ2进行竖井开挖和设置混凝土墙，将山体内侧的溶洞水位抬高，通过上层排水廊道进行引排。⑥于大坝消力池进行固结、回填灌浆处理，封堵河水沿SJ2、S64岩溶管道倒灌厂房的通道。⑦针对进入厂房内少量的渗、涌水设置的抽排系统，利用盲管、集水漏斗、边沟、管道等将分散水流汇集到集水井进行抽排。

4 结论

不同的地质结构有着不同的岩溶水文地质特点，从而地下洞室的岩溶渗、涌水控制措施也有所不同。隔水层的存在会隔断相邻地段的水力联系，减少岩溶渗、涌水量，地下洞室防渗帷幕宜与隔水层搭接。横向河谷，顺层发育的岩溶垂直河流，地下洞室渗控措施以阻隔内侧岩溶水和外侧河（库）水倒灌为主；纵向河谷，在河流裂点附近可形成纵向岩溶管道，渗控措施重点在于防范上、下游的库水、河水倒灌。结合思林水电站地下厂房防渗及排水系统的布置，阐述不同岩溶水文地质结构的渗流控制措施及排水防渗的原则，对不同地质结构的地下洞室渗流防控有一定的借鉴意义。陕西水利

[1]苏维词.贵州喀斯特山区生态环境脆弱性及其生态整治 [J].中国环境科学，2000，(06)：547-551.

[2]吴述彧.索风营水电站水库岩溶渗漏分析及防渗处理建议[J].贵州水力发电，2002(3)：19-23.

[3]吴述彧.思林水电站坝区岩溶水文地质特点及处理建议 [J].贵州水力发电,，2005,19(1)：20-24.

[4]范开平.彭水水电站地下厂房大型复杂岩溶处理技术[J].人民长江，2011.12.

[5]马显光.鲁布革水电站地下厂房岩溶防渗处理[J].工程地质学报，2004.12.

[6]彭土标等.水力发电工程地质手册[M].北京：中国水利水电出版社,2011.