平寨水库右岸KS7岩溶管道发育特征及对建筑物的影响分析

武兴亮，刘子金，潘长贵

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

平寨水库右岸KS7岩溶管道发育特征及对建筑物的影响分析

武兴亮，刘子金，潘长贵

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

平寨水库右岸KS7岩溶管道穿越库首右岸多条隧洞建筑物，前期勘察和施工期对其进行了大量的工程地质研究工作,基本查明该管道的分布特征,为分析该岩溶系统以及溶洞的处理提供了真实、可靠的地质依据。通过对KS7岩溶系统发育特征的分析,初步阐述其对右岸隧洞建筑物在施工期、运行期等方面可能产生的不利影响,对于指导类似工程的实施具有重要意义。

平寨水库；岩溶管道；隧洞建筑物；影响分析

平寨水库位于贵州省西部，属乌江南源三岔河中上游，处在六枝特区马场镇与织金县鸡场镇的交界河段，为黔中水利枢纽一期水源工程，坝型为面板堆石坝，坝高157.5 m，水库正常蓄水位1331 m时，相应库容11.89亿m3，属大(1)型水利枢纽工程[1]。

库首区主要分布三叠系永宁镇组(T1yn)碳酸盐岩，地表岩溶发育，主要发育大型洼地、落水洞以及竖井等。库首区右岸仅发育1条主要岩溶管道系统，根据库坝区泉点编号，现状条件下，该系统出口泉点编号为KS7，进口洼地被当地称为“烂田坝”，因此，该岩溶管道系统叫KS7岩溶管道，也叫烂田坝岩溶管道。

1 地质简述

1.1 地形地貌

坝区属贵州省西部丘原盆地，KS7岩溶管道顺右岸烂田坝槽谷发育，地表高程1365～1380 m，槽谷延伸方向NE47°，南西方向被分水岭阻隔，地表分水岭垭口高程为1420 m，北东方向敞开，与右坝肩剥夷面形成一体。槽谷与两侧山体相对高差一般约170 m，最高约230 m。

1.2 地层岩性

岩溶管道沿线岩性主要为：①永宁镇组第四段(T1yn4)，深灰色薄至中厚层白云岩夹灰质白云岩、泥质白云岩、角砾状白云岩等，厚度大于40 m；②灰色薄至中厚层状的灰岩、泥质灰岩夹泥质白云岩，厚155 m；③T1yn2灰色薄至中厚层泥质灰岩、钙质泥岩夹灰岩，厚度80～120 m。

1.3 地质构造

KS7岩溶管道的北东和南西侧分别发育鸡场背斜和三塘向斜，褶皱轴线方向与槽谷方向基本一致，距槽谷中心线距离分别为400 m和750 m。

三塘向斜轴线方向延伸长约15 km，呈EW向展布，坝区核部出露的地层为T1yn3中厚至厚层灰岩，南翼倾角20°～25°，北翼在河流右岸岩层受F3断层的影响，倾角变陡，倾角约45°。

鸡场背斜轴线方向延伸长约6 km，与该段河流流向交角约60°，核部出露的地层在河床及两岸为T1yn1中厚层灰岩，上游为北翼，岩层倾向上游偏右岸，倾角谷底陡∠48°～54°，向上游及高处逐渐变缓；下游为背斜的南翼，岩层倾向下游偏左岸，倾角14°～25°，为倾斜褶皱。

1.4 岩溶发育

库首区分布可溶岩地层有：T1yn3、T1yn1岩溶强发育，T1yn2岩溶发育较弱，地表较大型的岩溶形态主要为岩溶洼地、落水洞等。岩溶洼地主要分布于溢洪洞进口明挖段，如W26号椭圆形岩溶洼地，洼地长轴长约300 m，短轴长约200 m，洼地底部发育有K14落水洞，洞径约5 m，溢洪洞穿过此岩溶洼地段长约60 m。此外，隧洞东部至小马场槽谷底部(烂田坝岩溶管道系统一带)发育洼地有W26、W27和W28，洼地底部高程分别为1339.2 m、1375 m和1379.5 m，洼地长轴方向均为NE向。

1.5 水文地质

库首右岸纯碳酸盐岩单斜构造，隔水层夹持在透水层之间，呈条带状分布，岩性对地下水径流起着主要的控制作用[2]。岩体透水性主要取决于岩体的完整性和岩溶化程度，岩体的岩溶化程度在不同岩组，或同一岩组不同地貌部位截然不同。所以，岩体透水性在不同岩组、不同地段也会差别很大。根据本岩溶地区的这一水文地质特点，含水介质可分为管道性(包括溶洞)和裂隙性两大类。裂隙性介质主要赋存裂隙水，地下水径流形式为分散渗流，在分散渗流地带往往形成高水位区，并且具有基本统一的潜水面；管道性介质其地下水径流形式为脉状及管道水汇流，地下水径流量大，除部分孤立管道之外，不具备统一的地下水面。根据坝址区岩溶水文地质结构将可溶岩组划分为以下4个含水岩组和2个相对隔水层岩组，即T1yn4、T1yn3、T1yn2-4、T1yn2-2含水岩组， T1yn2-3、T1yn2-1相对隔水层岩组。

地下水位高程位于1185～1200 m之间，谷坡中T1yn3、T1yn4岩溶含水层中，未见泉水出露水，除KS7岩溶管道明流入伏补给外，沿线径流区接受地表洼地落水洞垂向补给，岸坡岩溶含水层主要位于垂直渗流带。

2 岩溶管道分布特征及发育复杂性

2.1 岩溶管道系统分布特征

根据前期勘察及施工阶段开挖揭露，库首右岸发育的KS7岩溶管道，管道进口位于烂田坝槽谷底部一带，多个落水洞与该岩溶管道连为一体，形成串珠状。落水洞口地表高程一般为1375～1380 m，进口地带地表集水面积约1.89 km2，近坝右岸的斜坡及平台通过溢洪道进口洼地补给该岩溶管道系统，地表集水面积约0.21 km2。前期勘察工作中，经示踪试验证实，岩溶管道系统出口有两处，主管道出口位于坝址上游约800 m的右岸KS7泉点，泉点高程1199.0 m，流量为0～400 L/s，进出口管道长约2.38 km，平均比降为7.5%；分支管道出口位于大坝趾板右岸坡与水平段交接位置附近的KS7+，泉点高程1190 m，流量1～2 L/s，管道长约2.35 km，平均比降为8.0%，分布如图1所示。

2.2 岩溶管道发育的复杂性

2.2.1 建筑物的布置

根据库首区的地形地质条件，隧洞建筑物主要集中布置在右岸，布置的隧洞共8条，底板高程从高到低排列为开敞式溢洪道、发电引水隧洞、泄洪放空洞、低部位放空洞、导流洞，另外还布置3层帷幕灌浆平洞。

2.2.2 岩溶管道发育的复杂性

通过前期大量的勘察、试验及建筑物开挖揭露，平寨水库库首区存在多层岩溶含透水层分布，浅层溶洞、深部岩溶与岩溶管道交叉连通，管道水随季节交替存在较大的变化[3]，管道自身空间分布形态褶曲多变，在库首右岸穿越多个建筑物，如图1所示。

从库首区地形条件分析，地表水接受烂田坝槽谷汇聚作用，下渗至岩溶管道，集中向三岔河排泄。随着河道的下切，岩溶管道排泄口高程也逐渐趋于河水面高程，在长期地下水作用下，近岸坡形成强岩溶地带,岩溶管道主要表现为进口最高高程为1380 m，出口最低高程为1190 m，高差近200 m。

从地层岩性、产状等地质条件分析，近坝区地表为T1yn3中厚层灰岩，下伏地层T1yn2泥岩夹灰岩，T1yn2地层为相对隔水层，岩层倾上游偏右岸，倾角20°～50°，地下水下渗过程中受泥岩的阻隔，在两套地层接触带频繁活动。因此，在接触带附近的T1yn3地层中发育较多的溶洞，且溶洞多顺层发育，在卸荷裂隙溶蚀的影响下，切层溶蚀宽缝与顺层溶洞逐渐汇通连接，地表水畅通入渗后，岩溶进一步加强，溶洞加大，通道变畅。根据各建筑物开挖揭露的溶洞发育高程，结合前期勘察资料钻孔掉钻高程，以及地表落水洞和泉点的分布，综合分析得出：右岸近坝区溶洞多呈互通的网状结构，各溶洞直接或通过溶蚀裂隙间接与KS7岩溶管道连通，地表降雨经溶洞及裂隙汇聚至该岩溶管道，溶洞统计见表1。

图1 KS7岩溶管道系统与建筑物分布相对位置图

建筑物名称桩号或位置高程/m发育地层备注导流隧洞K0+12511947T1yn3K0+18511960T1yn3K0+30511880T1yn3K0+409～K0+41511975T1yn3低部位放空洞K0+291230～1240T1yn3K0+1101230～1238T1yn3泄洪放空洞K0+3351260以下T1yn3工作闸室1290～1300T1yn3引水发电隧洞K0+080～K0+1301278～1341T1yn3K0+3154-K0+3301177～1260T1yn1-2开敞式溢洪洞K0+1801298～1300T1yn3K0+287～K0+3141283～1305T1yn3底部发育高程可能还要低右岸灌浆平洞YPD1K0+0551278～1341T1yn3YPD2K0+1101278～1341T1yn3YPD3K0+1021226以下T1yn3

随着河流的下切，高程较低的地下水排泄系统逐渐袭夺上层岩溶管道系统，上层岩溶管道系统在长期没有水流冲刷条件下，充填物逐渐堆积充填溶洞，而岩溶管道出口也逐步被新的地下水排泄口所代替，最终出口与最低排泄基准面一致，因而形成多层岩溶管道。根据统计分析，库首右岸岩溶分支管道目前可分三层，最高一层出口高程约1270 m(目前地表未发现明显出口)；第二层出口高程约1220 m，地表溶洞口干净，无溶洞充填物；最低层出口为泉点KS7+，高程约1190 m，前期连通试验已证明该泉点与烂田坝岩溶管道系统连通，如图2所示。

图2 KS7岩溶管道系统与各建筑物的布置关系剖面图

3 建筑物影响分析

3.1 施工期影响

从导流洞开始，2010—2013年期间主要为隧洞开挖时间段，先后揭露KS7岩溶管道及与之相连的溶洞，施工期的影响主要体现在岩溶管道水以及溶洞充填物工程地质条件较差带来的洞室稳定和安全问题。

汛期暴雨时，岩溶管道水急剧增加，2010年导流洞开挖时，在0+125、0+185右侧壁揭露岩溶管道，暴雨最大涌水量达200 L/s，综合水量达1000 L/s以上，大量水流涌向河床，使得洞口的临时围堰坡口，一周无法施工。2013年汛期暴雨时，泄洪放空洞桩号0+330处溶洞出现大量涌水，流量最大达800 L/s，同时第三层灌浆平洞桩号K0+102处也出现了涌水，相应的施工面无法施工；开敞式溢洪洞混凝土浇筑时，右岸帷幕已基本形成，导流洞开始运行，泄洪放空洞固结灌浆基本完成，管道被灌浆封堵，原通畅管道被回填，变得不通畅或封堵，暴雨时，大量水从底板涌出，影响混凝土的浇筑。

发电引水隧洞开挖断面8.1 m，上平段桩号k0+080～k0+130段发育规模较大的溶洞，洞内充填物主要为软塑状黏土夹块石，隧洞开挖时，围岩自身稳定性差，采用管棚加钢支撑，短进尺掘进，施工进度缓慢。

3.2 运行期影响

通过对溶洞的回填处理、建筑物结构的衬砌、围岩的固结灌浆，以及施工震动干扰等，改变了KS7岩溶管道原有的补、排、径条件，特别是造成原有的排泄通道变得不畅通或封堵，岩溶管道水可能滞留，汛期暴雨时，可能造成岩溶管道与建筑物交叉处水压力过高而破坏衬砌混凝土，以及岩溶管道进口洼地产生内涝等。

洞室开挖揭露出汛期溶洞渗水、涌水现象，进一步证实了KS7岩溶管道与各洞室建筑物的交叉关系。汛期暴雨时，岩溶管道地下水因原排泄通道受阻迅速形成较高压管道水。鉴于溶洞发育在空间上的复杂性，以及隧洞固结灌浆、溶洞封堵等施工质量问题，高压水可能直接作用在隧洞衬砌混凝土结构上，当结构混凝土无法承受高压时，发生开裂，这就带来隧洞建筑物的破坏以及水库渗漏，严重时会威胁主要建筑物的安全稳定运行。

当地岩溶地下水受阻，不能及时排泄时，岩溶管道进口洼地可能形成内涝，长时间内涝可能影响附近农作物的生长，严重时，会影响附近村民的安全，易引发矛盾纠纷，对水库运行存在影响。

4 结 论

我国西南山区，岩溶发育千姿百态，空间分布极其复杂，岩溶管道成了地下水运移的大动脉，对水利水电工程建设带来了不少难题，既影响到水库的成库条件，也影响工程地质安全。分析和研究岩溶管道发育规律和特征，对水利水电工程建设尤为重要。由于岩溶的复杂性和发育规律的多样性，岩溶管道发育没有一成不变的，需要更多的去发现和分析，结合建筑物的特点，找出更合适的方法去处理。

[1] 袁代江，武兴亮，刘子金，等.黔中水利枢纽一期工程地质勘察报告[R].贵阳：贵州省水利水电勘测设计研究院，2009.

[2] 王大纯，张人权， 史毅虹，等. 水文地质学基础[M].北京：地质出版社,1990.

[3] 邹成杰.水利水电岩溶工程地质[M].北京：水利电力出版社，1994.

武兴亮(1978-)，男，贵州江口人，高级工程师，主要从事水利水电水文地质与工程地质勘察工作。E-mail:7472702@qq.com。

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2096-0506(2017)04-0090-05