缅甸滚弄水电站坝址区水文地质条件及坝基渗漏问题处理研究

曾 晓 波

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司， 云南 昆明 650000)

缅甸滚弄水电站坝址区水文地质条件及坝基渗漏问题处理研究

曾 晓 波

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司， 云南 昆明 650000)

缅甸滚弄水电站坝址区地下水位分布低缓，在勘探控制范围内两岸无明显高于正常蓄水位的地下水分布。本文分析了坝址区的地下水位分布低缓的主要原因，同时研究了坝址区岩体透水性与岩性、岩溶程度及岩体风化联系密切。通过研究表明电站可能存在坝基渗漏的风险，通过数值模拟计算表明渗漏量对水库水位的影响十分有限，局部渗漏地段可以通过常规的帷幕灌浆手段进行防渗处理。

水电站； 水文地质； 数值模拟； 坝基防渗

1 坝址区工程地质条件概况

滚弄水电站位于缅甸掸邦境内，项目装机1 400 MW，最大坝高104 m，采用混凝土重力坝型，初拟正常蓄水位519 m。坝址河谷较开阔，总体呈“V”字型，两岸山体雄厚，山峰和槽谷呈NE向展布，分布高程一般1 100～1 300 m，坝址区江水面高程445 m。坝址区两岸发育多条冲沟，沟内干涸，冲沟纵向坡降大，延伸长度小。

坝址区地层以P1s3-1及P1s3-2的钙质砂岩和岩屑角砾岩等为主，上游侧尚有P1s4的碳酸盐岩分布，碳酸盐岩与坝址的碎屑岩地层呈断层接触。坝址河谷地段地层岩性分布见图1所示。

图1 坝址区河谷岩性空间分布示意

区域地质构造背景复杂，第四系活动断裂发育，工程区相应的地震基本烈度为Ⅷ度，属较不稳定地区。

坝址区地层岩性虽以岩屑角砾岩及钙质砂岩为主，但坝址附近及外围地区碳酸盐岩分布面广，加之岩屑角砾岩亦属可溶岩，岩体透水性极强，且冲沟汇水面积不大，水源补给有限，冲沟多干涸，地表大气降雨一般直接沿喀斯特溶孔、溶隙和溶洞下渗排入丹伦江，因此，区内缺乏完整的地表水系。地下水系统比较复杂，两岸地下水与地表水和江水联系密切，地下水位随枯、雨季节的交替变化而变化，江水的涨落和降雨量大小反应灵敏，两岸地下水位与江水位变化同步性较强。

2 地下水分布特征

表1为坝址两岸钻孔地下水分布情况，坝址区两岸地下水分布形态极为低缓，地下水位随着地形的上升未能出现明显的抬高。坝址区两岸地下水位线形态均平缓开阔，在低高程部位基本与江水持平，在高高程部位水位爬升缓慢，其分布高程低于正常蓄水位高程(519 m)。

表2为坝址区长观孔地下水位动态观测成果，观测资料显示：两岸枯、雨季地下水位变化明显，变幅一般15.9～34.4 m，且水位的变化基本与江水位的涨落保持一致；孔最低水位均高于江水位，也说明两岸地下水均向丹伦江排泄；枯、雨期水位变幅分布高程均限于445.7～506.8 m，低于正常蓄水位高程519 m，说明在勘探控制范围内两岸无明显高于正常蓄水位的地下水分布。

表1 坝址主要钻孔地下水分布

表2 坝址钻孔地下水位动态观测统计

综合表1及表2成果分析表明：坝址区两岸地下水位均高于江水位，江面是整个坝段区地下水的最低汇水基面，两岸地下水均补给江水；地下水与江水位的高差较小，ΔH≈1～16 m(未出现负值)，相应的水力坡降位于1%～10%。坝址区地下水位的变化沿河谷两岸爬升缓慢，地下水位低平。

3 岩体透水性

坝址区虽多为钙质砂岩及岩屑角砾岩，但砂岩和岩屑角砾岩中的碳酸盐成分含量极高，属可溶岩，岩溶作用明显。坝址区岩体透水性与岩性、岩溶程度及岩体风化联系密切。

图2～6为坝址区主要钻孔风化、线岩溶率及透水性对比关系图，由此成果可以看出：

(1)岩屑角砾岩及紫红色砂岩的线岩溶率较发育，左岸弱于右岸。左岸的弱风化岩体(弱下)线岩溶率为0～10.3%，微新岩体为5.2%～6.9%；右岸线岩溶率弱风化岩体为37.7%～40.6%，微新岩体0.5%～7.5%；河床部位基岩基本未发生岩溶作用，线岩溶率近于0；

(2)岩体透水率随着岩体风化减弱和深度加深呈逐渐变小的趋势，弱风化岩体属中等透水，微新岩体多为弱透水。

根据坝址区勘探资料分析，坝址区相对不透水顶板(q≤3 Lu)分布较深。坝址区左岸埋深一般70～120 m，右岸埋深一般65～100 m，河床部位埋深一般45～100 m，且向两岸高处相对隔水层顶板抬升较明显。

图2 ZK141风化、岩溶率及透水性对比关系

图3 ZK151风化、岩溶率及透水性对比关系

图4 ZK152风化、岩溶率及透水性对比关系

图6 ZK149(河中孔)风化、岩溶率及透水性对比关系

4 坝段区地下水分布低缓原因分析

电站坝址区水位低缓的主要原因如下：

(1)河谷主要为横向谷，岩层走向与河流方向垂直，沿层面和层间构造破碎带径流较畅通，使坝区地下水呈现NEE向或近EW向快速向丹伦江排泄。

(2)坝段区河谷两岸的高耸山脊形成的地表水和地下水分水岭距离河谷较近，山脊外测均发育有较大规模的槽谷，地下水汇集后，分别向东西两侧运移。同时，两岸近河谷的高耸山脊形成的地表分水岭造成区内接受大气降水补给的范围极为有限，补给河谷的地下水量大为减弱；此外，由于两岸坡地形陡峻，大气降水大多呈表流汇入丹沦江，而渗入地下补给地下水的量较少。

(3)从地层岩性分布来看，整个坝段区及其外围地区均为碳酸盐岩分布，如图7所示(P1s1及P1s4地层)，喀斯特溶蚀作用导致地下水运移顺畅，地表水的补给远不能满足地下水向丹伦江的排泄。

(4)从构造条件来看，坝区区域性断裂构造发育，见图7所示，受NE向的区域构造断裂带夹持，加之F1和F2断层及其中间泥质粉砂岩阻隔的作用，坝段内水文地质单元边界清晰，区内地下水的补排关系受明显制约，坝址区右岸高高程处的地下水受泥质粉砂岩条带的阻隔，不能补给中低高程部位的地下水，使坝址区右岸坡部位的地下水排泄量大于补给量。

图7 工程区构造纲要简图

5 渗漏及其防渗分析

坝址区虽多为钙质砂岩及岩屑角砾岩，但砂岩和岩屑角砾岩中的碳酸盐成分含量较高，属可溶岩，岩溶作用明显, 右岸坝基尚分布有碳酸盐岩，因此电站可能存在坝基渗漏的风险。

针对河床坝基和右岸坝肩部位，对大坝帷幕深度进行了敏感性分析(见表3)。

由数据模拟计算结果可以看出，随着坝基防渗帷幕深度的增加，帷幕有效地阻止了水库的渗漏。根据计算数据作出曲线(见图8)，随着防渗帷幕深度的增加，上游渗漏量的变化呈双曲线型。上游渗漏量在帷幕深度小于40 m时下降幅度大，在坝基帷幕深度40 m以后仍然持续下降，但幅度逐渐变小。渗流量在帷幕深度小于40 m时，下降幅度大；帷幕深度大于40 m后，渗流量下降幅度变缓。因此可以判定其3 Lu线在40 m附近，这与地质剖面中的相对隔水层也是一致的，帷幕到超过该层后防渗效果变小。因此坝基帷幕深度45～50 m为宜。

表3 坝基帷幕深度敏感性分析

图8 上游渗漏量与坝基帷幕深度关系曲线

由数据模拟计算结果可以看出，随着右岸防渗帷幕的长度增大，由于增大了地下水的径流路径，渗漏量不断减小，同时防渗帷幕下游处的地下水位也在降低。从图9可以看到，右岸防渗帷幕长度与上游渗漏量变化关系曲线基本上呈双曲线型。当防渗帷幕长度大于240 m时帷幕作用开始变得不明显。这是由于越往右岸山体深层岩体渗透性越小，甚至与灌浆帷幕的系数相近。由此推测右岸3 Lu分界线位置在山体内240 m附近，该分界线大致与山体表面平行，越往山体深入它的高程越高，因此在100～240 m之间大于3 Lu的地下水径流路径区域已经相对较小。右岸山体地下水位也有同样的规律，帷幕从0～200 m逐渐增长时，水位逐渐降低，但降低幅度随帷幕增长而减少。当帷幕到达210 m时水位已接近最低点。综上所述，右岸帷幕长度宜取220 m左右。

综合图8和图9中可以看出：当坝基的防渗深度做到40 m，右岸的防渗帷幕做到300 m(数据模拟分析仅需要做到220 m)，坝基和右岸坝肩的渗透量为3 740.2 m3/d，即0.043 m3/s，对于年平均流量1 950 m3/s来说，其对水库影响是十分有限的；即使坝基不做防渗处理，右岸的防渗帷幕长度只做到150 m，坝基和右岸的渗透量也只有4 138.2 m3/d，对水库水位的影响也十分有限，不会造成管涌、流土等形式的渗透变形破坏，也不会对大坝的安全造成破坏。对于该区域的渗漏问题，通过常规的工程手段(如帷幕灌浆)是完全可以控制的。右岩帷幕长度敏感性分析见表4。

图9 上游渗漏量与右岸帷幕长度关系曲线

工况y5y6y7y8y9y10y11帷幕长度/m150180210240260280300渗漏量/m3·d-11862186118611861186118611861平均水位/m512512512512512512512

6 坝基防渗建议

根据坝址坝基岩体水文地质条件，结合大坝壅水高度，建议坝基防渗标准以相对隔水层(透水率q≤3 Lu)进行控制，帷幕灌浆的深度应深入3 Lu线以下5～10 m。因此，通过坝轴线剖面资料，结合坝基建基面开挖情况，及相关的数据模拟分析，不同部位具体控制要求如下：

(1)河床坝基帷幕深度40～45 m，局部因裂隙连通性强、防渗深度大的地带，应加深处理；

(2)左岸坝基帷幕深度铅垂方向一般35～70 m，局部地段需加深处理。由于左岸地下水低平，坝肩防渗帷幕难以与正常蓄水位等高的地下水位相衔接。但3 Lu线分布形态较地下水位高，通过灌浆洞防渗帷幕可以与其衔接，同时考虑导流洞堵头的设置和后期灌浆的要求，建议水平防渗处理深度向山里延伸120 m；

(3)右岸坝基帷幕深度铅垂方向一般55～80 m，局部地段需加深处理。由于右岸地下水位同样低缓，坝肩防渗帷幕难以与正常蓄水位等高的地下水位相衔接，但3 Lu线分布略高于地下水位线，通过灌浆洞可以与其连接，同时兼顾泄洪兼导流洞后对坝基抗渗的要求，建议水平防渗处理深度向山里延伸200 m。

7 结 论

(1)坝址区地下水位分布低缓，在低高程部位略高于江水位，在高高程部位，地下水位爬升速度缓慢，勘探控制范围内两岸无明显高于正常蓄水位的地下水分布。

(2)坝址区岩体透水性与岩性、岩溶程度及岩体风化联系密切。岩屑角砾岩及钙质砂岩的线岩溶率较发育，且右岸强与左岸，河床部位基岩基本未发生岩溶作用；岩体透水率随着岩体风化减弱和深度加深呈逐渐变小的趋势，弱风化岩体属中等透水，微新岩体多为弱透水。坝址区相对不透水顶板(q≤3 Lu)分布较深，且向两岸高处相对隔水层顶板抬升较明显。

(3)电站坝址区的地下水位在低高程部位较低缓的原因主要是受坝址区地形地貌、地质构造和地下水补排关系等因素的影响造成的。

(4)受岩性特征及地质构造的影响，坝址区钙质砂岩和岩屑角砾岩中的碳酸盐成分含量较高，属可溶岩，岩溶作用明显, 右岸坝基尚分布有碳酸盐岩，因此电站可能存在坝基渗漏的风险。数据模拟计算表明渗漏量对水库水位的影响也十分有限，不足平均流量的万分之一；对于透水性较大、可能引起坝基与绕坝渗漏问题的地段，可以通过常规的帷幕灌浆手段进行防渗处理。

(5)根据坝址坝基岩体水文地质条件，结合大坝壅水高度，建议坝基防渗标准以相对隔水层(透水率q≤3 Lu)进行控制，帷幕灌浆的深度应深入3 Lu线以下5～10 m。

[1] 何树明，曾晓波.缅甸滚弄水电站可行性研究报告(工程地质)[R].中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，2011.

[2] 何冠鸿,刘晓丽.缅甸滚弄水电站坝基渗流分析和渗控措施研究[D].清华大学水利水电工程系，2011.

[3] 王大纯,张人权.水文地质学基础[M].地质出版社，2006.

2016- 04- 22

曾晓波(1980-)，男，湖北安陆人，高级工程师，从事水电工程地质勘察工作。

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1003-9805(2017)04-0053-04