马鞭田水库伏流堵漏成库研究

2018-03-25杨元红龙云宝赵应武

水利科学与寒区工程 2018年2期

杨元红，龙云宝，赵应武

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳 550002)

1　工程概况

马鞭田水库工程位于黔西南州义龙试验区德卧镇、新桥镇和木咱镇交界处，库首位于珠江流域西江水系南盘江的一级支流白水河上的落水洞，坝址以上集雨面积369.4 km2，多年平均流量7.47 m3/s，现为天然海子成库，为白水河一级电站库区，距德卧镇约4.3 km，距新桥镇3.6 km，有公路直达坝区，交通较为便利。工程主要任务是为新德龙产业园区供水、灌溉，兼顾发电及水生态文明建设等综合利用。

马鞭田水库工程主要包括水源工程和供水工程。水源工程主要建筑物有防渗堵漏、左岸溢洪洞、取水发电进口改造、新庄排涝暗渠。供水工程包括提水泵站(马鞭田泵站)、输水线路两部分。

工程推荐方案为防渗堵漏成库方案，坝前淤沙高程1133.99 m，水平淤沙高程1139.99 m，水库死水位1140 m，死库容7.82×106m3，正常蓄水位为1152 m，相应库容为3.595×107m3，水库校核洪水位1158.42 m，总库容6.685×107m3。

工程建成后，P=95%新德龙产业园区毛供水量为3.51×107m3/a；可灌溉5.3×106m2耕地，P=80%灌溉用水量为2.9×106m3/a；并下放环境水量2.137×107m3/a。

马鞭田水库工程等别为Ⅲ等，枢纽主要建筑物级别为3级，供水输水建筑物(泵站、管道)级别为3级。提水总流量为1.911 m3/s。其中供水流量1.447 m3/s、灌溉流量0.464 m3/s。

从地形上来说，马鞭田伏流以上段河岸平缓，河两岸居民较多，且规划为义龙新区核心区和新德龙产业园区，已无成库条件。结合流域上已有的工程和地形地质情况，白水河具有成库条件的河段位于伏流洞前段200 m范围内，其中老鹰嘴到落水洞之间河道较狭窄，河面一般宽度80～150 m，两岸山体较陡，具备建坝成库条件，但该段河床有深达28 m淤积层，强风化厚度8～10 m，对坝基开挖、处理、坝体下部混凝土浇筑、施工导流技术上处理难度大，工程量大，且投资高，不利于建坝成库。

2　堵漏成库研究

2.1　堵漏成库位置选择

白水河末端于落水洞入伏，现状入伏口及附近河面高程约1125 m左右，未封堵前的入伏口高程约1118～1120 m。根据测量资料，白水河在现今坝甲塘出口高程约1118 m，入伏口至坝甲塘出口间暗河长度约1 km。入伏口至坝甲塘暗河附近地表高程1120～1210 m，暗河北部的两棵树一带地表高程1202～1216 m，至卖油坪一带地表高程升至1216.3～1227.5 m。入伏口至坝甲塘暗河东侧地表高程1122.0～1292.5 m。马鞭田水库正常蓄水位1152.0 m，从地形上看，完全能满足堵漏成库条件。地质上，马鞭田主要渗漏通道位于落水洞末端-坝甲塘-瓢坝塘一带，采取溶洞封堵和防渗堵漏，具备成库条件。结合实际的地形地质条件，具备堵漏成库的位置主要位于落水洞-坝甲塘之间和坝甲塘-瓢坝塘之间两处。

2.2　防渗帷幕设计

本工程为堵漏成库，没有挡水大坝，主要建筑物级别为3级，防渗标准按3级建筑物的标准执行，一般3级建筑物透水率q为3～5 Lu，本工程水量利用系数26.1%，水量利用系数较低。因此，帷幕标准取上限值为5 Lu。

水库正常蓄水位1152 m，帷幕上限取1152 m，帷幕灌浆地表高程位于1190～1300 m之间，均高于帷幕灌浆上限。因此，在1152 m高程设置一条灌浆平洞，称为上层平洞，灌浆平洞长度和帷幕长相同，为2797.86 m。在帷1+384.934处设置一条施工支洞，支洞出口位于坝甲塘，长500 m。

帷幕下限为1020 m，最大灌浆深度132 m，综合考虑施工、灌浆效果、经济性，在帷幕中部设置一条灌浆平洞，称为下层平洞。在帷1+670.535处设置一条施工支洞，支洞出口位于白水河一级电站右侧330 m处，支洞长1070 m。上下层平洞在平面上错开布置，均采用竖孔灌浆，上层平洞靠近水库侧，按上层灌浆孔与下层平洞内壁距离>3 m控制，两层平洞轴线距离为6.5 m。下层平洞高程1090 m，位于帷0+443.042～帷2+511.249之间，长2068.207 m，下层灌浆深度70 m，上层灌浆搭接到下层底板以下5 m，上层灌浆深度67 m，在下层平洞内采用水平孔和斜孔进行搭接上下帷幕，搭接孔与上层灌浆孔交叉搭接，长7 m，断面上布置4孔。

帷幕分为单排孔、双排孔和三排孔，帷0+000～帷0+783.594和帷2+377.747～帷2+797.863段合计长1203.71 m，采用单排灌浆，间距2 m，分3序孔布置。1+338.594～帷2+377.747段合计长1039.153 m，采用双排灌浆，灌浆孔排距1.5 m，间距3 m，交错布置，分2序孔灌浆。帷0+783.594～帷1+338.594 段长555 m，位于主渗漏通道范围内，采用三排孔灌浆，灌浆孔排距1.5 m，间距2 m，交错布置，分2序孔灌浆。在施工中预留帷幕灌浆检查孔作压水实验，检查孔数目为灌浆总数的10%，其位置根据实际灌浆情况确定。

帷幕灌浆施工时，应选择枯期施工，应尽大可能降低上游的水位，以确保灌浆质量。

单排孔和双排孔段灌浆平洞净宽3 m，净高3.5 m，城门洞型断面，圆心角180°，三排孔段灌浆平洞净宽4 m，净高4 m，城门洞型断面圆心角180°。隧洞顶拱断面上布置φ45回填灌浆孔3个，排距4 m，上层灌浆平洞顶拱断面上布置2个φ50排水孔，排距4 m，深入围岩3 m，下层平洞在下游侧布置1个φ50排水孔，排距4 m，深入围岩3 m[1]。

上层帷幕灌浆平洞Ⅲ类围岩采用C25素混凝土支护底板和边墙，顶拱喷C20混凝土厚0.1 m，局部挂网，随机锚杆支护。其余洞段均采用C25钢筋混凝土衬砌，上层平洞2排孔段Ⅳ类围岩衬砌厚度0.4 m，Ⅴ类围岩衬砌厚度0.45 m，3排帷幕灌浆段衬砌厚度0.5 m。下层帷幕由于处于正常蓄水位以下62 m，衬砌厚度均按0.6 m设计[2]。

2.3　地下渗漏通道封堵

地下渗漏主通道封堵段暗河溶洞高约3～15 m，暗河两侧溶洞延伸长度分别为100～150 m，现今落水洞至坝甲塘暗河底板高程约1120 m，溶洞末端呈溶缝状延伸，暗河两侧地面坡度5°～30°，暗河底部为砂砾石覆盖。受下游坝甲塘落水洞封堵影响，现今暗河底部溶洞充填物大致有两层，下部为坝甲塘落水洞封堵前的砂砾石层，上层为砂质黏土层。根据坝甲寨居民描述，估算堵头段溶洞面积2200～2800 m2。

堵头段主要地层岩性为三叠系中统关岭组第一段(T2g1)灰色薄至中厚层白云岩夹少量泥质白云岩，岩层产状127°∠6°。堵头段溶洞周边岩体在下游坝甲塘落水洞未封堵前，长期受水流冲刷，破碎岩体已被水流冲刷、淘蚀而剥落，因岩溶作用影响，可能局部溶蚀严重、存在陡倾溶蚀裂隙发育，总体而言，现今溶洞周边岩体基本完整，综合判断为Ⅲ～Ⅳ类围岩[3]。

渗漏主通道封堵应选择在枯季施工，溶洞封堵前，通过发电隧洞尽量降低库水位，溶洞内局部积水通过抽排引出，渗漏主通道出口位于坝甲塘，水位下降后，从坝甲塘扩挖原地下通道进入封堵段溶洞，考虑坝甲塘进入溶洞的不确定性，通过灌浆平洞内开挖竖井追踪和进入封堵段，竖井位于灌浆平洞中心线上，直径1.2 m，溶洞封堵后，采用C20混凝土封堵竖井。

由于下层渗漏主通道高程1030～1060 m，位于地下水位以下，溶洞低于水库库底高程(约1125 m)，也低于下游八光海子(约1050 m)，无自流排泄条件，为保证封堵效果，拟在堵头前形成封闭围堰，堵头后抽排水方式，尽量创造干地施工。

在下层渗漏主通道附近从下层灌浆平洞向上游开挖U形灌浆洞，对封堵体形成包围圈，支洞远端距灌浆平洞30 m，支洞两端相距60 m，断面为3.0 m×3.5 m的城门洞型。溶洞段钻φ150 mm孔后先灌注M10砂浆，后实施帷幕灌浆。其他洞段只实施帷幕灌浆，帷幕标准为5 Lu，帷幕灌浆采用双排孔，排距1.5 m，间距3 m，灌浆底部高程为1020 m。堵体下游地下水先抽到下层平洞内，再通过下层平洞施工支洞外排。堵体实施完成后，采用C20混凝土厚2 m对灌浆洞两端进行封堵。

封堵段位于灌浆平洞的正下方，以平洞中心线为中心，封堵全长20 m，封堵前需对溶洞底部淤泥清除，并对洞避四周平整开挖，开挖深度0.5 m。在封堵段溶洞的两侧立模，溶洞顶部预埋回填灌浆管，浇筑C25混凝土进行封堵，封堵完成后实施溶洞顶部的回填灌浆。

下层灌浆平洞以下的溶洞，若地下水位排不干，可根据帷幕灌浆钻孔揭露情况，针对性进行扩孔，采取孔内灌注水下混凝土进行封堵，对封堵体周边进行回填灌浆、接缝灌浆和接触灌浆。