马岭水利枢纽工程地下厂房岩溶防渗处理

孙正华,王 强,况 渊

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳 550081)

1 工程概况

马岭水利枢纽工程位于贵州省黔西南州兴义市境内，是国家重大水利工程建设12个PPP示范性项目之一。坝址距下游马岭镇约3 km，流域控制面积1 914 km2，多年平均流量43.6 m3/s。工程开发任务是以城乡供水为主，结合灌溉，兼顾发电等综合利用。工程为Ⅱ等大(2)型工程，规划水平年2030年多年平均供水量为21 156万m3，电站装机容量45 MW，多年平均发电量1.24亿kWh，年利用小时2 745 h。右岸城乡供水设计流量为2.82 m3/s，左岸城乡供水及灌溉设计流量为5.51 m3/s。

地下发电厂房洞室群布置于大坝右岸山体内，采用主厂房、主变洞两大洞室平行布置方式，轴线方向N15°W。厂区枢纽建筑物主要由主厂房、主变洞、母线洞、出线平洞、出线竖井、排风洞、排水廊道、进厂交通洞、主变交通洞等地下洞室和地面中控室组成，主机间内安装4台水轮发电机组。主厂房由间和安装间组成，开挖总长61.28 m，主变洞开挖长度34.4 m。自地下厂房洞室群开挖后，揭露多处规模大小不一的溶洞。2017年7月15日，经过几天连续暴雨后，沿溶洞发生多处涌水，初估涌水量达到1 000 m3/h，严重影响到下厂房系统施工及后期运行。

2 厂房岩溶发育情况

2.1 厂房地层岩性

地下厂房铅直埋深28～58 m，水平埋深约24～68 m，出露地层主要为T2g3-4厚层、中厚层灰岩，少量T2g3-5薄层至中厚层白云岩夹淡黄色薄层泥页岩位于厂房端头的风机室处，岩层产状为N80°W/SW∠53°～60°，倾下游偏右岸。地下厂房厂区为河谷岸坡，地形较为完整，地形陡缓相间，其后坡高程1 035.00 m以上表现为一个浅切冲沟，沟内无流水，高程976.00 m以下地形自然坡度在35°左右，高程976.00～1 022.00 m段地形较陡，平均坡度在50°以上，高程1 022.00 m以上主要为浅切冲沟段，其地形平缓，坡度在15°左右。

2.2 厂房开挖揭露溶洞情况

地下厂房开挖到主厂房端头(桩号厂横0+061.00 m)风机室发现溶洞之后，先后分别在上层廊道(厂横0-037.50 m、厂横0-082.50 m、厂横0-089.10 m)以及进厂交通洞、下层廊道(厂横0-064.60m、厂横0-103.00 m)等处揭露溶洞，一般宽度3～5 m，较窄处1～2 m，最大宽度达8 m，靠厂房内侧向山内溶洞变小变窄。溶洞上部多呈小管道或溶蚀裂隙向顶部发育，横断面呈“葫芦”状，洞壁多见石灰华沉积，溶洞高10～20 m，多为半充填类型，充填块石、碎石及黄色粘土，粘土成软塑状，粘性好。溶洞总体沿T2g3-4与T2g3-5层分界线顺岩层面发育，呈管道状分布于地下水位线附近。通过连通试验，厂房溶洞与下游桥河床河水连通。

2.3 厂房岩溶成因分析

2.3.1岩溶发育条件

根据厂区地形地貌及岩性分析，认为地下厂房岩溶发育存在以下条件[1-4]：

(1) 地下厂房区岩性为厚层、中厚层灰岩，属强可溶岩，为岩溶发育垫定了物质基础。

(2) 地下厂房处于河谷岸坡下部，为地下水向河床排泄区，河谷近于横向谷，有利于地下水沿面向河床排泄、溶蚀形成岩溶管道。

(3) 河谷阶段性下蚀切深，导致岩溶具继承性和发育规模的成层性。

(4) 厂房河谷岸坡后侧发育的冲沟，为厂房区溶洞、管道的发育提供了较充沛的地下水补给来源。

(5) NNE向优势裂隙为地下水排泄、溶蚀形成岩溶管道提供了一定的条件。

2.3.2岩溶发育特征

根据厂房区岩溶发育条件，结合前期勘察，开挖期揭露和补充勘察成果分析，厂房区岩溶发育有以下特征[5-7]：

(1) 平面上，岩溶发育具有方向性。主要沿层面发育，方向为N80°W，其次这沿NNE向裂隙发育，方向为N3°E。

(2) 垂向上，岩溶发育具有成层性。岩溶发育主要分布于高程972.00～977.00、982.00～987.00、1020.00～1028.00 m。

(3) 岩溶形态以溶洞、溶缝为主，溶洞、溶缝在平面和垂向上形成串珠状岩溶管道。地下水位附近，岩溶发育规模相对较大，且为当前排水岩溶道道，贯通厂房后坡冲沟补给区和河边泉点排泄区。

(4) 地下水位附近高程972.00～977.00 m多为半充填，其余多为全充填。

2.3.3岩溶管道推测

地下厂房溶洞经连通试验、物探钻孔电池波CT透视、溶洞水位、钻孔地下水位以及河水位观测等手段调查和分析，明确了该溶洞属T2g3-4层中厚层、厚层灰岩顺层发育的一条岩溶管道。该岩溶发育受岩层层面控制较为明显，多沿岩层走向方向发育。经沿线(岩溶管道)调查，该岩溶管道的水源主要来自2号渣场洼地地表渗水，岩溶管道途经出线平台冲沟、地下厂房溶洞、排水廊道、进厂交通洞进口等，在永久桥下游右岸边汇入马别河。

2.4 厂房涌水成因分析

2017年7月15日，经过几天连续暴雨，河水位上涨至高程960.00 m，在厂房下层排水廊道揭露溶洞处出现大量涌水，涌水量达到1 000 m3/h。同时，在厂房靠山体侧的1号支洞发现2个裂隙渗水点，流量分别达到0.15 L/s和0.2 L/s，导致厂房出现涌水情况。

根据厂区岩溶发育条件和岩溶发育特征，厂房区东侧存在一NNE向岩溶管道，该岩溶管道为厂区地下水集中排泄通道。其补给区为厂房岸坡后侧冲沟流域。地下厂房岸坡后侧冲沟2号渣场为一洼地，洼地由于覆盖层覆盖，未发现明显落水洞，但洼地的存在表明有隐伏落水洞存在。当暴雨期，冲沟汇集的地表水在2号渣场洼地下渗进入厂区岩溶管道向河边泉点排汇。厂房开挖将厂区岩溶管道切断，导致暴雨期岩溶管道水涌入厂房。据厂房涌水观察，一般非暴雨时，涌水很小甚至无水，暴雨时涌水急剧增大，表明管道与地表连通性好，以致消涨迅速。其涌水来源有两个方面：一方面，来自地表水入渗后沿管道向厂房排泄；另一方面，由于厂房基坑开挖高程低于河水位，河水通过管道向厂房基坑回灌。除涌水量较大的厂房内岩溶管道外，其它涌水点为裂隙性涌水，多来自暴雨时岸坡上部溶蚀裂隙地表水入渗，一般较小。

3 厂房岩溶防渗设计与处理措施

3.1 厂房岩溶防渗设计

根据地质调查分析，该溶洞管道发育于T2g3-4层深灰色厚层中厚层夹薄层灰岩、含白云质灰岩内，属强岩溶透水层，岩层产状为N80°W/SW ∠ 60°，倾向下游，对地下厂房建筑物结构影响不大，但对厂房汛期施工及厂房永久运行影响较大，主要存在山体涌水和河水倒灌问题，且目前已发生厂房洞室涌水现象。为解决地下厂房洞室涌水问题，经研究讨论，采用排堵结合原则，利用溶洞加固+帷幕灌浆+排水帷幕的方案处理，设计思路如下[8]：

(1) 对揭露的溶洞：挖除或清除不稳定块体，不能挖除的进行锚喷支护，回填混凝土封堵受影响部位。

(2) 对全厂区采取帷幕灌浆，阻断厂区岩溶管道，在外侧(河床侧)溶洞及周边强溶蚀带约30 m范围内，帷幕底线边界为高程915.00 m，其余部位帷幕底界为高程930.00 m。

(3) 在上层排水廊道内侧(山体侧)增设排水洞，意在探明厂房山体侧的岩溶管道涌水水源，经由上层排水廊道导排岩溶管道水，并在其内布置排水孔幕，降低厂房围岩和压力钢管周边地下水压力。

3.2 厂房岩溶涌水具体处理措施

为保障地下厂房溶洞不影响施工和运行安全，结合现场揭露溶洞发育情况，并按厂房溶洞治理设计思路，制定以下措施：

(1) 对风机室进行扩挖，以挖除受岩溶影响区域，对溶洞影响范围超出设计开挖断面的部位进行喷锚支护，对岩溶影响较大的底部及边墙采取混凝土回填封堵措施。

(2) 在上层排水廊道靠山侧设置排水洞，进一步探寻岩溶管道水源源头，引排溶洞水经由上层排水廊道排至河道，并布置排水孔，有效截断岩溶管道涌水，降低厂房围岩和压力钢管周边地下水位，保障厂房施工及运行安全。

(3) 对于上、下层排水廊道揭露处的岩溶采取锚喷支护+衬砌支护+排水孔引排的措施，保障排水廊道围岩稳定。

(4) 在上层排水廊道以下布设全厂防渗帷幕，对厂区进行封闭，防止溶洞涌水及洞室渗漏情况发生。在上层排水廊道以上布设顶拱排水帷幕，减轻山体内渗漏对厂房主要洞室的影响。

(5) 对安装间下游侧岩壁吊车梁段，调整了岩壁吊车梁形式，采用框架柱吊车梁，保障了主厂房吊车梁的安全运行。

4 防渗效果

(1) 地下厂房的防渗帷幕和排水系统施工后，基本截断了厂房周边岩溶管道向厂内渗水的通道；靠山体侧的排水洞内布置的排水孔，起到了帷幕幕前排水减压效果，暴雨时段均有返水现象。

(2) 受岩溶影响的安装间顶部及上游侧岩体，调整了支护措施和结构设计型式，保证了安装间岩体安全稳定；

(3) 上、下层排水廊道内岩溶按支护措施处理后，其岩体安全稳定，内渗水量明显减少；经过处理后，地下厂房已安全度过2018年汛期，厂房岩溶处理效果良好。

(4) 根据地下厂房布置的测缝计、多点位移计、锚杆应力计和渗压计的监测情况，其测值均在正常范围内，满足安全运行要求。

5 结 语

经过对马岭水利枢纽地下厂房岩溶管道处理的实践经历，马岭地下厂房岩溶处理是比较成功的范例。虽然其在前期勘察中未揭露，给施工过程中带来了一些影响，但因其规模不大，施工期处理得当，基本上避免了其危害。在岩溶地区，遇到岩溶问题是不可避免的，即使在前期勘察中未见岩溶痕迹，但也应该储备相关处理措施技术手段，以及施工预案和相应的工程量。遇到岩溶后，及早的查清其发育规律，是制定正确的防渗设计方案的关键，并且在施工过程中根据具体情况，对设计方案进行相应调整和优化。