索风营水电站S63岩溶管道系统勘察与施工处理

　　摘要：本文以索风营水电站导流洞S63岩溶管道封堵灌浆处理为例，较全面地探讨了岩溶管道型渗漏防渗处理施工技术。索风营水电站S63岩溶管道系统是由一系列溶蚀裂隙、垂直、水平方向的溶洞组成，在查明岩溶管道分布情况后进行针对性岩溶管道渗漏进行防渗处理方案，采用控制灌浆、模袋灌浆等施工技术对岩溶管道进行封堵，成功地防止了河水倒灌，保证了导流洞正常施工。
　　关键词：岩溶管道、渗漏、控制灌浆、模袋灌浆
　　0、前言
　　贵州索风营水电站位于乌江干流中游，为东风、乌江渡水电站之间的衔接梯级。电站在导流洞和EL781交通洞开挖施工过程中，均遇S63岩溶管道系统，特别是导流洞施工，受S63岩溶系统的发育而大大影响了施工进度。
　　根据地质资料，S63岩溶系统位于电站坝址区左岸781m高程以下50m深度范围。穿越该岩溶管道系统的前期工程包括导流洞（除进水口3m段）、EL781交通洞及其施工支洞，业主计划于2002年5月前贯通。自2002年5月21日洪水期开始，导流洞内S63溶洞段一直受河水洪水涨落的影响不能正常施工，尤其是2002年6月18~19日暴雨引发山洪，致使整个导流洞内充水，严重影响着导流洞内的开挖与砼浇筑。
　　1查明S63岩溶管道系统采用的勘察技术
　　1.1S63岩溶管道系统地质概况
　　索风营水电站S63岩溶管道系统属于坝址左岸三叠系岩组，与周围系统间有T1y1及P2L隔水层为边界。出口位于河岸，高程760m左右，地层为T1y2上部厚层块状灰岩，溶洞沿缓倾上游的层面错动带fj1、fj2及走向近东西向、倾向下游的f2断层、倾向上游的f3断层发育。
　　洞室开挖揭露的溶蚀现象：在EL781交通洞0+275m附近揭露出S63岩溶管道系统，分布范围约80m洞段。发育于灰岩与白云质灰岩中的3×3.5m~1×5.5m的空洞，下部有充填。沿f2断层有线状滴水，雨天明显增大。导流洞内，0+225~0+255m桩号洞段，有大于1.0m溶洞，大部分溶洞均有不同程度黄色粘土充填；0+200m桩号附近，有大于4m的空洞，但有积水，推测沿夹层向深部有大于10m的溶洞。导流洞内左右壁均有沿f2断层发育的水平、垂直方向的裂隙型、半穹型、管道型溶洞断面面积大于0.5m2。
　　由于河流下切，地下水侵蚀基准面降低，狭谷期溶洞大部为空洞，是良好的地下水通道，也是本次河水倒灌的主要通道。
　　1.2连通试验确定的主要渗水通道
　　乌江河道落差大，导流洞堤堰内水位与导流洞入口处的水位相差2.5~3.0m，与河水位至坝轴线时水位基本一致。在水位自763m~766m高程间变化时，洞内变化滞后河水位10min。堤堰内未见明显的集中出口，河水灌入来自于760m高程下部，通道的畅通性推测管道管径应不小于1.0m。2002年6月18日，河流流量大于3000m3/s时，导流洞入口水位大于771m高程，有河水自0+215~0+218桩号间的导流洞左壁763~766m高程的几个河洞中灌入；7月23日大洪水，河水灌入导流洞期间，从钻孔D1#、D6#发现自河中灌入冒水且有水压，说明该部位通道的畅通性与管道管径等应略次于前述0+220m桩号下游的通道。在钻孔过程中，进行了注水试验和压水试验，根据注水、压水成果资料显示出岩溶发育的不均匀性，得出在S63岩溶管道系统中有很明显的分段性。
　　2S63岩溶管道系统封堵处理设计
　　2.1防渗方案设计
　　通过对取得的地质资料、钻探资料、物探资料等资料的综合分析，在掌握了S63岩溶管道系统的分布规律后，制定S63岩溶管道系统封堵防渗处理设计方案就能做到有的放矢，其防渗设计方案为：
　　(1)在EL781交通洞内0+274~0+330m桩号洞段以帷幕灌浆进行防渗堵漏，重点处理追踪f3、fj1夹层发育的溶蚀通道，对充填溶洞、裂隙破碎带等，采用控制灌浆进行处理，形成防渗帷幕；对岩溶管道，先采用模袋灌浆进行封堵，然后进行砂浆灌注及控制灌浆处理。
　　(2)在导流洞内0+200~0+250m桩号洞段以封堵方式处理，重点处理追踪f2、fj1夹层与向裂隙发育的溶蚀通道，设计方案为：
　　①岩石完整，钻进时孔内无异常情况，全孔返水的钻孔采用全孔一次性水泥浆灌注；
　　②遇溶蚀裂隙、规模较小溶洞及不返水等其它异常情况的钻孔主要采用砂浆灌注，并根据现场施灌情况掺加其它灌浆材料；
　　③遇规模较大溶洞时采用模袋灌浆、砂浆灌注等方式进行综合处理。
　　2.2防渗施工布置设计
　　2.2.1EL781交通洞灌浆施工布置
　　防渗灌浆轴线布置在EL781交通洞0+274m～0+330m桩号洞段右侧，全长56m。原设计灌浆孔设置为两排两序，I、II序排排距为1.0m，同排孔分两序施工，孔间距为2.0m，呈梅花型布置，防渗底界最深达724m高程。在施工中根据业主主持的专题会议对施工方案作出调整：放弃II序排灌浆孔施工，I序排灌浆孔延伸至0+264m，灌浆轴线全长为66m，钻孔编号为J1#、J3#、J5#……J67#。
　　2.2.2导流洞灌浆施工布置
　　导流洞0+200m~0+250m桩号洞段出露S63岩溶系统，灌浆孔设置在导流洞右壁约764.5m高程，灌浆孔为单排，孔间距1.5m，钻孔倾角为65°，防渗底界为742m高程，钻孔编号为D0#~D29#。其中D1#、D15#、D29#为物探测试孔。
　　3S63岩溶管道系统封堵灌浆处理施工技术
　　3.1控制灌浆
　　控制灌浆技术主要在EL781交通洞内实施。按照有关规程规范及设计要求，采用稀浆或一次性分段灌注，在设计压力下，达到灌浆结束标准，形成防渗帷幕，保证细小的渗水通道得到封闭。在EL781交通洞0+272～0+276m桩号洞段施灌过程中出现串冒浆现象，主要是沿f3、fj1发育的充填型溶洞及较大溶蚀裂隙发育，采用灌注浓浆、间歇灌注、待凝等综合措施进行处理。
　　在导流洞内对岩溶通道渗水可能性小，或钻进过程中岩石比较完整的孔段也采用了全孔一次性灌注的控制灌浆技术。实践证明，采取控制灌浆技术封堵细小的渗水通道行之有效。
　　3.2模袋灌浆
　　在导流洞内可能过水通道处钻进时，D22#、D27#钻孔中揭露出高度3~4.5m的溶蚀空洞，有针对性采用了先进的模袋灌浆方法，对D22#、D27#两孔内溶洞进行模袋灌浆，并在灌浆过程中使用了录相监控，保证灌浆效果。模袋在灌浆过程中具有滤水、膨胀作用，很快达到封堵效果。模袋灌浆灌注水泥13.48T，封堵体积大于60m3。
　　3.3砂浆封堵
　　在S63岩溶管道系统的主要通水段的封堵均使用了砂浆，包括在EL781交通洞与导流洞内。材料为人工砂与天然河砂共同使用，水、水泥与砂的重量比为1∶1∶2。防渗灌注面积787.84m2，灌注砂量155990kg，灌注水泥量97439.00kg。其中，砂浆灌注量单孔段最大可达60060kg。
　　3.4化学材料的使用
　　根据需要使用了化学材料，主要为水玻璃与CaCl4。在EL781交通洞灌浆孔特大耗灰孔段：J35#孔30~40m段；J37#孔25m以下孔段；J55#、J57#、J59#孔15~25m孔段，由于以上孔段在灌浆过程中均有一定压力，除采用控制灌浆等处理的综合措施进行处理外，加入适量外加剂以保证灌浆效果。
　　4S63岩溶管道系统处理效果观测
　　对S63岩溶管道系统进行防渗处理能否取得理想效果，通过灌前灌后导流洞水位高差的对比，可显而得之。在实施勘探时观测工作即予以进行，观测点设在导流洞的进口位置和堤堰内，及S63岩溶管道河边出口，前两处均有标尺，S63岩溶管道河边出口仅在大洪水时作为观测点。索风营水电站河段自2002年5月21日进入汛期后，导流洞入口处水位一般高于760m，白天上游东风水电站发电泄流，水位升至763~765m。因虹吸作用，此时在导流洞内0+200~0+250m桩号洞段砌筑的砼挡水堰内，总保持与导流洞入口处水位低2.5~3.0m的水位差，变化滞后时间为10min。在大洪水及山洪暴发期，均在9分钟内即造成导流洞内0+200~0+250m桩号洞段水位超过769m堤堰顶，导流洞其余洞段淹洞。堤堰内积水消失完全受河水位的控制，观察消水最大速度：45×12×8m范围，5min下降1m。在对S63岩溶管道系统进行防渗处理过程中，2002年8月6日观测水位时发现：2:30分至7:30分河水位下降60cm，S63溶洞段堤堰内水位上涨23cm；8月10~12日，河水位于764~768m高程之间反复涨落，而S63溶洞段堤堰内水位一直稳定在766m高程，堤堰内水位已高于导流洞入口水位。继续观测至8月15日，河水位达768.0m，而堤堰内水位基本不变。通过观测证明，对S63岩溶管道系统进行防渗处理已达到目的，封堵取得了成功。
　　5结语
　　S63岩溶管道系统的发育受地质条件的限制，对应于历史时期的乌江狭谷期岩溶发育。沿S63岩溶管道产生的河水倒灌，是沿洪枯河水位高程密切联系的空间通道发生的，找出岩溶发育规律，是拟定工程封堵成功的关键。通过对S63岩溶管道系统进行封堵防渗处理得出以下结论：
　　(1)S63岩溶体系漏水属岩溶管道性漏水，设计拟定在EL781交通洞布置梅花型双排灌浆孔进行封堵是可行的，J37#钻孔连通试验验证了这点。在施工过程中只施工了一排灌浆孔，其灌浆孔孔距由原来的2m缩小为1m，对岩溶管道封堵灌浆能取得更好的效果。
　　(2)对于大通道封堵，封堵方法最为有效的是采用先进灌浆工艺与传统方法的结合。其中，采用模袋灌浆技术处理渗水通道，对高速水流、大通道封堵均行之有效，且减少了材料消耗，节约了灌浆成本。同时，为保证防渗帷幕的形成，宜在水泥初凝后再进行扫孔复灌处理。
　　(3)勘探及施工中，根据地质、钻探、物探等资料及时制定不同的灌浆处理措施，使灌浆更具针对性。同时配以观测，对封堵情况及时掌握，从而保证了处理方案的及时决策。
　　参考文献：
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　　[2]GB50021-2001，岩土工程勘察规范[S].
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　　[4]朱建耘，黄勇.贵州乌江索风营水电站S63岩溶管道防渗堵漏灌浆竣工报告，[R].贵阳：国家电公司贵阳勘测设计研究院，2003.

《索风营水电站S63岩溶管道系统勘察与施工处理》

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