夏界平

(長江三峽勘測研究院有限公司，武漢 430073)

0 前言

巖溶一詞最早表達(dá)為亞得里亞海達(dá)爾馬提亞(Dalmatia)沿岸的石灰?guī)r區(qū)喀斯特。中國是個(gè)多溶洞的國家，尤以廣西境內(nèi)的溶洞著稱，如桂林的七星巖、蘆笛巖等。北京西南郊周口店附近的上方山云水洞，深612 m，有7個(gè)“大廳”被一條窄長的“走廊”相連，洞的盡頭是一個(gè)碩大的石筍，美名十八羅漢，石筍背后即是深不可及的落水洞，也有一定規(guī)模。

在巖溶帶來美景的同時(shí)，也為水電工程帶來了許多安全隱患。我國現(xiàn)有的病險(xiǎn)水庫大多修建于解放初期階段，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)和歷史條件限制，多屬于“三邊”工程。20世紀(jì)70年代烏江渡水電站的建立，是我國在巖溶地區(qū)建設(shè)高壩大庫和大型水電站的標(biāo)志，隨后成功建成了紅水河大化水電站、黃泥河魯布革水電站、紅水河巖灘水電站、索風(fēng)營等大中型水電站。

巖溶地區(qū)河谷一般斷面狹窄，巖石硬度中等，有質(zhì)量較優(yōu)的人工砂石骨料料源，是良好的水庫選址之選，但往往存在巖溶滲漏、涌水、邊坡穩(wěn)定、地基穩(wěn)定等一系列工程地質(zhì)問題，所以，如何合理勘查和解決巖溶地質(zhì)問題，成為水電站安全運(yùn)作的首要地質(zhì)問題。

1 巖溶滲漏的發(fā)生機(jī)理

巖溶指可溶性巖石，特別是碳酸鹽類巖石(如石灰?guī)r、石膏等)，受含有CO2的流水溶蝕，有時(shí)并加以沉積作用而形成的地貌。往往呈奇特形狀，有洞穴、石芽、石溝、石林、溶洞、地下河也有峭壁。此種地貌地區(qū)，往往奇峰林立。通常指巖石裸露、草木不生、具有洞穴、落水洞、地下河而缺乏地表河流和湖泊的地區(qū)。是地下水對可溶性塊狀石灰?guī)r溶蝕的結(jié)果。

1.1 巖溶的形成條件

石灰?guī)r在略有酸性的水中更易于溶解，而這種水在自然界中廣泛存在。雨水沿水平的和垂直的裂縫滲透，將石灰?guī)r溶解，并以溶液形式帶走。沿節(jié)理發(fā)育的垂直裂隙逐漸加寬、加深，形成石骨嶙峋的地形。當(dāng)雨水沿地下裂縫流動時(shí)，就不斷使裂縫加寬、加深，直到終于形成洞穴系統(tǒng)或地下河道。

1.2 巖溶的形成過程

地表水在運(yùn)動過程中對所經(jīng)過的沉積物或巖石有著重要的侵蝕作用，既包括水動力作用下的碎屑物搬運(yùn)，又包括水對巖石或沉積物的化學(xué)溶蝕作用，還包括碎屑物在搬運(yùn)過程中的磨蝕作用。喀斯特地貌就是地下水對碳酸鹽巖侵蝕作用的結(jié)果。在水流作用下，形成陡峭的海岸、彎曲的溝壑、高高的冰蝕懸谷、氣勢磅礴的大峽谷?！暗嗡┦币彩撬幕瘜W(xué)侵蝕作用的寫照。

溶洞的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長期溶蝕的結(jié)果。石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣(CaCO3)，在有水和二氧化碳時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸氫鈣，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步擴(kuò)大。這種現(xiàn)象在南斯拉夫亞德利亞海岸的喀斯特高原上最為典型，所以常把石灰?guī)r地區(qū)的這種地形籠統(tǒng)地稱之喀斯特地形。

2 巖溶滲漏的勘查內(nèi)容及方法

水利水電工程巖溶滲漏勘察不同于非喀斯特地區(qū)的滲漏勘察，巖溶水可分為淺層的和深層的兩種，巖溶的發(fā)育也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，如果利用一般的地質(zhì)勘查工作進(jìn)行，是無法滿足巖溶勘查的要求的。水文地質(zhì)條件的勘查需要利用專門的技術(shù)支持，才能達(dá)到理想的效果，因此需要應(yīng)用巖溶工程地質(zhì)學(xué)的理論和方法進(jìn)行分析研究。

2.1 巖溶滲漏的勘查內(nèi)容

水庫巖溶滲漏勘察的任務(wù)是查明基礎(chǔ)地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育規(guī)律一級發(fā)育程度、巖溶水文地質(zhì)條件，然后分析評價(jià)水庫是否存在巖溶滲漏、滲漏的方式，滲漏量及滲漏影響，最后提出滲漏處理的方法以及建議。

2.1.1 基礎(chǔ)地質(zhì)條件勘察

巖溶基礎(chǔ)地質(zhì)條件包括地貌形態(tài)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以及解理的分布情況，發(fā)育程度等。主要內(nèi)容有:①調(diào)查可溶巖的可溶性以及與隔水層的接觸關(guān)系，隔水層的隔水性能，兩者的產(chǎn)狀與分布情況，連續(xù)性及對水庫的影響;②查明斷層數(shù)量、規(guī)模、產(chǎn)狀及分布情況，斷層是否錯斷隔水層或相對隔水層形成構(gòu)造切口及構(gòu)造切口的規(guī)模。斷定是否與斷層有直接的關(guān)系，為后期的治理提供資料。

2.1.2 巖溶發(fā)育程度及規(guī)律調(diào)查研究

巖溶發(fā)育程度與巖溶發(fā)育規(guī)律調(diào)查研究的主要內(nèi)容有:①調(diào)查巖溶形態(tài)特征、規(guī)模大小及其空間分布情況，統(tǒng)計(jì)點(diǎn)、線、面的巖溶率、鉆孔遇洞率等;②分析研究巖溶發(fā)育程度、地質(zhì)構(gòu)造對其的影響、地下水動力條件以及地下水文網(wǎng)演變歷史的關(guān)系等。這樣分析的目的是研究水庫正常蓄水位以下巖溶發(fā)育的情況，并分析確定水庫巖溶滲漏的形式。

2.1.3 巖溶水文地質(zhì)條件研究

巖溶水文地質(zhì)條件研究的可以確定水庫巖溶滲漏范圍、途徑、滲漏量等，其主要內(nèi)容有:①根據(jù)巖性和構(gòu)造條件，劃分巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型;②調(diào)查研究巖溶水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，研究河水與地下水的關(guān)系，確定巖溶水動力類型;③分析研究是否存在地下水分水嶺及其分布位置與高程;④分析研究巖溶水文地質(zhì)參數(shù)。

2.2 巖溶滲漏的勘查方法

水庫巖溶滲漏主要勘察方法有水文地質(zhì)測繪、溶洞調(diào)查、鉆探、水文地質(zhì)試驗(yàn)、地球物理勘探、巖溶地下水觀測等。

2.2.1 巖溶水文地質(zhì)測繪

巖溶水文地質(zhì)測繪是相當(dāng)復(fù)雜的，但是巖溶水文地質(zhì)測繪在巖溶勘查中起著舉足輕重的作用，是巖溶研究工作必不可少的基礎(chǔ)工作，是一切巖溶水文研究的基礎(chǔ)。主要包括野外的地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)的分析整理。進(jìn)行巖溶地貌的觀察，推測巖溶發(fā)育的因素，查清區(qū)內(nèi)的化學(xué)成分、礦物成分、巖性結(jié)構(gòu)已經(jīng)分布特征。河系的發(fā)育情況，松散沉積物的堆積，地下水的運(yùn)動狀態(tài)等都是水文地質(zhì)測繪的研究內(nèi)容。

2.2.2 鉆探工程

鉆探是直接取得地下巖層的最有效手段，多用于礦產(chǎn)勘查工程中的最后階段。它不僅能進(jìn)行巖性分層，探查地質(zhì)構(gòu)造、也可以查明地下水的分布情況，隔水層的厚度已經(jīng)分布情況，透水層與隔水層的組合關(guān)系，透水層的范圍等，除了利用鉆探工程，利用地質(zhì)雷達(dá)，電法勘探也是取得地下水文地質(zhì)情況的有效手段。

2.2.3 水文地質(zhì)試驗(yàn)

水文地質(zhì)試驗(yàn)分為兩類:野外試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)。目的是為了定量評價(jià)含水層的富水性，測定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)(K、T、S、μ)和地下水的補(bǔ)給、分布情況，巖溶地下水分水嶺及其位置、地下水補(bǔ)給通道和強(qiáng)流位置等。水文地質(zhì)試驗(yàn)包括鉆孔壓水試驗(yàn)、鉆孔抽水試驗(yàn)、鉆孔注水試驗(yàn)、示蹤試驗(yàn)等。

2.2.4 地球物理勘探

地球物理勘探是應(yīng)用物理學(xué)原理勘查地下礦產(chǎn)、研究地質(zhì)構(gòu)造的一種方法和理論，常用五字總結(jié)為:重、磁、電、震、放。是在物理學(xué)的基礎(chǔ)上，通過地質(zhì)反演技術(shù)，了解地下的地層，構(gòu)造和水文情況，它具有成本低，周期短，工程量小等優(yōu)點(diǎn)。在水文地質(zhì)的勘查中一般用地震勘探、電法勘探和磁法勘探。

2.2.5 巖溶地下水觀測

對巖溶地下水的實(shí)時(shí)狀態(tài)了解是抵制滲透最直接有效的方法，巖溶地下水觀測分簡易觀測和動態(tài)觀測。簡易觀測是對水位，流量等基本水文情況的觀察;動態(tài)觀測是在簡易觀察的基礎(chǔ)上，除了對巖體和水流本身的觀察外，還要實(shí)時(shí)記錄氣候、季節(jié)等外界因素對水文條件的影響。巖溶地下水的觀察不僅能夠?qū)Φ叵滤?，徑流，排泄情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而且能夠?qū)崟r(shí)的觀察期的變化情況，為巖溶的治理收集完善的水文資料。

3 堵漏方案與措施

防滲方法概括起來就是避、堵、隔、圍、鋪、截、排、觀8個(gè)字。即首先盡量避開巖溶發(fā)育的地方進(jìn)行建壩，堵住溶洞，采取防滲截流的方法，防滲鋪蓋截流墻，灌漿，用豎井或圍堤將溶洞圍在庫外，將壩基地下水或滲水導(dǎo)出壩外，進(jìn)行較長期的運(yùn)行觀測，再對癥下藥地進(jìn)行處理。通常在壩址區(qū)常采用堵、鋪、截、排的方法，在水庫庫區(qū)常采用堵、隔、圍的方法。

3.1 輻射孔施工

輻射孔是在所掌握的地質(zhì)資料無法判斷打孔位置的情況下，可以再壩頂?shù)任恢貌贾幂椛淇祝檎壹袧B漏通道。輻射孔的鉆進(jìn)要按照實(shí)際情況進(jìn)行，在一般情況下，直接鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度然后進(jìn)行灌漿，但是遇見透水嚴(yán)重的情況時(shí)，要利用大口徑的管道對透水部位進(jìn)行灌漿。在輻射孔打鉆過程中，按照反水情況進(jìn)行灌漿，以主要成分為水泥、黏土或膨潤土、粉煤灰以及外加劑等的漿液進(jìn)行灌注，不僅可以防止流失，而且這樣合成的漿液有較高的韌性和較大的黏度。

灌漿孔結(jié)束灌漿后，采用濃漿回填。由于漿液終凝干縮后，在鉆孔上部會出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，因此采用原配比漿液進(jìn)行回填，直至灌漿孔不再出現(xiàn)脫空。

3.2 相鄰壩段結(jié)合部位施工

相鄰壩段結(jié)合部位灌漿孔可分為鉛直孔和斜孔，斜孔的傾角根據(jù)巖層的走向確定，通常垂直于基巖的走向。堵漏孔≥3排時(shí)，一般先施工背水排，再施工迎水排，最后施工中間排。灌漿孔的排數(shù)、孔距、排距根據(jù)前期的堵漏效果確定。鉆孔灌漿方法與輻射孔相同。

3.3 模袋混凝土施工

當(dāng)滲漏通道存在空腔時(shí)可選用混凝土堵漏，在施工前，應(yīng)對空腔部位進(jìn)行探勘查，確定空腔的基本形態(tài)特征，例如大小及形狀等，以便選擇模袋的類型。模袋鋪放好后，利用灌漿泵向模袋內(nèi)灌注水泥漿液。模袋在鋪設(shè)時(shí)垂直和平行的方向都應(yīng)該留有一定的空間，一般依據(jù)施工要求控制。為防止灌漿管堵塞，漿液可以采用由稀到濃的方式灌注。在注漿的過程中為了達(dá)到更加快速理想的效果，應(yīng)該加入一些速凝劑，使其快速固化。

3.4 錨桿加固

模袋施工完成后，為安全起見可以進(jìn)行錨桿加固工程，這樣可以抵制水流再次沖刷而出。錨桿支護(hù)具有成本低、支護(hù)效果好、操作簡便、使用靈活、占用施工凈空少等優(yōu)點(diǎn)。

3.5 化學(xué)灌漿

當(dāng)常規(guī)灌漿無法達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，可采用化學(xué)灌漿。化學(xué)灌漿是利用泵壓力通過鉆孔將硅酸鈉或高分子化合物漿液壓入巖土微細(xì)裂隙或混凝土裂縫內(nèi)加固或防滲的工程，漿液的凝膠或固化時(shí)間可在一定范圍內(nèi)按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，凝膠過程可瞬間完成，凝膠體或固結(jié)體有良好的抗?jié)B性能，漿液在凝膠或固化時(shí)收縮率小或不收縮，灌漿效果好。

4 結(jié)語

巖溶地區(qū)壩基總會遇見滲透問題，只有進(jìn)行全面的地質(zhì)調(diào)查工作，對工作區(qū)的滲漏問題全面了解的情況下，進(jìn)行對癥下藥的方式，才能達(dá)到最大的效果，盲目的進(jìn)行注漿堵漏等操作，往往不能達(dá)到理想的處理效果，還會增加工程成本。

本著避、堵、隔、圍、鋪、截、排、觀8個(gè)字原則，對工作區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育規(guī)律與發(fā)育程度、巖溶水文地質(zhì)條件，分析評價(jià)水庫是否存在巖溶滲漏、滲漏途徑與滲漏范圍、滲漏形式、滲漏量及滲漏影響進(jìn)行全面分析，使得治理工程達(dá)到最優(yōu)化。

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