雷順榮

（貴州省水利投資集團(tuán)有限公司，550000，貴陽(yáng)）

工程建設(shè)與管理

黔中水利樞紐大壩左岸帷幕灌漿平洞處理措施及效果評(píng)價(jià)

雷順榮

（貴州省水利投資集團(tuán)有限公司，550000，貴陽(yáng)）

巖溶地區(qū)筑壩建庫(kù)，防滲處理是工程技術(shù)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，處理結(jié)果的好壞將直接影響工程能否正常運(yùn)行及發(fā)揮設(shè)計(jì)效益。針對(duì)黔中水利樞紐大壩左岸帷幕灌漿工程ZPD4灌漿平洞大型充沙溶洞的情況，擬定了3個(gè)處理方案進(jìn)行比選，最后確定采取全部清除沙層回填混凝土方案。方案實(shí)施過程中出現(xiàn)了溶洞頂板跨度太大、頂部揭露的巖體破碎等問題，經(jīng)研究采取調(diào)整處理方案和施工順序等措施，從而確保了施工安全。

黔中水利樞紐；帷幕灌漿；充沙溶洞；處理方案

一、工程概況

1.樞紐工程概況

黔中水利樞紐位于貴州省中部苗嶺寬緩山脊、兩江分水嶺河源地帶、巖溶峽谷山區(qū)，工程以灌溉、城市供水為主，兼顧發(fā)電等綜合利用，并為改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件，是Ⅰ等大（1）型水利樞紐。水庫(kù)正常蓄水位1 331 m，水庫(kù)總庫(kù)容10.89億m3；電站裝機(jī)容量136 MW。水庫(kù)大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 335 m，最大壩高157 m。

2.左岸帷幕布置情況

左岸帷幕平面布置投影總長(zhǎng)2 045.61 m，平面上巖溶發(fā)育段設(shè)計(jì)采用梅花形布孔，孔距3 m，排距1 m；巖溶相對(duì)不發(fā)育段及遠(yuǎn)壩段，帷幕采用單排布置，孔距2～3 m。立面布置依據(jù)下限最低高程1 110 m至帷幕上限高程 （正常蓄水位高程1 331 m）的最大深度221 m，分成4層灌漿設(shè)計(jì)，即ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ、ZⅣ層(ZⅣ層為第4層即最底層，起灌高程約1 201 m)。各層灌漿布置中，平面上采用錯(cuò)開平行布置，各層中心線間距4 m，上層平洞帷幕灌漿下限低于下層平洞底板高程3 m，各層帷幕之間從下層平洞內(nèi)打斜孔進(jìn)行帷幕搭接灌漿封閉。

二、充沙溶洞

1.充沙溶洞前期支護(hù)處理

ZPD4為左岸第4層（底層）灌漿平洞，長(zhǎng)725 m，底板面高程1 201 m。在平洞開挖時(shí)，于ZPD4灌漿平洞樁號(hào)0+238～0+296段出現(xiàn)沙層，全長(zhǎng)58 m，開挖揭露圍巖均由細(xì)沙狀充填物組成，部分為流沙，偶夾孤石。溶洞段施工開挖難度較大，進(jìn)尺較慢，開挖后自穩(wěn)較差，垮塌嚴(yán)重，施工掘進(jìn)主要采取邊開挖、邊支護(hù)的方式進(jìn)行，采用超前管棚、（加強(qiáng)）鋼支撐并結(jié)合鋼板或掛網(wǎng)噴混凝土的支護(hù)措施。支護(hù)后充沙溶洞段平洞基本成形，具備下階段施工條件。

2.充沙溶洞邊界調(diào)查

為查明該溶洞形態(tài)、規(guī)模和溶洞四周沙層的厚度，在灌漿平洞（ZPD4）樁號(hào)段0+238～0+296 m庫(kù)內(nèi)、外側(cè)和頂、底板，按梅花形布置勘探孔（洞內(nèi)勘探孔布置見圖1），一共打了46個(gè)探孔，總進(jìn)尺562 m，勘探發(fā)現(xiàn)溶洞形態(tài)極不規(guī)則，洞頂高程最高1 214.4 m，洞底最低高程約1 189 m；溶洞斷面最大高度約25 m，平均高15～20余m；最寬24 m，平均寬13～15 m，溶洞體積約1.68萬m3。溶洞被細(xì)沙土、孤石充填，未見到洞穴的侵溶蝕形態(tài)特征，溶洞屬大型充填型溶洞，

根據(jù)在溶洞段布置的46個(gè)勘探孔揭露的沙層厚度 (以穿過沙層段并進(jìn)行至基巖5m結(jié)束)，設(shè)計(jì)繪制了沙層段的平剖面圖；該溶洞發(fā)育無任何規(guī)律，以平洞為中心，上下左右最深沙層厚度均為10余m；平洞底板以上溶洞空間體積約為0.63萬m3，平洞底板以下溶洞空間體積約為1.05萬m3。

三、溶洞段防滲處理方案

1.處理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合專家意見，綜合擬定了3個(gè)處理方案進(jìn)行分析比較。

方案1：灌漿平洞底板高程以下采用混凝土防滲墻，上部采用高壓灌漿。

平洞底板以下采用人工挖孔樁的形式，跳樁開挖、分層護(hù)壁、隔孔澆筑的方式，將沿帷幕線溶洞段內(nèi)充填的沙層分次序挖出，并逐步形成連續(xù)、封閉的混凝土防滲墻；上部采用高壓灌漿方式解決ZPD3層底部及其與ZPD4層帷幕的連接。

方案2：灌漿平洞下部采用混凝土防滲墻，上部清除沙層回填混凝土。

平洞底板以下仍采用與方案1相同的防滲墻形式，平洞底板以上則考慮全部挖除充填物，再采用混凝土回填，待上部回填施工完成后，在平洞內(nèi)對(duì)底板以下保留的沙層充填物實(shí)施高壓固結(jié)灌漿。

方案3：全部清除沙層回填混凝土。

考慮到水庫(kù)蓄水運(yùn)行期沙層溶洞段平洞及防滲體結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定、防滲帷幕整體有效連接等方面的問題，對(duì)方案實(shí)施效果、實(shí)施難度、工程投資等方面進(jìn)行了綜合比選，推薦了全挖混凝土回填方案即方案3。

2.充沙溶洞處理施工及方案調(diào)整

（1）溶洞處理施工

充沙溶洞處理施工時(shí)，將庫(kù)內(nèi)灌漿平洞的施工支洞ZD7作為沙層處理的上游施工通道，形成上游工作面由樁號(hào)0+300向0+230端施工；將大壩下游灌漿平洞的施工支洞ZD5作為沙層處理的下游施工通道，形成下游工作面由樁號(hào)0+238向0+296端施工，主要采用小型機(jī)械施工。

主要施工內(nèi)容及最先擬定的施工順序?yàn)椋合炔鸪撝?，依次挖除上、下部充填物，再進(jìn)行下部混凝土回填施工，最后進(jìn)行灌漿平洞襯砌及上部回填混凝土施工。

（2）施工遇到的主要問題及施工順序調(diào)整

拆除鋼支撐后形成臨空面，在開挖過程中隨著臨空面的變大，正頂部時(shí)有掉塊和頂板坍塌，施工作業(yè)危險(xiǎn)性極大，作業(yè)人員的安全得不到保障。樁號(hào)0+300側(cè)拆除鋼支撐后開挖加坍塌形成的頂板跨度太大（最大高寬均達(dá)24 m），頂部揭露巖體破碎，主要充填黏土夾沙并含孤石，高度固結(jié)，且0+280～0+0+280）段背水側(cè)邊墻還因受NW40°裂隙切割，形成70°倒懸，巖面光滑，在施工過程中出現(xiàn)幾次掉塊垮塌現(xiàn)象。

為盡可能降低安全風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合勘探孔探測(cè)的溶洞邊界情況，發(fā)現(xiàn)中間段（0+265～280）較窄（寬約4～6 m），遂將施工開挖順序調(diào)整為從中部（樁號(hào)0+253～0+261）向兩側(cè)打開工作面，洞壁較穩(wěn)定，且主要以細(xì)沙夾礫石充填，充填物開挖時(shí)雖偶有自然坍塌，但風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)可控，開挖總體順利。

圖1 洞內(nèi)勘探孔布置

沙層清除基本接近勘探邊界后，形成樁號(hào)0+300端傾向北西方向、0+ 230端傾向南東方向且兩端跨度較大、中部相對(duì)較窄的溶洞。其中樁號(hào)0+260向0+240之間為向背水側(cè)擴(kuò)展的喇叭形溶洞大廳，平洞底板以上高度12～15 m，最大寬度約20 m；樁號(hào)0+ 280～0+300段底板以上為15～20 m高、中部約25 m寬的溶洞大廳?？涨豁敳慷酁樯仇ね翃A泥巖碎屑、沙土互層充填物為沙黏土夾塊石與薄層沙土互層，沙層清除后，隨著揭露時(shí)間增加，頂部開始頻繁的掉塊及垮塌，對(duì)底板以下的施工形成了極大的安全隱患。

（3）溶洞處理方案調(diào)整

針對(duì)底板下部施工時(shí)空腔頂部隨時(shí)可能掉塊或垮塌產(chǎn)生的安全隱患，結(jié)合上部清除充填物后出露的圍巖情況，對(duì)溶洞處理方案進(jìn)行了調(diào)整。處理方案仍分為兩部分：一部分是底板1 199.5 m高程以上部分，另一部分是底板1 199.5 m高程以下部分。

底板1 199.5 m高程以上部分采取將沙層充填物基本清除（庫(kù)內(nèi)側(cè)必須滿足上層帷幕搭接質(zhì)量及保證施工期安全，清除至少至ZPD3層平洞庫(kù)內(nèi)側(cè)邊線；庫(kù)外側(cè)開挖至基巖面），采用C20混凝土回填密實(shí)，頂部采用回填灌漿處理。

底板1 199.5 m高程以下部分采用C25混凝土防滲墻形式處理，整個(gè)下部結(jié)構(gòu)由沿帷幕軸線的防滲墻及傳力墻組成，C25鋼筋混凝土防滲墻墻體厚度3 m，平面長(zhǎng)度為64 m（ZPD4 0+236～0+300段），防滲墻其后(防滲墻庫(kù)外側(cè))沿軸線每隔13 m設(shè)置一道C25鋼筋混凝土傳力墻，傳力墻厚度也為3 m（如圖2所示）。

澆筑上部回填混凝土?xí)r預(yù)留防滲墻及傳力墻的施工廊道，給下部開挖提供安全保障。防滲墻及傳力墻基礎(chǔ)必須嵌入基巖（至少伸入弱風(fēng)化巖體以下0.5 m），防滲墻采用人工挖孔樁，跳樁開挖、分層護(hù)壁、隔孔澆筑、分序連接的方式，將該溶洞段在沿帷幕線孔樁范圍內(nèi)充填的沙層分次序挖出，并逐步形成連續(xù)、封閉的混凝土防滲墻，對(duì)防滲墻兩側(cè)保留的沙層實(shí)施高壓固結(jié)灌漿。

圖2 調(diào)整處理方案圖

四、處理過程及效果評(píng)價(jià)

①在灌漿平洞開挖時(shí)遇到充沙溶洞，采取強(qiáng)支護(hù)的方式先強(qiáng)行通過溶洞段繼續(xù)平洞開挖及二襯施工對(duì)工程工期安排有利，一方面繼續(xù)平洞開挖有進(jìn)一步勘明帷幕線地質(zhì)情況的作用，另一方面將工程難點(diǎn)留在后期處理，可以充分論證處理方案和進(jìn)行施工準(zhǔn)備。

②在樁號(hào)0+300以后帷幕施工完成后進(jìn)行溶洞處理，保證了0+300以后帷幕灌漿施工不受溶洞段處理的影響，確保了施工順利完成。

③對(duì)溶洞段進(jìn)行相對(duì)較密的勘探孔布置是非常必要的，在勘明邊界條件的同時(shí)，為施工順序的調(diào)整提供了基礎(chǔ)資料，工序調(diào)整對(duì)上部充填物能安全清除非常重要。

但本工程最終仍沒有勘探明確河道與溶洞的連接通道及其位置，這對(duì)處理方案的制定增加了難度。

④上部充填物開挖清除完成實(shí)際工期4個(gè)月，比計(jì)劃工期增加了2個(gè)月，累計(jì)完成開挖9 000多m3，采用以人工為主的開挖方式，開挖工效低。

⑤上部開挖完成后，針對(duì)頂部垮塌安全風(fēng)險(xiǎn)大的情況，及時(shí)調(diào)整處理方案，先形成廊道后再在廊道內(nèi)進(jìn)行下部施工，確保了下部施工時(shí)人員的安全。這是方案適時(shí)調(diào)整取得的明顯效果，至全部處理完成，沒有出現(xiàn)一例安全事故。

但上部開挖尤其0+300側(cè)空腔的開挖、廊道立模施工基本上不能在控制安全風(fēng)險(xiǎn)的條件下進(jìn)行，這種安排是不可取的。

⑥水庫(kù)蓄水一年多后，對(duì)底層平洞滲水量和壩后左岸河道邊滲出水點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的水量變化，也沒有發(fā)現(xiàn)新增出水點(diǎn)，左岸防滲總體效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

五、結(jié)語(yǔ)

防滲工作是巖溶地區(qū)筑壩建庫(kù)重點(diǎn)，遇（充填）溶洞、巖溶管線等復(fù)雜地質(zhì)情況時(shí)，增加了工作的難度。因具體工程所遇溶洞規(guī)模、地質(zhì)情況等不同，其處理方案就不同，但對(duì)溶洞進(jìn)行勘探調(diào)查、擬定設(shè)計(jì)方案、根據(jù)施工揭露情況適時(shí)調(diào)整方案的工作方法是基本得到業(yè)界認(rèn)可的。本文所介紹的溶洞，因其位置深、承受水頭大、規(guī)模大且地質(zhì)條件復(fù)雜，其處理過程可作為類似工程借鑒。但本工程在處理溶洞時(shí)仍有很多工作沒有做得更細(xì)，希望在借鑒的同時(shí)進(jìn)一步研究細(xì)化具體方案，爭(zhēng)取更好的處理效果。

責(zé)任編輯 韋鳳年

Effect evaluation and measures on curtain grouting of adit located on the left bank of the dam of Qianzhong Hydraulic Project

Lei Shunrong

Seepage control is a critical and difficult part of dam construction in karst area,and its performance has a direct impact on normal operation and benefit generation of the project.Regarding curtain grouting conditions of large sand filled cavern of ZPD4 adit located on the left bank of Qianzhong Hydraulic Project, three options were compared,among which removal of entire sand layer that refilled by concrete was selected. However,problems were found such as large span of karst cave roof and rock fragmentation on the top,which had been solved by making adjustment and modification of construction sequence,so as to ensure safety during construction.

Qianzhong Hydraulic Project;curtain grouting;sand filled cavern;treatment options

TV543

：B

：1000-1123（2017）10-0015-03

2016-12-30

雷順榮，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事水利水電建設(shè)管理工作。