岩溶渗漏（精选四篇）
岩溶渗漏 篇1
毕节地区位于贵州省西北部, 包括8个县 (市) 及1个区, 主要地质构造体系有华夏系北西向构造和东西向构造, 碳酸盐类岩石分布较广, 约占全区总面积的76%, 岩溶发育。大部分水库都修建在岩溶区, 漏水现象普遍存在。从碳酸盐岩层的地质时代来看, 除白垩纪外, 从震旦纪至第三纪的各地层中均有出露, 尤以二叠系和三叠系多见。主要岩溶现象有:石芽、溶沟、溶槽、漏斗、竖井、落水洞、暗河、盲谷等。
在岩溶地区建库建坝, 尽管地质复杂, 但只要能认真对待, 做好地质勘探工作, 搞清库坝区的岩溶发育规律, 选好坝址、库区, 是可建好水利工程的。对于库坝选择, 一般倾向河谷优于走向河谷, 向斜构造优于背斜、单斜构造, 陡倾岩层优于缓倾岩层, 并且充分利用隔水层、岩溶发育微弱的岩层或有利的水文地质条件;另外, 库区、坝址选择要尽量避开可能向下游或邻谷渗漏的通道, 坝址选择应尽量避开坝基、坝肩或坝下游有泉水出露点, 以防坝基发生管涌, 而危害坝身。下面对水库渗漏的几种类型及防渗方法分别叙述。
2 水库渗漏的几种类型
按渗漏途径通常将渗漏分为坝区渗漏和库区渗漏两部分[1]。前者包括坝基渗漏和绕坝渗漏, 库区渗漏包括向邻谷或远排泄区渗漏, 或通过河湾或支谷向下游渗漏。如:毕节市崔家沟水库、金沙县史家田水库等均属坝基渗漏;大方县毛栗水库、金沙县孙家沟水库等为绕坝渗漏;金沙县西堰坎水库、继红水库为库区向邻谷渗漏, 金沙县木蓑衣水库为库区向远排泄区渗漏;织金县红阳水库为库区通过河湾或支谷向下游渗漏。
3 岩溶区水库渗漏的防渗方法
防渗方法概括起来就是避、堵、隔、围、铺、截、导 (排) 、观8个字[2]。即首先尽量避开岩溶发育的库、坝址, 堵住溶洞, 采取防渗截流墙, 防渗铺盖, 灌浆, 用竖井或围堤将溶洞围在库外, 将坝基地下水或渗水导出坝外, 进行较长期的运行观测, 再对症下药地进行处理。一般在坝址区多采用堵、铺、截、导 (排) 的方法, 在水库库区多采用堵、隔、围的方法。
3.1 对坝基泉水的处理
在碳酸盐类岩石地区进行大坝基坑开挖时, 往往会碰到大小不等的泉水, 且常具有承压性质, 若处理不好, 则会影响大坝安全。当有地下分水岭存在, 地下水补给河水, 河水面是当地的侵蚀基准面时, 河谷中就有泉水露头。若河床部分有不透水或弱透水的覆盖于灰岩之上时, 使两侧补给河水的地下水不能通畅流出, 在薄弱地带或揭穿时就有泉水涌出, 且有承压性。泉水沿河床纵向分布, 露头较多, 有的呈散流状, 其处理的方法是:①堵:对于小股泉水或分散出露的无压裂隙水, 一般可在土坝回填时把它堵塞在坝基下, 堵塞的原则是先堵小, 后堵大;先堵高, 后堵低;先堵山边, 后堵河谷中间;先堵坝轴线上游, 后堵坝轴线下游。②导 (排) :在坝基开挖中出现泉水, 用堵的方法效果不佳, 则须用引导的方法把泉水引出坝外或导入排水体。一般采用砂导滤管导水, 如泉眼多, 则可作成许多小型导滤管, 把地下水汇集至低洼处。例如:毕节市崔家沟水库, 库坝区均位于三叠系下统飞仙关组, 岩性为紫红色夹灰绿色薄至中厚层泥岩、粉砂岩和页岩, 受风化影后, 裂隙较发育, 岩石完整性差, 水库竣工后不能蓄水, 其原因是:①左坝内有一泉水, 未经处理即埋在坝内, 结果使左坝肩与坝基分离, 造成管涌;②清基不彻底;③筑坝材料质量差, 后经放缓上游坝坡, 并在上游坝坡脚深挖截水槽至新鲜基岩, 再采用复合土工膜, 左坝内泉水用直径为6.5 cm的铸铁管引出。经过以上措施处理后, 据观测记录, 左坝端均未见渗漏, 可见渗漏现象基本封堵。
3.2 对坝基处溶洞、竖井及溶蚀裂隙的处理
3.2.1 对溶洞、竖井的处理
竖井的处理:采用堵塞的方法, 将井口周围的覆盖层彻底清除至基岩, 洞内用浆砌毛块石填满塞紧, 井口视井径大小, 采用混凝土、钢筋混凝土盖板或拱等形式封口, 承担坝土压力, 防止沉陷。当坝基有水平的或倾斜度不大的溶洞, 也用堵的方法处理。洞的喉部用毛块石填塞、填紧, 在洞口做成反滤层, 用黏土填筑防渗。在坝基最好用混凝土封闭洞口, 防止库水入洞冲蚀坝基。若遇溶洞比较大, 地面地形较徒, 则可用块石、圬工衬砌堵塞洞口, 周围岩溶裂隙用水泥砂浆填缝抹面, 也可在砌体上留个洞, 安装一套闸门, 溶洞可作泄洪洞[3]。如:金沙县史家田水库, 其特点是利用天然的岩溶洼地蓄水, 库区位于中上寒武系娄山关群白云岩、白云质灰岩, 其张裂隙发育, 在库区前缘右岸有一个高5.2 m, 宽4.1 m的消水洞及8～10 m的渗漏带。根据工程的地质特点及岩溶发育规律, 设计采用围、铺、堵等方法进行处理:①对消水洞处理:处理时将消水洞的两边及底部开挖至新鲜基岩, 用100号水泥砂浆砌 0.6 m厚的“小拱坝”, 跨度10 m, 顶部采用桥型拱, 用100号水泥砂浆砌块石封顶, 然后填土覆盖好;②对渗漏带处理:右岸坡面采用C10混凝土护面, 厚0.4～0.8 m, 左岸坡面及渗漏带采用新型防水材料复合土工膜防渗处理。在放水涵洞进口处用C20钢筋混凝土20 cm, 直径1.5m的竖孔作溢洪道, 形状如“烟囱式”。采取以上设计施工后, 实践证明, 该工程 (1993年7月竣工 ) 至今运行正常, 该工程处理措施曾获优秀设计一等奖。
3.2.2 对小溶洞、溶蚀裂隙的处理
一般采用截和铺的方法处理.截有两种形式:①当相对隔水层埋藏较浅, 用开挖截流槽处理, 截流槽底部要嵌入相对隔水层0.5～1.0m (或新鲜基岩以下0.5 m) ;②当岩溶透水层埋藏较深, 则采用灌浆法以形成防渗帷幕。用截的方法处理坝基渗漏时往往结合铺的方法, 做好坝前防渗铺盖, 从上游坝坡脚至坝顶正常水位逐渐由厚变薄。如:赫章县红岩水库, 左岸为下三叠系飞仙关砂页岩、泥灰岩, 右岸为下三叠系茅草铺灰岩、白云岩及白云质灰岩。在岩层交界处坝址左岸1 837.5～1 839.24 m高程内, 于灰岩夹层中发育3个溶洞及构造断裂, 溶洞直径为20～40 cm, 库水大量沿灰岩夹层中发育的溶蚀通道渗漏。坝区NE和SW两组节理裂隙 (组成X剪节理) 极为发育, 将岩石切割成方块状, 是库水渗漏的良好途径。当库水位高程为1 837 m时, 下游坝脚总渗漏量为40 L/s。经采用浆砌块石护坡, 水泥砂浆勾缝防渗, 对岩石裸露且边坡较陡地段全部护砌至正常蓄水位为止, 对明显漏水洞深挖后用块石混凝土回填。通过上述综合处理后, 效果不好, 水库至今未蓄满, 原因是右岸 (包括库弯) 还有往下游渗漏的途径, 即右岸的NW及SN两组裂隙发育, 将岩层切割成孤立的块状体, 裂隙宽度一般为2～5 cm, 最宽约20 cm, 大都无充填物。对此应作120 m左右的帷幕灌浆处理。经帷幕灌浆处理后目前水库蓄水正常。
3.3 绕坝渗漏处理
绕坝渗漏主要是通过溶隙、小溶洞和构造破碎带溶蚀裂隙发生的, 多采用堵、铺、截、导等方法。先把岸坡上大小裂隙和溶洞彻底清挖出来, 在地形平缓地段, 对宽大裂隙和溶洞, 先作好反滤层或用水泥砂浆砌块石填塞好, 最后用黏土或混凝土铺筑, 或作成斜墙式铺盖。若山坡坡度较大或呈陡岸时, 将大小洞隙中的充填物全部清除后, 再用高压冲洗干净, 大洞隙用水泥砂浆砌毛块石填塞, 小洞隙用水泥砂浆勾缝。如:金沙县孙家沟水库, 库区出露地层为寒武系中上统白云岩、白云质灰岩, 坝基在清基时底部有一宽约50 cm的泥槽未清完, 左坝肩SE、SW两组裂隙 (X节理) 及层间裂隙的发育, 使左坝肩产生坝基及绕坝渗漏, 对于此情况, 采取以下措施处理:①坝基:在库内沿坝基开挖, 用水泥砂浆砌块石回填;②绕坝渗漏:沿坝左岸挖一截流槽, 用混凝土和水泥砂浆砌块石回填, 在坝接触处用C20钢筋混凝土衔接。经以上处理后, 效果良好。
3.4 库区渗漏的处理
若库区周围地下水补给河水, 且地下分水岭高于水库回水位或者库区周围有隔水岩层存在时, 水库可不予处理。但存在下述情况时, 常会出现漏水, 即:碳酸盐类岩石岩溶很发育;没有隔水岩层, 或虽有隔水岩层, 但不能起到隔水作用;库内有断层通过;库水补给地下水;落水洞多, 分水岭单薄等。
3.4.1 溶洞和漏斗的处理
对库区较孤立的少数溶洞、落水洞、竖井等的处理, 用堵塞的方法, 处理工作的关键在于清基是否彻底。当库区回水范围内有较大的“反复泉” (雨季出水、旱季落水) 时, 也可用堵塞的方法处理。另外, 有些直径、深度均较大的落水洞、竖井及相互联通的大、小溶洞, 若把它们逐个加以堵塞, 工程量很大, 处理后不一定达到预计效果。而用圈围处理往往是行之有效的方法之一。尤其是对水头不高的小型水库较为适宜。对于一些岩溶洼地, 其天然覆盖层较好, 能起到防渗作用。而在个别地段, 竖井、落水洞集中, 溶洞特多, 它们有时会成为地下暗河的入口。对此可采用区域隔离的方法处理, 即把落水洞集中漏水的地段与水库隔开, 达到水库正常蓄水的目的。如:黔西县水淹坝水库, 库区位于三叠系松子坎组, 岩性为白云质灰岩、含泥白云岩与页岩互层, 库盆为岩溶洼地, 在洼地东部见一即出水又消水的竖井, 经采取“烟窗式”围井后, 水库能正常蓄水。
3.4.2 断层破碎带漏水处理
当库区有断层通过, 且与地势较低处相通, 水库蓄水后沿断层破碎带漏水, 可用铺盖及帷幕灌浆处理。如:威宁县杨湾桥水库, 为均质土坝, 左岸及坝基为石炭系大塘组灰岩夹少量页岩, 下部为石英砂岩, 右岸为石炭系马平群灰岩、白云岩, 坝区有3条断层通过, 呈NNW向展布, F1 断层通过坝区右岸, 距右坝肩40～50 m, 节理裂隙发育, 岩石异常破碎; F2通过水库和坝基中部;F3通过水库和左坝肩旁侧, F2和F3均为区域性大断层, 影响带宽100 m以上。以上断层的存在造成库坝区的坝基渗漏、绕坝渗漏及邻谷渗漏, 因而影响水库的正常蓄水, 水库一直未投入使用。据观测, 当库水位高程为2 181.45 m时, 下游渗漏量为 11.7 L/s。后经帷幕灌浆处理后, 水库至今运行正常。
3.4.3 天然覆盖层的利用
有些库区岩溶虽然很发育, 但天然覆盖层很厚, 且是透水性较弱的黏土和粉质黏土, 结构密实, 一般能起到隔水作用。如:威宁草海、大方县瓦厂塘。一般来说, 冲积淤积土, 结构较为密实, 防渗能力好;坡积土结构一般比较松散, 常含许多基岩碎屑, 透水性大;风化残积土, 表层一般结构松散, 下部风化裂隙发育, 多呈块状或片状, 常具光滑的裂隙面, 水库蓄水后, 水即沿裂隙和孔隙渗漏。若底部基岩有溶洞或暗河存在时, 就会产生陷落, 逐步扩大成大小不等的落水洞。成为严重漏水的途径。另外, 在波立谷或已填塞的漏斗处, 虽然覆盖土很厚, 但由于土质松散, 孔隙较多, 透水性强, 来水多时可暂时积水, 来水少时则逐渐从孔隙中漏水, 使水库不能蓄水。特别是, 在岩溶区修建水库工程时, 必须保护库内天然覆盖层, 不能取土, 否则取土部位漏水。如:毕节市阳雀沟水库中坝、金沙安洛断桥水库等都因库内取土造成漏水和使工程失败。
4 结 语
在岩溶区建库建坝, 要科学地、认真地进行调查研究、分析和总结, 恰当地选择坝址, 对于一些局部预料不到的问题, 可在施工中或在水库运行中进行长期观测及时采取措施补救, 同时应“精心设计、精心施工”, 才能取得事半功倍的效果。
摘要：贵州省毕节地区岩溶较发育, 大部分水库修建于20世纪50、60年代且在岩溶区, 属“三边”工程, 目前大部分水库成为病险库。针对此问题, 根据多年来的成功处理经验, 作者对岩溶区水库渗漏进行分类并提出处理措施, 并且强调:在岩溶区建库, 只要选好库坝址, 即使出现一些问题, 采取“避、堵、截、铺、灌、围、导 (排) 、观”等综合处理措施, 是可以充分发挥工程效益的。
关键词：岩溶,水库,渗漏,措施
参考文献
[1]张倬元.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社, 1981.
[2]《汇编》选编小组.岩溶地区水文地质及工程地质工作经验汇编[M].北京:地质出版社出版, 1978.
岩溶渗漏 篇2
贵州省固体废物(不包括生活垃圾)历年累计已达2.1亿t,这些固体废物主要为工业废渣。通过对废渣堆场(污染源)的调查,85%的废渣堆场位于岩溶洼地或沟谷中,由于选址和防渗处理措施不当,废渣堆场中的强酸、强碱废水通过落水洞、漏斗、溶缝、溶隙等产生渗漏,进入含水系统,造成对岩溶水的污染[1]。贵州平坝鸡大陇赤泥堆场就是其中的一个例子,贵州平坝鸡大陇赤泥堆场建于裸露碳酸盐岩地区洼地内,该赤泥堆体最大堆厚约30m,最终堆积高程1290.0m,有效库容约54.0万m3。由于该地区岩溶发育,水文地质条件复杂,堆场渗漏污染严重,使岩溶水资源的开发利用受到影响,严重阻碍了长空地区社会和经济的可持续发展。本文对贵州平坝鸡大陇堆场岩溶渗漏污染的调查研究成果对岩溶渗漏治理具有指导和参考意义。
1 岩溶水文地质特征
1.1 地形地貌特征
长空地区属溶蚀峰丛洼地地貌类型,地势总体西东高,南北低,峰丛最高点海拔1504.8m,位于西部地表分水岭,最低点1248.5m,为北面的地面溪流,相对高差256.3m。堆场为洼地地貌单元,近圆形,直径约120m,高程1261.0m,四周峰丛相对高度184.6~156.4m,斜坡坡度35°~80°。
1.2 地表水特征
调查区地表沟谷溪流受地表分水岭控制,主要分别向北、向南东径流,其中向南东径流的溪流,于下安附近折向北径流,地表河流总体上向东汇入羊昌河,最终流入红枫湖。
1.3 地层岩性及构造
长空地区出露地层有:三叠系下统安顺组(T1a)灰色中厚-厚层白云岩,主要分布F2断层东侧。三叠系下统垄头组(T1lt)灰色中厚-厚层灰岩、白云质灰岩,稳定分布整个研究区。三叠系中统边阳组(T2b)深灰色中厚层泥岩、砂质泥岩,分布于F1断层南面。岩层总体倾向北西,倾角10°~20°。
该区主体构造发育方向与区域构造方向一致,呈北北东和北东向,为背斜构造及F1、F2断层和大型节理裂隙。
(1)背斜构造
位于长空北东侧,西翼地层倾角10°,东翼20°,为F2断层的牵引褶皱。
(2)断层
F1断层位于长空南面,向东、西延伸。断层走向约45°,倾向东,倾角约50°,为正断层,断层南东盘为边阳组(T2b)泥岩、砂质泥岩地层,为隔水断层。F2断层位于长空东侧,向北延伸,南面与F1断层接触。断层走向约15°,倾向东,倾角约40°,为阻水逆断层。
(3)大型节理裂隙
长空地区大型节理裂隙十分发育,共5条,主要发育方向为北北东及北西向,延伸长度50~1500m,张开宽度2~10m,节理裂隙带方解石充填厚度大,采挖山体形成宽度为5~30m的采空带。
堆场区域内节理裂隙十分发育,主要为走向北北东、南北和北西向三组节理,产状为96°∠65°、85°∠70°和65°∠70°等,其延伸较长且密度大,局部地段节理线密度达7~15条/m,常切过不同岩层贯穿山体,对渣场渗漏有直接的影响。
1.4 岩溶水文地质单元划分
根据区域水文地质条件和调查分析,受F1、F2断层及峰丛地貌控制,长空岩溶地下水单元以地表分水岭及F2断层为界,西为龙打鼓、南为羊洞、东为老虎陇、北为长空四个水文地质单元,见图1,各水文地质单元岩溶地下水特征见表1。
1.4.1 长空水文地质单元南、西侧地下分水岭高程推测
长空水文地质单元靠近地表分水岭一侧的岩溶潭(K1、K9),地下水位标高1249.4m、1247.5m,地下水沿岩溶潭(K1~K9)向北东径流排泄。羊洞水文地质单元靠近地表分水岭一侧的下降泉(S15、S1),地下水位标高1251.2m、1251.0m,地下水下降泉(S15、S1)向东南径流排泄。说明岩溶潭(K1)和下降泉(S15)之间存在地下分水岭,其分水岭位置,与地表分水岭基本一致,根据两个单元地下水位出露标高及水力坡度,推测地下分水岭标高为1253.5m。
龙打鼓水文地质单元靠近地表分水岭一侧的黎阳厂抽水机井(S10),地下水位标高1259.5m,地下水沿岩溶潭(K15~K11)向北西径流排泄。长空水文地质单元靠近地表分水岭一侧的下降泉(S12),地下水位标高1260.0m,说明机井(S10)和下降泉(S12)之间存在地下分水岭,其分水岭位置,与地表分水岭基本一致,根据两个单元地下水位出露标高及水力坡度,推测地下分水岭标高为1263.5m。
1.4.2 地下水补给、径流、排泄特征
堆场洼地处于羊昌河左岸分水岭的峰丛地区,地下水由大气降水补给,其补给途径主要是通过岩层、岩层节理裂隙,岩溶洼地和落水洞渗入或注入地下。由于该地区地下水位总体南高北低,受构造控制,洼地地下水主径流方向总体是由南向北(即强导水性的大型节理、串珠状分布的岩溶潭K1~K9走向),雨季受主径流排泄能力限制,部分径流向南排泄,铝厂侧溪沟,产生向南东方向的次径流。
2 岩溶渗漏评价
2.1 堆场所处水文地质单元特征
堆场位于羊洞水文地质单元北端,该单元西侧为地表分水岭,东面为F2阻水断层,南面为F1隔水断层,地下水主要向南径流排泄,地下水水位标高(S15)1251.2~(S1)1251.0m。
2.2 含水性特征
注水试验表明:三叠系下统陇头组(T1lt)灰岩、白云质灰岩的渗透系数K=4.88×10-7~4.88×10-2cm/s,试验结果说明,由于岩溶发育不均匀性,岩溶发育强的岩层,岩石透水性中等—强;岩溶发育弱的岩层,岩石透水性弱。总体而言,该地层浅层岩溶发育,透水性中等—强。
2.3 渣场渗漏评价
(1)渗漏位置:洼地消水洞、周边裸露的岩层及山体岩层的节理裂隙。
(2)天然状况下洼地的渗漏方向:枯季地下水向北主径流排泄;雨季地下水除向北排泄外,还会通过包气带溶洞向南东排泄,汇入向南径流的地表溪沟,且出水位置高,如铝厂岩溶槽谷西侧峰丛坡脚的溶洞高程1260.0m。
(3)堆渣产生的渗漏方向:渣场堆渣高程小于1263.5m,向北、南渗漏;超过1263.5m,将会造成发散性渗漏,即向北、向南东及向西产生邻谷渗漏。
(4)渗漏量估算:
按Dupuit公式[2](不考虑入渗补给):
式中:q———渗漏单宽流量;
K———岩层渗透系数;
h1、h2———分别为渗漏时上、下边界水位;
l———上、下边界水位间的距离。
由此得出,渗漏单宽流量q=7.9m2/d,估算渗漏量472.6m3/d。
3 渗漏污染影响预测
堆渣高程1261.0~1263.5m,将渗漏污染K1~K9岩溶潭及环宇机械厂抽水井所在的岩溶地下水系统及地表河流,污染严重,影响环宇机械厂的饮用和生活用水,以及姨妈冲、上院、中院等村寨居民的饮用、生活和农灌用水。
堆渣高程超过1263.5m,直至1290.0m,将会造成发散性渗漏,向北渗漏,除上面叙述的污染影响外,向南东将渗漏污染S1~S4下降泉及地表河流,影响陇口、大坡脚等村寨居民的饮用、生活和农灌用水。向西渗漏,将渗漏污染K11~K16岩溶潭及黎阳机械厂抽水井(S10)所在的岩溶地下水系统及地表河流,部分影响黎阳机械厂的饮用和生活用水,以及龙打鼓等村寨居民的饮用、生活和农灌用水。渣场渗漏不论朝那个方向污染,最终的纳污水体由羊昌河流入红枫湖。
4 防渗处理措施建议
洼地消水洞开挖清理回填后,钢筋混凝土封闭处理,洼地设计排渗系统,由拦渣坝北侧凿一排水隧洞,将渣场废水、渗滤水引出,返厂循环使用。整个渣场作全水平防渗处理。建议洼地防渗体系采取压实粘土后采用人工全水平防渗措施进行处理。防渗系统从下至上依次为:(1)压实粘土垫层,置于场地基础土层之上;(2)铺设高密度聚乙烯膜(HDPE膜)进行防渗;(3)斜坡采取喷浆平整处理后,铺设HDPE膜;(4)渣场设计淋滤水收集及排出系统。
5 结论
通过调查研究,基本弄清了贵州平坝鸡大陇渣场的岩溶渗漏条件,其渗漏方向:当渣场堆渣高程为1261.0~1263.5m,向北渗漏;当堆渣高程超过1263.5m,直至1290.0m,将会造成发散性渗漏,即向北、向南东及向西产生邻谷渗漏。采用Dupuit公式进行了渗漏量计算,并进行了渗漏污染评价。
提出了整个渣场防渗体应采取压实粘土+铺设高密度聚乙烯膜(HDPE膜)全水平防渗措施。
参考文献
[1]丁坚平等.贵州岩溶地区废渣堆场渗漏污染研究[J].工程勘察,2004,(6):16～19.
[2]薛禹群.地下水动力学[M].北京:地质出版社,1997.
岩溶渗漏 篇3
广州市轨道交通九号线[施工2标]土建工程花广区间盾构隧道左右线总长约3362.491m,其中左线长度1682.88m,右线长度1679.6m。采用两台泥水、土压双模式盾构机,同时具备土压平衡掘进和泥水掘进功能,根据不同的地质条件在泥水平衡掘进模式和土压平衡掘进模式间切换。盾构机在1#联络通道东侧30m,里程约YDK3+875~YDK3+960处穿越天马河,河面宽约88m,天马河隧道里程为:右线YDK3+872.8~YDK3+959.5;左线YDK3+874.1~YDK3+962.0。河底隧道线间距13m,覆土厚度约7.5m,其中最浅处为5.2米,约等于1.25倍的盾构直径。
1.1地质概况
根据地质资料揭露,洞身地层主要为砂层、粘土、微风化岩层为主,具有上软下硬特性,岩面起伏较大,平均高度2.5米,且覆土较浅,溶洞发育。河岸以东岩面连续平均高度2米-3.5米,以微风化岩为主。广州市全年汛期时间一般为4月至9月,枯水期一般为9月至第二年3月,施工期间9月有半个月处于汛期中,水位随着季节变化较大,丰水期水面上升河宽基本不变。
1.2水文情况
天马河河水来源主要有雨水和生活用水,枯期水位1.0m左右,雨季汛期水位可达2m以上。经前期水位监测(河床有抛填石等起伏不平),天马河正常水位为0.3米-2.5米(最深处西岸接近4米),流速一般;;雨季和台风雨天气测得天马河最高上涨水位(5月记录数据)3米。由于隧道正处天马河河底,地层渗透系数偏大,故可认为隧道洞身处的地下水和天马河上部有直接联系,地下水压力随水位变化,且此处溶洞发育强度较大,不排除潜流水。覆土厚度较浅段地下水较为丰富,且过河段覆土厚度较薄,土层软弱,江中水压较高,在掘进该段时,覆土层极易被切口压力击穿;施工地质风险为全断面砂层砂层顶部分布有约2.0m左右的淤泥质土层<4-2B>,砂层自稳性差,且为主要含水层,为强透水层。盾构施工时对地层扰动后河水与隧道范围的地下水连通使隧道范围的地下水量增大。局部存在灰岩侵入隧道,侵入高度为1-4m。隧道距离河底最低点约为5.2m。致使隧道掘进时易产生涌水、坍塌事故,假如盾构机盾尾刷漏水有可能引起隧道被淹没的危险。
2施工工艺
2.1施工概况
过天马河段覆土厚度较薄,土层软弱,左线隧道在河堤处距离农新桥桥墩最近,为10.21m,因此盾构从大桥南侧通过时,存在一定的风险。盾构机在通过河堤时,隧道覆土厚度由14米变为8米,水土压变化较大,在盾构过河堤前后,由于覆土厚度变化产生突变易造成河堤塌陷;在盾构机过天马河段,为溶洞发育区,盾构机掘进时有可能造成盾构机的磕头、盾构机被卡住、隧道错台严重、注浆流失、透水和塌陷等危险。除采取常规的盾构机掘进模式选择和刀具配置,一般采用围堰及河床底部填充等防渗漏措施,地铁公司领导高度关注盾构过天马河施工,召开了盾构过天马河方案研讨会,经各方集思广益,优化了施工方案,提出了在河床底部铺设水袋的防渗漏方案,项目部提前订制了水袋,水袋长80m宽20m,中间设分隔并在距离5米处预留出一个进出水管,并在水袋周边设置穿绳孔,在第一次放置时,在天马河两岸边设置两根麻绳,用人工简易阀将水袋拉伸开,水袋自动沉入河底,但因水袋上方没有压住,周边绳索数量不足,水袋进入河床后没有摊铺开,上部也没有压实,第二天被河水冲起,第二次采用在河面用气泵向水袋内冲气的方法,将水袋在水面上全部伸开后,上下游周边绳子拉紧,然后放掉水袋内的气体,用水泵注水入水袋内,当水袋内注满后,水袋自动沉入水底,并在天马河上游位置上压砂袋,水袋第二次放置成功。
2.2参数设置
掘进参数控制标准:对于右线盾构过天马河段的第401-480环盾构掘进参数控制如下:切口水压120-200KPa,刀盘转速0.8-1.0round/mm,推力10000-16000KN,掘进速度5-10mm,,注浆量1.1-1.9V,压力1.5-2.6bar/m3。掘进参数控制实际为:切口水压110-160KPa,,刀盘转速0.8round/mm,,推力11400-16000KN,扭矩:1078-2180KN/m,掘进速度10-16mm,注浆量1.1-1.9V,压力1.5-2.6bar/m3。
2.3盾构施工
在24日泥水转换土压模式后,在天马河桥下自西向东第二三排桥桩间出现气泡,无色,27下午检查时左线在1#联络通道第一道连续墙内40CM处,进行泥模保压,判断为砂层气体渗漏,需进一步证实,项目部报告说在农新桥北侧西岸由桥基下通向天马河暗渠目视有明显被河水冲淡的泥浆,是左线保压时渗漏所致,后经证实项目部
用泥水模式掘进时,用一级土造浆,打入浓泥浆12方/环,之前在制作泥模时此处出现漏气现象,盾构机无操作时气泡基本少见。1月25日转换为泥水模式掘进,接近天马河西岸河堤时,因此段为上软下硬段,掌子面下部高度30-40mm为岩面,此堤岸砌筑为浆砌片石形式,盾构在上软下硬地质掘进时产生的振动会导致堤岸滑坡,项目部安排河边24小时有人值班,观察河面变化情况,管理人员巡视,业主、监理24小时轮流巡视,当刀盘位于河堤边进入河床时,河堤边护栏振动明显,河床上靠近农新桥桥桩附近有气泡,出现这种现象原因为气泡点位于桥基坑回填片石区域,气密性较薄弱,但盾构机内压力损失在允许范围内,整体保压工作正常。盾构掘进至天马河中心位置时,在右线北侧出现明显气泡,浑浊,位于盾尾处约5-6环位置,判断为盾尾二次补浆,电话询问中控室,报告正在进行二次注浆,之后在安装432管片停止掘进时,河面气泡消失。主要针对天马河河床采取的监测方法:采取以竹竿法为主,声呐法测量为辅的方法进行监测。盾构掘进在2月8日到达天马河东岸,单线掘进过天马河共79环,完成盾构泥水模式转土压模式切换二次,掘进施工过程较平稳,右线盾构过天马河掘进共用时15天,期间沉降最大21.6mm,沉降量未超过控制值。工程实践表明,既有的施工方案是可行的,在铺设水袋后的河床底部气密性较好,在推进过程未发现有漏气及河床下沉情况,盾构掘进过程未发现异常,施工期间没有安全隐患发生,并取得了良好的施工业绩,确保了该工程顺利实施。
3结语
岩溶渗漏 篇4
浩坤水电站位于广西凌云县伶站乡境内的澄碧河地下暗河河段上, 是澄碧河规划的上游第三个梯级电站, 电站装机容量2.55万kw。工程区地处岩溶高发育地区, 岩溶地貌特征显著, 水文工程地质条件十分复杂, 古暗河、现代暗河发育, 且规模宏大, 峰丛之间发育有较多的大规模天窗。工程主要建筑物有位于地下暗河内的封洞型高拱坝、泄洪隧洞、引水发电隧洞及地面式发电厂房、升压站、浩高消溢洞防渗处理工程、赶洞古暗河进口防渗处理及交通工程等。
该工程自70年代以来, 先后有多家地质研究院和勘测设计单位对该区水文地质条件进行研究。本工程为广西区内乃至国内少有的在高岩溶发育区堵洞成库的成功例子。
2 工程地质简介
工程区位于云贵高原向广西盆地倾斜的过渡地带, 以中低山峡谷地形为主, 群山连绵, 山顶高程一般为800~1000m, 少量达1120m, 河谷及溶蚀洼地地面标高为320~360m, 峰谷高差大, 整个区域地形表现为西北部高, 而东南部略低。区域的南部及东部为相对不透水的碎屑岩地层, 中部为可溶岩地层, 岩溶地貌以高峰丛洼地或峰丛洼地为主, 地形陡峻, 常形成悬崖峭壁, 植被覆盖率较低。由于溶蚀作用, 区内普遍存在古暗河、现代暗河和规模较大的天窗, 如水源洞、响水洞、浩坤洞及岩流、浩坤、弄林天窗等, 构成了一幅幅壮观的岩溶地貌景观。形成一道环形带状的天然屏障将浩坤电站库区包容其中, 构成了本区独特的地形地貌。
据调查库区共发现溶洞28个, 这些溶洞呈层状出露, 可分为四层:第一层溶洞高程275~450m, 出露在河谷及低层洼地内, 从下游往上游, 溶洞高程逐渐升高, 如浩坤至坡漏一带溶洞发育高程一般在300~375m, 响水洞一带为350~400m, 这一层溶洞最为发育, 相当于近期岩溶水的排泄基准面, 为近代常年或季节性岩溶水集中排泄出口, 河谷两岸溶洞底面总的趋势是向近代河床倾斜;第二层溶洞高程450~560m, 高出河谷约100m, 此层溶洞与浩坤赶洞弄林洼地的古暗河为同期形成;第三层溶洞高程650~780m;第四层溶洞高程875~975m。第一、二层溶洞之间的高差为110~125m, 第二、三层溶洞之间的高差为150~220m, 第三、四层为195~225m, 说明库区地壳从新生代第四纪以来间歇性上升幅度由大变小。第一层溶洞相当发育, 它与第二层溶洞在岸坡范围内互相连通, 两层溶洞底面总的趋势都是向水流方向降低。
3 赶洞~弄林洼地古暗河岩溶通道的地质概况
赶洞~弄林洼地属岩溶发育区段, 地面普遍见有溶洞, 溶槽及落水洞。赶洞共有两个天窗, 一个位于浩坤南西侧, 另一个处在弄林洼地东侧, 统称为赶洞天窗, 两处相距约500m, 其间浩坤西南侧为一大溶洞, 长400~500m、宽约150m, 高约80m, 颇似一个地下宫殿, 位于该洞内的古暗河, 从进口沿赶洞天窗分布, 大致呈南西向展布。赶洞天窗内具有两个地表分水岭, 地表水分别向东西两侧排泄, 天窗内均为崩积物堆积, 成份以灰岩块石、碎石为主, 呈松散状, 厚度大于112m。
古暗河入口位于浩坤村下游侧, 入口溶洞高程453.55m, 经赶洞天窗通向弄林洼地, 长约1.7km (详见赶洞~弄林洼地古暗河平面图和剖面图) 。赶洞天窗中段鞍部高程590m左右, 为暗河地表分水岭, 赶洞天窗内溶洞出口高程分别为500m和428m。赶洞天窗下游侧洞中最低点高程319m, 呈一反虹管状, 底部发育有多处落水洞。
4 赶洞~弄林洼地古暗河岩溶渗漏通道问题的提出与分析
在浩坤暗河入口左岸台地上, 有一狭长型洼地, 洼地底部高程338.5~341.6m, 洼地内发育几个落水洞, 在洼地南西侧悬崖下有一古暗河进口, 经赶洞通向弄林洼地。1972年百色地区水电局提出的《浩坤工程新方案初步设计说明书》认为, 洪水经洼地落水洞渗漏至赶洞积水塘, 然后沿积水塘底部落水洞排向弄林与主暗河汇合。但百色院1995年9月提出的《浩坤水库可行性研究报告》和1992年广西水文工程地质队的《凌云县浩坤水库堵洞成库可行性研究报告》认为不存在赶洞~弄林洼地的渗漏问题。
2001年5月~7月, 广西水利电力勘测设计研究院对该问题进行野外调查和汛期水位观测, 从古暗河现代地形上分析, 赶洞天窗中存在地表分水岭, 古暗河上游地形向库内河谷倾斜, 地表水进入地下通道后向上游澄碧河排泄, 浩坤暗河入口处左洞壁上的几个洞口, 可能是其排泄出口;浩坤村下游侧洼地上发育的几个暗河进口, 以及赶洞内暗河进口台地上洼地的发育方向, 均指向浩坤暗河入口处, 说明洼地下部管道与浩坤暗河连通, 是地下水向澄碧河的排泄通道, 在浩坤天窗前的暗河段汇入澄碧河。因此, 从地形上分析来看, 库水不大可能沿古暗河进口经赶洞天窗向下游弄林洼地渗漏。
2001年汛期水位观测资料分析, 古暗河水位与弄林洼地水位基本一致, 并受降雨影响较大, 赶洞洞内积水最高水位326.4m, 同期浩坤河谷最高水位为359.6m, 赶洞古暗河和浩坤河谷水位变化联系较差, 说明不存在古暗河向浩坤洞进口段之间岩溶管道渗漏。
2001年7月, 浩坤电站库区内涝水位最高达359.6m, 接近水库正常蓄水位, 沿着库岸对可能发生渗漏地段进行了调查, 除浩坤地下暗河和浩高消溢洞存在岩溶管道渗漏外, 其它地段未发现明显漏水现象。
多年来多家勘测设计单位对赶洞~弄林洼地古暗河岩溶通道是否存在, 均做了大量研究工作, 但说法不一。因此, 初设阶段前后两期在左暗河进口附近补充了如下工作:
4.1 物探测试
在赶洞古暗河进口至澄碧河左岸台地上沿不同高程布置了4条物探横剖面, 测试覆盖层厚度。第1条物探剖面沿岸边台地边缘布置, 测试覆盖层厚度为20~42m, 基岩面高程305~327m;第2条物探剖面沿岸边台地上两个串珠状漏斗布置, 测得覆盖层厚度33~39m, 基岩面高程在300m左右;第3条剖面布置在350~375m高程之间, 覆盖层厚度24~42m, 基岩面高程为310.36~325.87m, 第4条剖面布置在赶洞洞口古暗河进口位置内, 受场地限制, 测试深度小于80m, 推测覆盖层厚17~37m, 基岩面高程为399~419m。但物探测试结果认为, 测试断面上的下部基岩非常破碎或岩溶极其发育, 较难准确判定到底是岩溶非常发育的基岩或是由钙华胶结的大块石堆积体, 不管是哪种情况该部位都不可能形成分水岭, 而且存在沿古暗河方向的岩溶渗漏通道。
4.2 钻探
为了验证物探资料, 分别在古暗河进口及赶洞天窗内布置两个钻孔。
其中ZK13布置在浩坤~弄林洼地古暗河间的地形分水岭靠近浩坤村一侧的赶洞天窗内, 孔口高程468.6m, 钻孔实际深度112m, 终孔高程为356.6m, 与设计孔深尚差8.0m。该孔所揭露地层岩性全部为崩积体, 以碎块石为主, 局部夹有少量黄色粘土、砾石等;未钻到基岩, 崩积体松散, 极易失稳塌落, 孔壁稳定性极差, 钻进非常困难, 在钻进过程中采用先预钻2~3m, 再用水泥砂浆灌浆固结护壁, 待砂浆凝固后再进行复钻, 故钻进非常缓慢, 终孔孔底高程为356.6m, 低于设计正常蓄水位 (365m) 约8.4m, 未钻至地下水位高程, 为干孔, 说明古暗河发育高程低于356.6m。
ZK14布置在浩坤村下游古暗河进口崩积斜坡带上, 属澄碧河左岸, 孔口高程359.0m, 钻孔深度71.57m, 上部覆盖层厚度44.6m, 基岩面高程314.4m, 其中0~4.0m为粘土夹碎块石, 4.0~44.6m为崩塌的灰岩块石等, 下部穿过三个小的溶洞, 最低溶洞高程287m, 钻孔地下水位高程322.8m, 与河水位相同;同上述物探剖面第1~第3条测试资料的305~326m成果基本一致。
根据补充勘探成果分析, 古暗河发育高程与现代暗河近似或稍高, 但低于356.6m (ZK13孔底高程) 。从古暗河溶洞进口至澄碧河, 左岸岸边河流冲洪积台地组成物为粘土夹碎块石, 具有防渗作用, 洞前斜坡段及赶洞天窗内为崩塌体, 由灰岩碎块石组成, 透水性强, 水库蓄水后会产生渗漏问题;在台地后缘靠近上游侧陡壁下发育一条较大溶蚀裂隙, 前部见一落水洞, 高程分别为355m、360m, 汛期调查发现沿溶蚀裂隙及前部的落水洞有明显的漏水现象。因此, 水库蓄水后, 库水主要沿岸边台地中的落水洞、台地后缘溶蚀裂隙并沿古暗河流向弄林洼地。
4.3 综合多手段的勘察
除前期的水文观测外, 后期的工程地质测绘和工程钻探, 为问题的论证和分析提供了有力的依据。
2003年汛期对弄林天窗、弄林洼地、赶洞古暗河进行了水文观测, 从观测数据得知, 下游弄林天窗水位变化不大, 基本保持稳定, 赶洞古暗河与弄林洼地水位相差不大, 二者具有联动特征, 说明两个地方的水力联系较好, 有岩溶管道连通;表明洼地深部岩溶发育, 地下暗河连通性良好。
初步设计阶段2004年12月24日对浩坤村下游赶洞古暗河进口及赶洞天窗进行实地勘察, 在进口附近发现3处落水洞, 呈明显定向排列, 沿线形成带状洼地, 据了解, 当河水位高于落水洞洞口高程时, 河水便从洞口贯入, 通过古暗河排往弄林洼地。
赶洞内溶洞内最低洼处高程为319.37m, 低于浩坤附近河床地面高程, 当时洞内无积水, 但具有淤泥和淤泥质粘土间夹碎石, 淤泥结构细腻, 软塑状, 具有明显的洪冲积特征, 同时洞底见有多处落水洞, 洞顶滴水通过落水洞从古暗河排往弄林洼地。
2005年6月11日再次对赶洞古暗河进口实地勘测, 当时浩坤河水位高程348.5m, 目睹河水从落水洞贯入, 洞口高程345.46m, 水深20~30cm, 具有两个漏水点, 其中东侧漏水点呈漩涡状, 西侧漏水点呈直接贯入落入洞, 流量较大, 具有流水声, 附近水面常有悬浮物, 属漏水吸引所致。赶洞天窗 (溶洞) 最低洼处见有少量积水, 水位高程324.68m, 低于当时浩坤河水位348.5m, 水源主要来自暗河进口处的漏水, 次是溶洞顶部的滴水, 水质呈黄褐色浑浊状, 与河水水质一致。从现场勘察和原有水文观测资料分析认为, 赶洞古暗河确实存在, 形成明显的岩溶渗漏通道, 渗漏量随着河水位提高而增加, 鉴于赶洞天窗内的水位与进口处河水位相差较大, 说明古暗河纵坡降较陡。
同时, 为了查明古暗河进口附近的地层岩性, 岩溶及水文地质条件, 2004年12月初设阶段后期在古暗河进口段沿338~354m高程一带布置9个勘探点, 通过钻探揭露, 溶洞和基岩面分布高程与上述物探及原有钻探ZK14资料基本吻合。
根据可研资料和初设阶段勘察资料, ZK5~ZK8及其南西侧见有3处溶蚀洼地及一处落水洞 (1#~3#) , 形成串珠状分布, 其中1#~2#洼地长约12~15m, 宽10m左右, 表面为粘土, 下部为粘土夹块石, 具有10~20cm宽的落水洞, 3#洼地处在ZK5南西侧, 落水洞也就在其中, 周围多数被人工堆积层覆盖。2005年6月11日现场勘察发现, 当时河水位高程为348.5m, 河水从上述落水洞直接贯入, 而且流量较大。赶洞天窗最低洼处地面高程为319.37m, 低于浩坤附近河床地面高程, 勘察期间洞内水位为324.68m, 与2003年7月27日所测的河水位360.52m及赶洞天窗内的水位324.8m相比显得较低, 说明天窗内的水位随着河水位变化而变化。同时天窗内低洼处见有淤泥和淤泥质粘土堆积, 呈软—可塑状, 具有明显的洪冲积淤积特征, 此外仍见有多处落水洞, 说明古暗河确实存在, 而且与ZK5附近的落水洞直接连通, 形成一条渗漏通道。根据原有物探和钻探资料分析认为, 工程区岩溶发育下限在277~287m高程左右, 后期钻探揭露, 孔内遇洞率较高, 在ZK3、ZK4、ZK8以及可研阶段钻孔ZK14的不同孔深内遇到大小溶洞10余处, 洞径1.1~14m不等, 分布高程277.7~336.4m, 洞内多数被粘土和砂砾石充填, 少量为溶蚀空洞。最底层溶洞分布高程与上述资料基本相符。
结束语
根据以上的研究分析, 查明了赶洞～弄林洼地古暗河岩溶通道确实存在, 水工设计在其进口段采用了土工膜防渗加周边常规帷幕灌浆处理, 使下游弄林的渗漏明显减小, 并对进口段库岸的岩体整体强度和稳定性有明显提高。浩坤水电站2008年03月建成发电, 至2008年12月, 由于受凌云县电网的限制, 电厂发电7523万kw, 实际可发电9500万kw, 发电效益完全达到甚至超过设计目标。对赶洞～弄林洼地岩溶通道的防渗处理起到了预期的效果, 为水库的安全兴建和蓄水发电提供了优良的地质条件。
摘要：位于岩溶高发育地区的水力发电站工程, 岩溶通道的调查研究是一项十分必要的工作。岩溶通道的性质、规模是否调查清楚往往关系到工程的成败。本文通过工程地质测绘、钻探、物探和水文观测等多种勘察手段查明了赶洞—弄林洼地的岩溶通道, 为水电站的建成并达到设计效益作出了贡献。
关键词：岩溶渗漏,地质测绘,物探测试,钻探
参考文献