郭維祥 屈昌華 昝廷東

（中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院 貴陽 550081）

1 概況

隘口水庫位于重慶秀山土家族苗族自治縣隘口鎮(zhèn)上游1.5km的平江河上，水庫設(shè)計(jì)正常蓄水位544.45m，總庫容3580m3。大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，設(shè)計(jì)最大壩高86.2m，總灌溉面積為1.34萬hm2，是一座以灌溉、防洪為主并兼顧供水、發(fā)電等綜合效益的中型水利工程。

2 主要地質(zhì)條件簡述

（1）地層巖性：壩址區(qū)主要為寒武系上統(tǒng)（∈3）與奧陶系下統(tǒng)（O1）地層，以灰?guī)r、白云巖為主，局部夾頁巖。與右岸溶洞群有關(guān)的地層為寒武系后壩組（∈3h）與毛田組（∈3m），巖性主要為厚層白云巖及灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r與白云巖互層。

（2）地質(zhì)構(gòu)造。巖層走向N50～80°E/NW 28∠～35°。由于壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于鐘靈復(fù)式背斜與平陽蓋向斜交接部位，地層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞大，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，與右岸溶洞群相關(guān)的斷層主要有F2、f4、F13等。

（3）水文地質(zhì)條件。壩址地下水位高于河水位，為地下水補(bǔ)給河水，其中右岸地下水主要為上沱、坑沱、王家墳洼地的地表水、地下水補(bǔ)給平江河（地下水運(yùn)動(dòng)方向是由東向西補(bǔ)給的）。地下水類型主要為河床砂卵石孔隙水及基巖巖溶水（巖溶水又分為暗河及巖溶泉水）。右岸溶洞群所處巖體的透水率（q）以大于50Lu為主。

3 右岸溶洞群的主要發(fā)育特征及對(duì)工程的影響

隘口水庫右岸喀斯特發(fā)育，前期勘察揭示，右壩肩∈3m層溶洞直線率3.74%～13.99%；∈3h層溶洞直線率為 1.2%～61.42%；平均溶洞直線率12.7%，其中緊接右壩肩的王家墳洼地（古河床），巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，高程 520m以上溶洞直線率達(dá)70%以上。施工揭露的溶洞或溶洞群主要有K4、Y-K 5、Y-K 6、K8、K 9 等（見圖 1）。

右岸溶洞群發(fā)育方向受結(jié)構(gòu)面控制，以順結(jié)構(gòu)面（如斷層面、地層層面）發(fā)育為主要特征，如右岸K5溶洞的發(fā)育方向主要受控于f4斷層，主要溶洞段順f4斷層發(fā)育，方向與斷層傾向基本一致，f4為與地層產(chǎn)狀相近的緩傾角斷層錯(cuò)動(dòng)帶（溶蝕強(qiáng)烈），厚度大于10m。

右岸溶洞或溶洞群既影響水庫防滲，也影響壩肩變形穩(wěn)定。主要溶洞或溶洞群對(duì)工程的影響簡述如下：

（1）K 4溶洞。溶洞近右壩肩發(fā)育，對(duì)壩肩穩(wěn)定有一定影響。溶洞跨越防滲線，且發(fā)育高程低于水庫正常蓄水位，影響防滲帷幕的形成及帷幕在使用期間的穩(wěn)定。

（2）Y-K 5溶洞群。發(fā)育部位距右岸壩肩70～120m，溶洞與右壩肩之間巖體喀斯特發(fā)育，溶洞體積達(dá)數(shù)萬 m3，對(duì)壩肩穩(wěn)定有一定影響。由于K 5溶洞穿跨右岸上、中、下三層灌漿平洞及引水隧洞等地下洞室，存在地下洞室穩(wěn)定問題，并將增加施工難度；K 5溶洞頂部為王家墳洼地，區(qū)間喀斯特發(fā)育，施工中發(fā)生喀斯特塌陷與涌水（雨季）的可能性較大，影響王家墳洼地底部巖體的穩(wěn)定，危及施工安全；由于K 5溶洞群位于右岸防滲帷幕線上并斜穿帷幕線，嚴(yán)重影響水庫右岸防滲，是整個(gè)防滲工作的重點(diǎn)。

（3）Y-K 6溶洞。從右壩肩發(fā)育至壩基以下（圖 1中的剖面示意圖），對(duì)右壩肩穩(wěn)定及水庫防滲都有較大影響。

（4）K 9溶洞。溶洞處于王家墳洼地底部，且橫穿右岸防滲帷幕線，對(duì)王家墳洼地底板穩(wěn)定、灌漿平洞穩(wěn)定及防滲帷幕施工質(zhì)量等影響較大。

圖1 右岸溶洞群平面及剖面示意圖

4 右岸溶洞群的處理思路與工程措施

4.1 溶洞處理的基本原則與方法

溶洞處理應(yīng)在查明溶洞分布、規(guī)模、充填等邊界條件后，根據(jù)工程目的有針對(duì)性地采用多種方法綜合處理，以“有效處理”(即在達(dá)到效果的前提下兼顧經(jīng)濟(jì)) 達(dá)到工程目的為原則。

對(duì)于以水庫防滲為工程目的的溶洞處理，可采用 “堵（填）”與“截”等工程措施，其中“堵（或填）”就是指封堵溶洞或管道產(chǎn)生的滲漏，通過在其適當(dāng)部位（如進(jìn)口部位等）設(shè)置堵體（填筑體），將溶洞或管道封堵（或回填）起來，根據(jù)工程需要，可部分封堵或全部封堵；“截”就是指在溶洞內(nèi)部巖體完整且比較狹窄處設(shè)置截水墻，或設(shè)置防滲墻（有充填物的溶洞）進(jìn)行防滲封堵。

對(duì)于以提高地基承載力和巖體完整性為工程目的的溶洞處理，可采用“填”、“灌”、“樁”、“開挖置換”等工程措施，或組合工程措施。

4.2 右岸溶洞群的處理思路與工程措施

4.2.1 溶洞群處理總的思路

（1）利用各種勘察手段（如鉆探、物探、洞探等）盡量查明溶洞或溶洞群的分布、規(guī)模等邊界條件，并通過理論計(jì)算，分析、了解溶洞對(duì)水工建筑物的影響程度。

（2）根據(jù)溶洞出露位置對(duì)水工建筑物的影響程度確定處理范圍。

（3）根據(jù)溶洞處理后達(dá)到的工程目的，選用有針對(duì)性的處理方法或措施，并采用多種方法進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比優(yōu)化，選取最優(yōu)方法實(shí)施。也可借鑒其它類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)，可取得“事半功倍”的效果。

（4）實(shí)施過程中應(yīng)根據(jù)工程需要安排觀測與檢測工作，如變形觀測、滲流觀測等。

（5）溶洞處理結(jié)束后應(yīng)選用有針對(duì)性的檢查方法，如檢查溶洞是否回填密實(shí)時(shí)，可采用電磁波CT及聲波CT方法檢查。

4.2.2 溶洞群處理的工程措施

根據(jù)隘口水庫右岸工程地質(zhì)條件、溶洞發(fā)育的邊界條件，以及處理后要達(dá)到的工程目的等，對(duì)右岸溶洞或溶洞群采取有針對(duì)性的工程處理措施，并在處理前安裝變形觀測儀器對(duì)右壩肩進(jìn)行變形觀測，以確保工程安全。

（1）Y-K6溶洞群。由于Y-K6溶洞群發(fā)育在右壩肩，并從右壩肩頂部斷續(xù)貫穿至壩基以下，并從上游至下游切割整個(gè)右岸壩肩（見圖1中的平面示意圖）。穩(wěn)定計(jì)算表明，K6溶洞群對(duì)右壩肩穩(wěn)定及防滲都有較大影響，是右岸溶洞群處理的重點(diǎn)之一。根據(jù) K6溶洞群的發(fā)育情況分別在不同的高程區(qū)間采取了以下不同的工程措施：

高程 485.5m以下，主要采取了鋼管樁、自密實(shí)細(xì)石混凝土或自密實(shí)砂漿回填與水泥灌漿補(bǔ)強(qiáng)相結(jié)合的工程措施；高程485.5m至518m，主要采取局部開挖并回填自密實(shí)混凝土與深孔固結(jié)灌漿（孔深大于15m）相結(jié)合的工程措施；高程518m以上至壩頂（高程544.45m），利用壩頂平臺(tái)采用鉆孔自密實(shí)混凝土、自密實(shí)砂漿回填與水泥灌漿補(bǔ)強(qiáng)相結(jié)合的工程措施。

采用鉆孔取芯檢查與物探CT檢查相結(jié)合進(jìn)行處理質(zhì)量檢查。

（2）K 9溶洞。由于K 9溶洞與防滲工程密切相關(guān)，需要進(jìn)行處理。根據(jù)K 9溶洞的發(fā)育情況（見圖 1中的示意剖面），主要采取了以下工程措施：

為保證右岸上層平洞底高程（549.2m）洞身永久穩(wěn)定、安全，對(duì)洞身采用鋼支護(hù)與混凝土支護(hù)相結(jié)合的工程措施。

對(duì)于右岸上層平洞底板高程以下與防滲線有關(guān)的的空腔部分采用混凝土防滲墻（厚1.0m，墻體地基為完整基巖）進(jìn)行處理，其余部位采用堆石回填或全部采用堆石混凝土回填溶洞空腔，并結(jié)合防滲帷幕線上的水泥灌漿孔對(duì)充填物部分進(jìn)行灌漿處理。

（3）K 4溶洞。由于K 4溶洞對(duì)右壩肩穩(wěn)定及防滲都有一定影響，且溶洞體積相對(duì)較小，采取自密實(shí)混凝土回填與水泥灌漿相結(jié)合的工程措施。

（4）Y-K 5溶洞群。Y-K 5溶洞群是右岸規(guī)模最大的一個(gè)溶洞群，發(fā)育在本區(qū)喀斯特最發(fā)育的寒武系上統(tǒng)毛田組及后壩組灰?guī)r及白云巖地層中，并沿f4斷層發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，Y-K 5溶洞群為一半充填型溶洞群系統(tǒng)，高程487m以上無充填或少量充填，并呈多枝管道狀，體積約5萬m3；高程487m以下充填部分黏土、砂為主，夾卵礫石、溶蝕塌陷巖塊、碎石等，厚 23.4～36.6m。Y-K 5溶洞揭露總高差107.91m，溶洞高3～24m，溶洞邊界在平面上最大投影面積約2420m2，計(jì)算出溶洞總體積約為11.2萬m3。

根據(jù)地質(zhì)資料分析，K5溶洞上部與地表K27（坑坨洼地）、王家墳洼地連通，下部上游與Kw12溶洞連通，并向下游地表的 Kw51溶洞泉排泄，是隘口水庫防滲工程的關(guān)鍵部位，處理成功與否關(guān)系到水庫能否正常蓄水與發(fā)揮效益。針對(duì)Y-K 5溶洞群發(fā)育的實(shí)際情況，宜對(duì)有充填、無充填部分及溶洞底板高程以下部分采用以下不同的工程措施進(jìn)行處理：

方案 1（壩式防滲墻方案）。對(duì)于溶洞充填物部分（高程487～451m）可采用2種工程措施處理：①對(duì)于Y-K 5溶洞充填物(高程487m以下)，沿防滲帷幕線設(shè)置一道混凝土防滲墻，墻厚1.0～1.5m。在施工前，應(yīng)沿防滲線布置補(bǔ)充勘探鉆孔，查明充填物厚度及溶洞底板深度或高程。防滲墻可采用以下成墻方法：液壓洗槽機(jī)法、機(jī)械或液壓抓斗法，以及其高（擺）噴法、射水法、沖擊反循環(huán)鉆機(jī)法等。②由于溶洞充填物主要為黏土或黏土夾砂，其滲透系數(shù)?。?0-7cm/s）且厚度大，能滿足防滲要求，因此，可采用一般水泥灌漿（擠密灌漿）等工程措施。

對(duì)于溶洞空腔部分的處理可結(jié)合溶洞充填物的工程措施處理，溶洞空腔按規(guī)模大小及與防滲范圍的關(guān)系采用工程措施主要包括：①高程487～518m（4#支洞與防滲線交匯處的“溶洞大廳”）將下部的防滲墻升高至溶洞大廳頂板（人工），并考慮與中層平洞帷幕的搭接問題，為保證防滲墻的穩(wěn)定性，在其上、下游側(cè)回填塊、碎石或級(jí)配料等（壩式防滲墻），施工時(shí)應(yīng)綜合考慮回填料的施工及結(jié)合下層灌漿平洞洞挖優(yōu)化等問題；②由于Y-K5溶洞斜穿防滲線，為防止庫水滲漏，對(duì)防滲線上507m高程以上的空腔（管道）進(jìn)行混凝土封堵，厚度以本區(qū)三排鉆孔灌漿帷幕厚度控制（5.0～6.0m）；③518m 高程以上的溶洞空腔由于不在防滲范圍內(nèi)可部分回填自密石混凝土或不進(jìn)行回填處理。

對(duì)于溶洞底板以下可采用高壓灌漿處理措施至設(shè)計(jì)帷幕底線。

方案2（橋上墻方案）。①K5溶洞充填物（487～451m高程）及以下地層采用的處理方法基本上同方案1，但水泥灌漿孔應(yīng)從原來的2排孔增加為4排灌漿孔進(jìn)行擠密灌漿，增加的2排水泥灌漿孔應(yīng)深入基巖 10m；②溶洞充填物以上原則上按方案1中的方法處理，但要沿帷幕線增加混凝土基礎(chǔ)以橫跨越溶洞充填物，寬度按2.5m，長度70m，厚度按2.0m考慮。

方案3（局部改線方案）。由于 Y-K5溶洞正位于右岸防滲線上，并在中、下層灌漿平洞出露，可采用局部調(diào)整防滲線，將 Y-K 5溶洞“包在庫內(nèi)”（見圖2）。由于該方案防滲線修改段無勘探孔控制，且處于巖溶發(fā)育區(qū)，遇到溶洞的可能性較大，存在一定的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 Y-K5溶洞段灌漿平洞軸線調(diào)整示意圖

方案4（鋼筋混凝土板方案）。K①5溶洞充填物（487m～451m高程）及以下地層采用的處理方法基本上同方案1。②用C25鋼筋混凝土板沿出露的溶洞空腔壁進(jìn)行封閉（至518m高程），將溶洞充填物頂面（487m高程）平整并鋪墊碎石后澆筑鋼筋混凝土（厚 1m）與溶洞壁鋼筋混凝土板連接成一個(gè)整體，以利于中層平洞帷幕的搭接、不回填487～518m高程的溶洞空腔，518m高程以上的處理同方案1。為確保混凝土板的穩(wěn)定，應(yīng)進(jìn)行錨固處理并進(jìn)行回填灌漿處理。

通過以上方案對(duì)比，并邀請(qǐng)國內(nèi)專家咨詢，最終選用了溶洞內(nèi)壩式防滲墻方案。

5 結(jié)束語

喀斯特溶洞群處理技術(shù)復(fù)雜，只有在查明溶洞或溶洞群所處的地質(zhì)條件、溶洞邊界條件（規(guī)模、發(fā)育方向、充填物性質(zhì)等）并分析溶洞對(duì)水工建筑物的影響程度、確定處理范圍后，才能制定出符合工程實(shí)際的工程措施，保證工程安全。

1 重慶市秀山縣隘口水庫基礎(chǔ)防滲處理工程現(xiàn)場技術(shù)咨詢中間工作報(bào)告[R].中國水電工程顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院. 2011.

2 鄒成杰.水利水電巖溶工程地質(zhì)[M].北京：水利電力出版社,1994.

3 重慶市秀山縣隘口水庫右岸溶洞處理專題設(shè)計(jì)報(bào)告[R].重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計(jì)研究院.2010.

4 重慶市秀山縣隘口水庫右岸 Y-K5溶洞處理現(xiàn)場咨詢報(bào)告（意見）[R]. 中國水電工程顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院.2010.

5 重慶市秀山縣隘口水庫右岸 Y-K6溶洞處理現(xiàn)場咨詢報(bào)告（意見）[R]. 中國水電工程顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院.2010.