，，，3

(1.云南省牛欄江-滇池補(bǔ)水工程 建設(shè)指揮部，昆明 650051； 2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，昆明 650201；3.云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，昆明 650021)

1 工程概況

牛欄江-滇池補(bǔ)水工程是滇池流域水環(huán)境綜合治理6大工程措施的關(guān)鍵性工程，該工程位于云南省曲靖市和昆明市境內(nèi)，主要由庫(kù)容4.5億m3的德澤水庫(kù)水源工程、大型地下泵站提水工程及總長(zhǎng)為115.85 km的輸水線路工程3大部分組成。其中大型地下泵站——干河泵站是提水工程中的關(guān)鍵建筑物，設(shè)計(jì)采用一級(jí)提水，最大設(shè)計(jì)揚(yáng)程為233 m，安裝4臺(tái)機(jī)組，單機(jī)功率22.5 MW，總裝機(jī)90 MW，總提水流量23 m3/s。泵站位于牛欄江一級(jí)支流干河上游的德澤水庫(kù)庫(kù)區(qū)干河村附近，最大埋深約150 m，泵址為純碳酸鹽巖區(qū)，泵址區(qū)出露地層巖性為純碳酸巖鹽，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。工程建筑物除副廠房外均布置于地下，主廠房地下洞室群布置于干河右岸山體內(nèi)，主要由主廠房，球閥室，進(jìn)、出水洞室，主、副交通洞，工作豎井，1，2，3層灌漿排水廊道，5條施工支洞及相關(guān)豎井等組成[1]。主廠房洞室長(zhǎng)69.25 m，寬20.2 m，高39.15 m，洞室頂高程1 756 m，底板高程1 717 m，集水井底部高程1 707 m，埋深約150 m[2]，位于地下水位以下，低于庫(kù)水位34～83 m。干河泵站主廠房地下洞室群平面布置如圖1所示。由于沒(méi)有可比選的其它位置，建設(shè)場(chǎng)址地處巖溶發(fā)育區(qū)，地下洞室群中各洞室密集交叉，主廠房埋深大、跨度長(zhǎng)，巖溶發(fā)育且處在地下水位以下，建設(shè)環(huán)境、建設(shè)條件極差。前人在地下主廠房洞室開(kāi)挖施工及主廠房防滲排水體系設(shè)計(jì)方面都作了研究，但未結(jié)合泵址出露的特殊巖溶地質(zhì)特征進(jìn)行系統(tǒng)性分析，因此，通過(guò)研究該區(qū)域的巖溶發(fā)育特征及規(guī)律，針對(duì)巖溶問(wèn)題制定科學(xué)的設(shè)計(jì)、施工及建設(shè)管理方案顯得極其重要。通過(guò)本工程的研究實(shí)踐，為在大面積巖溶區(qū)處理類似巖溶問(wèn)題提供有益例證。

圖1 干河泵站主廠房地下洞室群平面布置

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

干河泵站泵址屬巖溶峽谷地貌，地勢(shì)整體西高東低。干河河道呈自北向南突出的不規(guī)則半圓弧形延伸匯入牛欄江，河谷呈“U”形，兩岸斷續(xù)分布有Ⅰ級(jí)階地，河床高程約1 770 m，谷坡陡峭，地形坡度40°～70°，兩岸臨干河山頂高程1 926～2 032 m，相對(duì)高差約300 m。地下主廠房距離干河河床約140 m。

2.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

泵址及牛欄江兩岸出露地層為二疊系下統(tǒng)陽(yáng)新組(P1y)，巖性為淺灰-深灰色厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，弱至微風(fēng)化，地表基巖裸露，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，多呈陡崖、溶蝕斜坡或石芽陡坡出露。泵址以西約2 km大塘子村附近為SN向展布的小江斷裂一級(jí)分支魯沖-車烏壓扭性斷裂，區(qū)內(nèi)發(fā)育白石巖-小河水復(fù)式向斜，軸向近N30°E，距泵站地下主廠房約950 m。主廠房山體位于白石巖-小河水向斜西翼，巖層總體傾向NE，產(chǎn)狀N87°W，NE∠16°，呈單斜產(chǎn)出，巖層中有次級(jí)小褶曲發(fā)育，產(chǎn)狀局部有變化，詳情見(jiàn)圖1及圖2。

圖2 干河泵站區(qū)域地質(zhì)平面圖

2.3 巖溶水文地質(zhì)條件

干河及泵址區(qū)一帶牛欄江兩岸巖溶較強(qiáng)，透水性大，地下水類型為巖溶水，分布及貯存受巖溶發(fā)育控制。牛欄江河床高程約1 720 m，泵址區(qū)山頂夷平面高程約2 000 m，泵址區(qū)地下水位高程約1 760 m，略低于干河河水位，地表水與地下水循環(huán)帶高程為1 720～2 000 m。尤其在干河南部的白石巖村一帶，沿NE方向分布有幾十個(gè)小型巖溶洼地，出露高程約2 040 m，每個(gè)洼地均為典型的巖溶漏斗，成為洪水入滲地下的主要通道，牛欄江與白石巖村高差約300 m，白石巖村以西的魯沖-車烏斷裂透水性微弱形成隔水帶，入滲的地表水及地下水大部分向北部干河和牛欄江排泄，泵站廠房區(qū)下游伏流FL1即接受海嘎村、白石巖村一帶的地下水補(bǔ)給，泵站地下主廠房洞室群巖溶水文地質(zhì)條件受此控制。地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，補(bǔ)給區(qū)位于南部的白石巖村-大塘子村一帶灰?guī)r山區(qū)。干河為區(qū)內(nèi)懸托型河流，牛欄江為區(qū)內(nèi)最低排泄基準(zhǔn)面。

3 巖溶發(fā)育特征及規(guī)律

3.1 區(qū)域巖溶及泵址巖溶特征

牛欄江-滇池補(bǔ)水工程位于滇東高原，處于中山山地巖溶區(qū)之高原巖溶亞區(qū)，地面高程1 500～3 200 m。區(qū)域巖溶發(fā)育經(jīng)歷了古巖溶發(fā)育期和新巖溶發(fā)育期。古巖溶殘留在高程3 000 m以上的峰頂面，大多為后期沉積物充填，對(duì)工程建筑無(wú)影響。對(duì)工程建筑有影響的為第三紀(jì)以來(lái)的新巖溶發(fā)育期，區(qū)域巖溶顯示，早第三紀(jì)初至晚第三紀(jì)初為新巖溶發(fā)育的“師山期”，晚第三紀(jì)末至早更新世為“昭魯期”，第四紀(jì)以來(lái)為“金沙江期”?！皫熒狡凇睅r溶發(fā)育高程在2 000～3 000 m，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶形態(tài)主要為丘峰溶原、峰叢洼地；“昭魯期”巖溶發(fā)育高程在1 500～2 100 m，巖溶形態(tài)以巖溶盆地為主，在盆地邊緣斜坡地帶及河谷兩岸，溶洞和巖溶大泉廣泛分布；“金沙江期”巖溶發(fā)育高程在1 500 m以下，由于地殼上升速度較快，河谷地帶巖溶發(fā)育，其他地區(qū)相對(duì)較弱。泵站工程分布高程為1 700～2 000 m，屬區(qū)域“昭魯期”巖溶控制區(qū)。

干河泵站出露P1y陽(yáng)新組純碳酸鹽巖組，由厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成該區(qū)巖溶物質(zhì)基礎(chǔ)，河谷深切，相對(duì)高差較大，地表巖溶發(fā)育主要表現(xiàn)為溶洞、落水洞、溶溝、溶槽，山頂多見(jiàn)落水洞，泵址區(qū)地表發(fā)育較大水平溶洞4個(gè)，落水洞3個(gè)，口徑大于2 m，最大見(jiàn)8 m，伏流2個(gè)。溶溝、溶槽形態(tài)長(zhǎng)短不一，寬一般0.5～2.0 m，可見(jiàn)深度一般0.5～2.0 m，多為紅色砂質(zhì)黏土、碎石充填或半充填。干河兩岸1 780～1 792 m一線水平溶洞較發(fā)育，主要沿層面發(fā)育，干河在泵站上游1 km處形成約700 m長(zhǎng)天生橋伏流，見(jiàn)圖1，圖2。為查明深部巖溶特征，在主廠房地下洞室群山體布置了相關(guān)勘探，并做了物探穿透剖面，對(duì)工程部位深部巖溶發(fā)育情況作了研究，見(jiàn)圖1[3]。

勘探結(jié)果顯示，泵址區(qū)高程1 760 m以上有大規(guī)模巖溶管道、溶洞發(fā)育，結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體完整性較差，屬?gòu)?qiáng)烈溶蝕風(fēng)化帶；1 695～1 760 m位于地下水位以下，地下水深部循環(huán)差，巖溶發(fā)育次之，多沿結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化，溶隙普遍夾泥，屬裂隙性溶蝕風(fēng)化帶；1 695 m以下低于區(qū)域最低排泄基準(zhǔn)面牛欄江約35 m，地下水循環(huán)微弱，巖溶弱發(fā)育，屬微新巖體。

伏流FL1對(duì)干河泵站地下洞室群設(shè)計(jì)有重大影響，為季節(jié)性伏流，雨季出流量約4 m3/s，出口位于地下主廠房南端約130 m，高程約1 773.2 m，進(jìn)口位于海嘎刺蓬河伏流入口，走向近EW，枯季流量0.02～0.03 m3/s。在BZK23,BZK24及BZK25鉆孔之間進(jìn)行的電磁波CT剖面測(cè)試顯示：高程1 765～1 790 m內(nèi)巖溶發(fā)育，與BZK24鉆孔內(nèi)巖溶發(fā)育區(qū)高程一致，伏流發(fā)育于BZK24鉆孔附近，底板高程約1 765 m，延伸后未從地下廠房穿過(guò)，距離地下主廠房西南角最近距離約45 m，但地下廠房4#，5#施工支洞與FL1伏流斜交無(wú)法避開(kāi)，見(jiàn)圖1。

圖3 鉆孔地震波CT色譜

受伏流FL1影響，廠房西南端BZK6，BZK15，BZK18，BZK22鉆孔中巖溶發(fā)育較深，1 700 m高程附近局部有溶洞發(fā)育，BZK18鉆孔內(nèi)高程1 721.57～1 768.79 m段壓水試驗(yàn)不起壓，為強(qiáng)透水區(qū)。在BZK17，BZK18鉆孔間進(jìn)行的地震波CT剖面成果表明，BZK18鉆孔附近高程1 703～1 710 m，1 714～1 722 m屬巖溶發(fā)育區(qū)及強(qiáng)透水區(qū)，見(jiàn)圖3(圖中孔深標(biāo)注以BZK18鉆孔孔口為0 m起算)。因此，廠房西南端與主交通洞連接段存在巖溶低槽區(qū)，高程1 700 m以上為強(qiáng)巖溶帶，1 675～1 700 m為弱巖溶帶，1 675 m以下為微巖溶帶。

3.2 泵址巖溶發(fā)育規(guī)律

通過(guò)上述分析，干河泵站泵址區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律如下：

(1) 干河泵站區(qū)巖溶發(fā)育在垂直方向上按高程可分為3層。①?gòu)?qiáng)巖溶帶：分布高程1 760 m以上，高于地下水位，有大規(guī)模巖溶管道、溶洞、溶隙及伏流發(fā)育，結(jié)構(gòu)面溶蝕風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體完整性較差；②弱巖溶帶：分布高程1 695～1 760 m，位于地下水位以下，地下水深部循環(huán)差，巖溶形態(tài)以溶隙、溶孔、小溶洞為主，沿結(jié)構(gòu)面多有溶蝕風(fēng)化，溶隙普遍夾泥；③微巖溶帶：分布高程1 695 m以下，已低于區(qū)域最低排泄基準(zhǔn)面牛欄江約35 m，巖溶弱發(fā)育，屬微新巖體。

(2) 伏流FL1發(fā)育于主廠房西南端，走向近EW，距擬建地下主廠房西南角約45 m(見(jiàn)圖1)，未從地下廠房洞室穿過(guò)，但地下廠房4#或5#施工支洞與FL1伏流斜交無(wú)法避開(kāi)。

(3) 受FL1伏流發(fā)育影響，地下主廠房西南端與主交通洞連接段強(qiáng)巖溶帶發(fā)育變深，存在巖溶低槽帶，該低槽帶高程1 700 m以上為強(qiáng)巖溶帶，1 675～1 700 m為弱巖溶帶，1 675 m以下為微巖溶帶。

4 應(yīng)用與驗(yàn)證

根據(jù)泵址區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律和泵站地下主廠房洞室群深部的巖溶發(fā)育特征，在干河地下泵站建設(shè)管理中采取的主要措施有：

圖4 主廠房軸線剖面示意

(1) 大跨度地下主廠房在設(shè)計(jì)時(shí)將其布置在弱巖溶帶內(nèi)，避開(kāi)了強(qiáng)巖溶區(qū)、FL1伏流及西南端的強(qiáng)巖溶低槽帶，為主廠房洞室順利安全開(kāi)挖打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，參見(jiàn)圖4。在后期施工開(kāi)挖過(guò)程中，主廠房洞室除在西端起點(diǎn)樁號(hào)0+014 m附近段巖體相對(duì)破碎外，其余段揭露的圍巖相對(duì)完整，整體以Ⅲ類為主，圍巖中未遇較大巖溶管道或巖溶洞穴，主廠房安全順利地按工期計(jì)劃完成了開(kāi)挖支護(hù)。

(2) 在地下洞室群施工中發(fā)揮了超前指導(dǎo)作用。如在地下主廠房4#施工支洞開(kāi)挖過(guò)程中，于0+097.2～0+120 m樁號(hào)段按預(yù)計(jì)遇到伏流FL1管道，采取了針對(duì)性工程處理措施；在主交通洞進(jìn)入主廠房西端巖溶低槽帶，遇約30 m長(zhǎng)夾泥強(qiáng)溶蝕破碎帶時(shí)，采用?108 mm注漿大管棚進(jìn)行了超前支護(hù)等，為順利完成洞室開(kāi)挖奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(3) 在建設(shè)泵站地下主廠房防滲體系時(shí)，將微巖溶帶高程1 695 m以下10～20 m確定為地下泵站主廠房防滲帷幕設(shè)計(jì)底界[4]，保證了防滲底界的安全可靠。

(4) 依據(jù)巖溶發(fā)育特征及規(guī)律，結(jié)合工程部位布置了安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，為后期永久地下洞室安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)地段指明了方向。

泵站工程于2010年1月10進(jìn)場(chǎng)施工，2011年9月30日地下洞室群開(kāi)挖完成，2013年9月25日泵組投入運(yùn)行。目前，德澤水庫(kù)庫(kù)水位已達(dá)正常蓄水位1 790 m，主廠房土建施工完成已近2 a，開(kāi)挖期及運(yùn)行期間各洞室監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示主洞室群穩(wěn)定性及地下防滲帷幕體系效果良好。

5 結(jié) 論

根據(jù)泵址的巖溶發(fā)育特征及規(guī)律,考慮主廠房地下洞室群之間的施工，采用了科學(xué)合理的施工方案、施工措施，歷時(shí)1 a的順利完成開(kāi)挖，并得到以下主要結(jié)論：

(1) 干河地下泵站泵址區(qū)巖溶發(fā)育1 760 m高程以上為強(qiáng)巖溶帶；1 695～1 760 m高程為弱巖溶帶；1 695 m高程以下為微巖溶帶。受FL1伏流發(fā)育影響，地下主廠房西南端與主交通洞連接段存在巖溶低槽帶，高程1 700 m以上為強(qiáng)巖溶帶，1 675～1 700 m為弱巖溶帶，1 675 m以下為微巖溶帶。

(2) 設(shè)計(jì)階段通過(guò)布置勘探斜井、必要的鉆探、有效的物探等措施查明泵址區(qū)巖溶發(fā)育特征、規(guī)律及地下廠房的基本地質(zhì)條件，認(rèn)真分析、合理選址，使大跨度地下主廠房避開(kāi)了強(qiáng)溶蝕帶及破碎帶，在開(kāi)挖過(guò)程中未遇較大管道及巖溶洞穴，揭露的圍巖相對(duì)完整，為安全順利完成主廠房開(kāi)挖奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(3) 在地下洞室群開(kāi)挖過(guò)程中依據(jù)巖溶發(fā)育特征對(duì)不良地質(zhì)洞段進(jìn)行了超前支護(hù)，是洞室安全順利完成開(kāi)挖的重要保證。

(4) 確定微巖溶帶作為主廠房防滲帷幕底界是正確可靠的，目前在水庫(kù)正常蓄水位條件下帷幕防滲效果良好。

(5) 在查明深部巖溶特征基礎(chǔ)上，為工程后續(xù)運(yùn)行明確了安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)地段。說(shuō)明地下工程在巖溶區(qū)運(yùn)用巖溶發(fā)育特征及規(guī)律指導(dǎo)建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)等是可靠的、必要的，是工程后續(xù)科學(xué)可靠運(yùn)行堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

(6) 根據(jù)牛欄江干河地下泵站的巖溶發(fā)育特征及規(guī)律，在建設(shè)中采取相應(yīng)措施，有效控制了工期、投資，保障了工程的質(zhì)量安全，對(duì)類似地質(zhì)條件下的工程項(xiàng)目有很好的借鑒和參考價(jià)值，是牛欄江-滇池補(bǔ)水工程建設(shè)的最主要亮點(diǎn)之一。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李明華，尹 浩. 干河泵站工程地下廠房開(kāi)挖施工[J]. 云南水力發(fā)電，2013，29(3)：38-40. (LI Ming-hua，YIN Hao. Excavation of the Underground Powerhouse for Ganhe River Pumping Station Project [J]. Yunnan Water Power，2013，29(3)：38-40. (in Chinese))

[2] 章 魏，劉俊華. 干河泵站地下廠房諧向應(yīng)分析[J]. 人民長(zhǎng)江，2013，44(12)：21-23. (ZHANG Wei，LIU Jun-hua. Harmonious Respond Analysis for Ganhe River Pumping Station Underground Power Plant[J]. Yangtze River，2013，44(12)：21-23. (in Chinese))

[3] 陳 績(jī)，陳興聰. 牛欄江-滇池補(bǔ)水工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 昆明：云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2010.(CHEN Ji，CHEN Xing-cong. Preliminary Design Report for the Water Replenishing Project of Niulan River and Dianchi Lake [R]. Kunming: Yunnan Provincial Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Research Institute，2010. (in Chinese))

[4] 梅 偉. 干河泵站地下廠房防滲排水體系設(shè)計(jì)[J]. 人民長(zhǎng)江，2013，44(12)：24-26.(MEI Wei. Seepage Control and Drainage System Design for Ganhe River Pumping Station’s Underground Powerhouse [J]. Yangtze River，2013，44(12)：24-26. (in Chinese))