向家菠，王團樂，倪凱軍，宛良朋，施 炎，胡 巍

1.長江三峽勘測研究院有限公司(武漢)，武漢 430074 2.中國三峽建設(shè)管理有限公司，成都 610041

0 引言

隨著我國西南地區(qū)水電工程高壩建設(shè)的不斷發(fā)展，防滲帷幕作為解決水庫滲漏問題的主要工程手段得到了廣的泛應(yīng)用，并呈現(xiàn)出規(guī)模大、水頭高、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點。

大壩防滲帷幕為地下隱蔽工程，其有效成幕將直接關(guān)系到水庫蓄水后工程的安全運行；而巖石作為帷幕灌漿漿液的載體，其屬性將對帷幕的灌漿效果產(chǎn)生很大影響。此外，史順華等[1]指出地質(zhì)條件分析不足也將給整個灌漿工程施工帶來很多不確定性情況。

目前，對防滲帷幕地質(zhì)條件的關(guān)注一般主要集中于勘測設(shè)計階段帷幕線路的選擇上。在帷幕施工過程中，如何結(jié)合施工情況及地質(zhì)條件分析影響成幕的地質(zhì)因素，從而對帷幕的成幕質(zhì)量進行可靠的控制、對施工過程中的異常情況進行有效的處理，這是目前防滲帷幕施工過程中面臨的難題之一[2]。

烏東德水電站樞紐工程主體建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成。擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程988 m，最大壩高270 m；電站總裝機容量10 200 MW[3]。

大壩左右岸防滲帷幕起點接大壩拱肩，沿大壩基礎(chǔ)廊道向兩岸平行主廠房展布，底高程630 m，頂高程988 m，主帷幕防滲線路全長約1 865 m，總面積約39.6萬m2(圖1)[3]。

1.黑山組；2.落雪組第十段；3.落雪組第九段；4.落雪組第八段；5.落雪組第七段；6.落雪組第六段；7.落雪組第五段；8.落雪組第四段；9.落雪組第三段第五亞段；10.落雪組第三段第四亞段；11.落雪組第三段第三亞段；12.落雪組第三段第二亞段；13.落雪組第三段第一亞段；14.落雪組第二段第三亞段；15.落雪組第二段第二亞段；16.落雪組第二段第一亞段；17.落雪組第一段第三亞段；18.落雪組第一段第二亞段；19.落雪組第一段第一亞段；20.因民組上段第一亞段；21.地層界線；22.斷層及編號 ；23.主要建筑物輪廓；24.主帷幕線。圖1 烏東德水電站大壩防滲帷幕布置圖Fig.1 Layout of dams anti-seepage grouting curtain of Wudongde hydropower station

左岸大壩防滲帷幕端點接落雪組第二段第一亞段(Pt2l2-1)相對隔水層，右岸大壩防滲帷幕端點接因民組上段第一亞段(Pt2y2-1)相對隔水層，防滲帷幕下限近岸段按巖體透水率<1 Lu控制，地下廠房山內(nèi)側(cè)遠巖體按透水率<3 Lu控制。兩岸防滲帷幕采用分層搭接的形式連接，利用兩岸沿帷幕線各布置6層灌漿平洞進行灌漿，總長6 726.73 m。

1 基本地質(zhì)條件

烏東德水電站大壩所處河段屬中山峽谷地貌，兩岸地形陡峻，河谷呈狹窄的“V”型，兩岸谷坡基本對稱。高程1 050～1 200 m，谷坡相對開闊，岸坡陡緩相間；高程1 050～1 200 m，河谷狹窄，岸坡陡峻。金沙江河床高程800～805 m，枯水期水面高程815～820 m。

壩址區(qū)地層主要由中元古界會理群褶皺基底淺變質(zhì)巖及震旦系和上古生界二疊系蓋層沉積巖構(gòu)成，褶皺基底與上覆蓋層呈角度不整合接觸。大壩防滲帷幕穿越地層為因民組上段第一亞段至落雪組第三段第二亞段(Pt2y2-1—Pt2l3-2)，巖性為極薄—中厚層大理巖化白云巖，薄層、中厚層夾厚層灰?guī)r，互層—中厚層大理巖，薄層—中厚層白云巖等。巖層總體傾向下游，傾向一般160°～180°，局部反傾，巖體整體呈微風(fēng)化—新鮮狀。

斷層總體不發(fā)育，防滲帷幕段主要發(fā)育3條斷層：F15(雷家灣溝斷層)、F14(白溝斷層)及F42。斷層帶寬0.15～2.00 m，構(gòu)造巖為角礫巖或碎裂巖，局部為斷層泥。

巖體裂隙總體不發(fā)育。因民組上段第一亞段、落雪組第一段第三亞段、落雪組第二段(Pt2l2)的灰?guī)r及大理巖化白云巖地層中長大裂隙不發(fā)育，但微裂隙較發(fā)育；落雪組第三段(Pt2l3)的灰?guī)r地層中裂隙亦不甚發(fā)育，長大裂隙以層面為主，微裂隙不發(fā)育。

壩址區(qū)巖溶總體不發(fā)育，巖溶主要發(fā)育于灰?guī)r地層中，巖溶形態(tài)主要為溶洞(孔)和溶縫。

金沙江為最低排泄基準(zhǔn)面，兩岸山體側(cè)向補給的遠程地下水以裂隙水的形式向金沙江排泄，近岸大氣降水入滲形成地下水在包氣帶段主要表現(xiàn)為垂直運移，當(dāng)?shù)竭_潛水帶時表現(xiàn)為近水平向金沙江排泄[4]。

2 大壩帷幕成幕影響主要地質(zhì)因素

2.1 巖溶現(xiàn)象發(fā)育特征及規(guī)律

1)可溶巖與非可溶巖分布

根據(jù)壩址區(qū)地層中巖石的可溶性、巖體結(jié)構(gòu)特征(含層間充填物特征)及巖組厚度等，可將壩址區(qū)巖組可溶性分為4類：中等巖溶化巖組、弱巖溶化巖組、微巖溶化巖組及非可溶巖組。

防滲帷幕區(qū)地層主要為淺變質(zhì)碳酸鹽巖，中等巖溶化巖組為Pt2l1-1、Pt2l1-3、Pt2l3-1；弱巖溶化巖組為Pt2l3-2；微巖溶化巖組為Pt2l2、Pt2y2-1；不涉及非可溶巖組(圖2)。

1.落雪組第二段；2.因民組上段第二亞段；3.因民組上段第三亞段；4.地層界線；5.斷層及編號和傾角 ；6.中等巖溶化巖組；7.弱巖溶化巖組；8.微巖溶化巖組；9.非可溶巖組；10.主帷幕線。圖中其余地層代號同圖1圖例。圖2 烏東德水電站壩址區(qū)可溶巖與非可溶巖分布圖Fig.2 Distribution of soluble and non-soluble rocks in dam site area of Wudongde hydropower station

2)防滲帷幕區(qū)巖溶發(fā)育特征及規(guī)律

巖溶主要發(fā)育層位為中等巖溶化巖組Pt2l1-1、Pt2l3-1灰?guī)r地層中，巖溶形態(tài)主要為小溶洞(孔)和溶縫，表現(xiàn)為垂直順層溶蝕與局部溶洞(縫)集中發(fā)育的特征。溶蝕發(fā)育規(guī)律為高程800 m以上局部發(fā)育順層垂向溶洞(孔)及溶縫，高程780～800 m局部見近水平向展布的溶孔及溶縫，高程780 m以下巖溶不發(fā)育。

2.2 帷幕區(qū)揭示斷層分布及性狀

左岸帷幕線穿越的斷層為F15。右岸帷幕線穿越的斷層為F14及F42。在不同高程其性狀存在一定差異，總體上表現(xiàn)為高高程較低高程處性狀差，且斷面多附泥質(zhì)或充填碎屑夾泥(表1)。

2.3 角礫巖的分布特征及性狀

壩址區(qū)角礫巖分布較少，主要受地層及巖性影響，其主要分布在前震旦系會理群落雪組第三段第一亞段—落雪組第三段第三亞段(Pt2l3-1—Pt2l3-3)灰?guī)r地層中且多沿巖性界線發(fā)育。角礫成分與圍巖

表1 研究區(qū)帷幕區(qū)斷層分布及性狀

相同，主要為灰?guī)r、大理巖化白云巖或白云巖，方解石膠結(jié)為主，部分鈣質(zhì)膠結(jié)；角礫大小不等，直徑一般幾cm，大者可達1 m左右，多呈棱角狀—次棱角狀，多混雜排列，無定向痕跡(圖3)。

1.落雪組第二段；2.地層界線；3.斷層及編號；4.溶洞及編號；5.角礫巖及類型和傾角；6.主帷幕線。圖中其余地層代號同圖1圖例。圖3 研究區(qū)850 m高程角礫巖分布圖Fig.3 Distribution of breccia on 850 m elevation at the dam site area in the study area

角礫巖根據(jù)性狀可分為兩類，A類角礫巖和B類角礫巖。A類角礫巖：角礫多呈微風(fēng)化—新鮮狀，多呈塊石狀或大塊石狀，角礫體積分數(shù)一般達60%以上，其間多呈接觸式膠結(jié)，方解石充填于塊石之間，膠結(jié)緊密；B類角礫巖：角礫呈弱風(fēng)化—微風(fēng)化狀，多呈碎石狀或塊石狀，方解石多呈基底式膠結(jié)，包裹角礫，膠結(jié)一般緊密—較緊密，方解石中局部可見溶蝕小孔洞。

大壩帷幕范圍內(nèi)角礫巖主要分布于Pt2l3-1與Pt2l3-2分界處及Pt2l3-1與Pt2l2-3分界處臨Pt2l3-1灰?guī)r地層中。角礫巖多呈囊狀形態(tài)嵌于圍巖內(nèi)，與周邊正常巖體一般沒有明顯的接觸面，接觸關(guān)系似“熔融接觸”。

2.4 長大結(jié)構(gòu)面分布及特征

防滲帷幕區(qū)揭示長大結(jié)構(gòu)面主要分布于Pt2l3灰?guī)r地層中，Pt2l1-3灰?guī)r及Pt2l2大理巖化白云巖地層中次之，Pt2y2-1大理巖化白云巖地層未揭示。整體陡傾，少量緩傾，主要分為溶蝕裂隙及裂隙性斷層兩類。

溶蝕裂隙主要為原生結(jié)構(gòu)面受風(fēng)化作用而形成，表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面的溶蝕，并常見沿結(jié)構(gòu)面的溶蝕次生充填現(xiàn)象，多見巖屑夾泥或沿裂面附泥鈣質(zhì)。裂隙性斷層構(gòu)造巖為碎裂巖或角礫巖，局部沿斷面見溶蝕現(xiàn)象，斷層周側(cè)巖體完整性較差。

2.5 巖層走向與帷幕走向大角度相交

左岸防滲帷幕廠房上游側(cè)垂直岸坡布置，走向30°～60°，山內(nèi)側(cè)順江向布置，走向124°；右岸主帷幕線方向為大致以319°方向延伸60 m后，折轉(zhuǎn)250°方向，向山里延伸232 m后向上游以310°方向延伸。巖層總體傾向下游，傾向一般160°～180°，局部反傾，傾向340°～20°，傾角65°～85°。層面走面與帷幕走向整體呈小角度相交，局部段呈大角度相交，主要分布于右岸(表2)[5]。

3 防滲帷幕成幕影響地質(zhì)因素分析及處理措施

3.1 巖溶對成幕影響

根據(jù)沿帷幕線在兩岸各布置6層灌漿平洞揭示巖溶發(fā)育情況，帷幕段發(fā)育溶洞(孔)、溶縫共21處，規(guī)模均較小。溶洞多無充填，部分充填巖屑、粉土及泥質(zhì)，洞壁見酸不溶物；溶孔孔徑較小，孔壁多附方解石；溶縫多無充填，縫壁局部見泥鈣質(zhì)，兩側(cè)巖體溶蝕風(fēng)化，完整性較差[6-7]。

表2研究區(qū)右岸巖層走向與帷幕走向大角度相交分布

Table2Rightbankdistributionoflargeintersectionanglebetweenthecurtainandterranestrikeinthestudyarea

高程/m帷幕樁號夾角9880—0+97.5065°～85°0+260.09—0+471.4055°～70°9450+36.63—0+115.2349°～82°0+385.23—0+485.2375°0+648.23—0+816.2355°～68°8950+46.70—0+126.0059°～72°0+396.00—0+496.0060°～75°0+659.00—0+774.0052°～58°8500+62.15—0+108.4054°～90°0+418.60—0+518.6065°～90°0+681.60—0+713.8250°～75°7800+101.79—0+173.0156°～82°0+451.09—0+510.545°～75°

巖溶發(fā)育部位進行灌漿時，由于溶洞(孔)、溶縫的形狀、大小、充填物以及其連通性存在差異，從而影響成幕效果及帷幕幕體的堵水性能。為此，對已揭示和施工過程中揭示的溶洞(孔)、溶縫，應(yīng)進一步查明巖溶類型、規(guī)模、滲流以及充填情況。當(dāng)無充填物時，根據(jù)溶洞和溶縫的大小和地下水的活動程度，采取高壓、待凝等處理措施；當(dāng)充填物為巖屑等可灌性較好的物質(zhì)，可采用分級升壓灌注；當(dāng)充填粉土及泥質(zhì)，應(yīng)進行高壓沖洗后，采用高壓灌漿處理；此外，如溶洞及溶縫內(nèi)涌水時，根據(jù)涌水量的大小、方向，應(yīng)采用排水、引流措施。

3.2 斷層對成幕影響

斷層分布段巖體透水性相對較好，在帷幕灌漿過程中，裂隙一般能得到較好的充填；但帷幕段穿越斷層斷面多附泥質(zhì)或充填碎屑夾泥，充填物對漿液存在一定的阻隔作用，從而可能出現(xiàn)局部成幕效果差的情況。

防滲帷幕灌漿過程中，應(yīng)針對性地布置試驗區(qū)或先導(dǎo)孔，輔以物探手段，進一步查明斷層的性狀，對灌漿參數(shù)進行優(yōu)化，采取專門的處理措施[8]。同時由于斷層及其影響帶具有一定的透水性和連通性，在斷層附近相鄰鉆孔同時施工的情況下，兩孔間易發(fā)生串漿事故，因此在灌漿過程中應(yīng)制定并嚴(yán)格遵守相關(guān)操作規(guī)程，避免事故的發(fā)生。

3.3 角礫巖對成幕影響

角礫巖分布段：A類角礫巖巖體性狀較好，對大壩防滲帷幕成幕基本無影響；B類角礫巖多呈囊狀形態(tài)嵌于圍巖內(nèi)，多見溶蝕風(fēng)化。帷幕灌漿過程中可能存在灌漿不充分而在帷幕運行時形成小的滲漏通道，存在安全隱患。因此，在帷幕灌漿中，對已揭示或帷幕灌漿施工過程中遇到的B類角礫巖，利用先導(dǎo)孔，輔以物探、壓水試驗等手段進一步查明其分布范圍及特征，采取針對性處理措施，并在灌漿完成后加強灌漿檢查。

3.4 長大結(jié)構(gòu)面對成幕影響

長大結(jié)構(gòu)面發(fā)育部位在防滲帷幕注漿施工過程中，漿液在機械壓力及自身重力的作用下，沿裂隙運移，逐漸充填導(dǎo)漿性較好的部位，形成幕體。根據(jù)大壩防滲帷幕各層灌漿平洞揭示，帷幕區(qū)揭示長大結(jié)構(gòu)面98條，大部分與大壩防滲帷幕線呈中—大角度相交，部分小角度相交，結(jié)構(gòu)面性狀差別較大(表3)。

表3研究區(qū)帷幕區(qū)長大結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計表

Table3Statisticaltableoflargestructuralplaneatthecurtainareainthestudyarea

與帷幕軸線夾角裂隙條數(shù)頻率/%0°～10°77.1411°～20°99.1821°～30°1616.3331°～40°1414.2941°～50°1212.2451°～60°1010.2061°～70°1616.3371°～80°55.1081°～90°99.18

灌漿過程中，受與帷幕夾角及結(jié)構(gòu)面性狀等因素影響，成幕效果存在一定差異，主要表現(xiàn)為：

1)當(dāng)裂隙面基本無充填，局部張開，裂隙走向與帷幕線小角度相交時，此類裂隙在灌漿高壓力情況下，裂隙進一步張開，灌漿過程中裂隙得到了較好的充填，擴散范圍大，成幕效果好。

2)當(dāng)裂隙面基本無充填，局部張開，裂隙走向與帷幕線中—大角度相交時，由于該類裂隙連通性較好，部分漿液可能沿裂隙繞過注漿段充填該段下部未施工灌漿段，造成下部裂隙先期被充填，從而影響下一段灌漿時漿液的擴散范圍，對幕體成幕不利。

3)當(dāng)裂隙充填軟弱阻漿物質(zhì)時，由于充填物對漿液的阻隔，可能造成漿液擴散范圍有限，裂隙面充填不充分，從而導(dǎo)致成幕效果差[9]。

基于以上3種情況，建議對已揭示或帷幕灌漿施工過程中遇到的長大結(jié)構(gòu)面，在灌漿過程中予以關(guān)注。如存在灌漿異常，應(yīng)進一步查明其性狀，并結(jié)合長大結(jié)構(gòu)面與帷幕線的夾角，采取相應(yīng)的處理措施。

3.5 巖層走向與帷幕走向大角度相交對成幕影響

研究區(qū)防滲帷幕區(qū)巖層走向與帷幕走向整體呈小角度相交、大角度相交段共13段，主要分布于右岸。

大壩防滲帷幕走向與巖層走向小角度相交時，在帷幕灌漿高壓力作用下，層面微張開，漿液順層面擴散，形成帷幕幕體，降低巖體透水率(圖4a，b)；大壩防滲帷幕走向與巖層走向大角度斜交時(圖4c，d)，漿液可能主要沿層面擴散，出現(xiàn)未完全成幕的情況，從而成為后期帷幕運行過程中的重大安全隱患[10]。為此，在右岸帷幕走向與巖層走向大角度相交的部位，應(yīng)對灌漿孔適當(dāng)加密，并在灌漿完成后加強檢測。

4 實例分析

根據(jù)目前帷幕灌漿施工進程，對施工過程中揭露影響成幕的地質(zhì)因素，結(jié)合實際灌漿成果進行分析。

1)右岸895 m搭接帷幕順層溶蝕

右岸895 m灌漿平洞搭接帷幕施工至R3X-1-Ⅰ-82(樁號0+196.5)孔第2段(3.4～10.4 m)時，出現(xiàn)灌漿量突然增大的異常情況，單位注灰量達到4 031.3 kg/m。出現(xiàn)異常情況后，立即停止灌漿，利用勘探孔，輔以物探手段，查明該處為順層發(fā)育小型溶洞，溶洞規(guī)模不大。利用高壓對溶洞進行沖洗，采用0.5∶1濃漿進行回填處理，經(jīng)兩次復(fù)灌，累計注灰量達66 302.6 kg?；靥钔瓿珊?，進行掃孔，采用5∶1漿液再次進行灌漿。采取措施處理后壓水值為0.4 Lu，灌漿單位注灰率0.07 kg/m。根據(jù)灌后壓水檢查，透水率<1 Lu，滿足合格標(biāo)準(zhǔn)。

a.層面走向與帷幕走向呈小角度垂向剖面示意圖；b.層面走向與帷幕走向呈小角度平面示意圖；c.層面走向與帷幕走向呈大角度垂向剖面示意圖；d.層面走向與帷幕走向呈大角度平面示意圖。圖4 研究區(qū)帷幕灌漿過程中漿液擴散疊加情況垂向剖面和平面示意圖Fig.4 Vertical profile diagram and the plan sketch of slurry diffusion overlay in the curtain grouting process in the study area

2)右岸850 m平洞角礫巖分布區(qū)

右岸850 m灌漿平洞在開挖過程中揭露B類角礫巖，利用灌漿孔進行地質(zhì)精細化編錄及物探彩電，查明角礫巖分布區(qū)沿850 m灌漿平洞(樁號0+227-0+247)展布長13.5～20.5 m，垂直灌漿平洞軸線水平延伸長度15.8～28.2 m，垂向高一般為10 m左右。角礫巖溶蝕不發(fā)育，巖溶現(xiàn)象主要為溶蝕裂隙和溶孔。

在850 m搭接帷幕灌漿過程中，灌漿成果顯示：灌前平均透水率為25 Lu，灌漿過程中平均單位注灰量為36.8 kg/m，透水率及注灰量均大于一般值。對該區(qū)域灌漿孔進行加密，并在灌漿過程中加強沖洗。灌后檢查透水率<1 Lu，滿足合格標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

1)大壩防滲帷幕施工過程中對成幕有影響的地質(zhì)因素主要有巖溶、斷層、角礫巖、長大結(jié)構(gòu)面及巖層走向與帷幕走向大角度相交等。

2)對于因溶洞、斷層、角礫巖等地質(zhì)因素引起的注灰量異常增大、串漿、涌水等灌漿異常情況時，應(yīng)立即停止灌漿，充分利用物探或鉆探手段查明地質(zhì)因素的類型、范圍及影響程度，針對不同地質(zhì)因素特點，采取濃漿回填、灌漿孔加密加深、灌漿壓力及漿材動態(tài)調(diào)整等措施進行相應(yīng)處理。

3)由于地質(zhì)條件具有復(fù)雜性、各向異性、不可預(yù)知等特點，尚需結(jié)合工程的實際情況，進一步開展基于地質(zhì)條件的灌漿過程分析，減少實際灌漿過程中對地質(zhì)條件認知的盲目性，指導(dǎo)帷幕施工，從而確保大壩防滲帷幕的有效成幕。