索風(fēng)營(yíng)水電站六個(gè)巖溶管道系統(tǒng)的應(yīng)用

索風(fēng)營(yíng)水電站六個(gè)巖溶管道系統(tǒng)的應(yīng)用

0導(dǎo)流洞破壞機(jī)理2002年5月前，索風(fēng)營(yíng)水電站連接761m高的導(dǎo)流孔和781m高的交通孔，這些孔穿過(guò)sd3管道系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。其中,導(dǎo)流洞洞身在過(guò)壩軸線地段的底板高程為760m,距河岸約30~50m。自5月21日洪水期開(kāi)始,S63溶洞段一直受河水漲落的影響,致使導(dǎo)流洞不能正常施工,特別是2002年6月18~19日的暴雨引發(fā)山洪,使整個(gè)導(dǎo)流洞充水,嚴(yán)重影響導(dǎo)流洞的掘進(jìn)與混凝土襯砌。通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)勘探工作,基本弄清了S63巖溶管道系統(tǒng)在781m高程交通洞及導(dǎo)流洞內(nèi)的規(guī)模與性狀,成功地進(jìn)行了封堵處理。1sds3通信系統(tǒng)的概論和河流回流過(guò)程1.1s13巖溶管道S63巖溶管道系統(tǒng)發(fā)育于索風(fēng)營(yíng)水電站壩址左岸T1m,T1y2強(qiáng)巖溶化巖體中。其在壩肩附近主要沿傾向上游、傾角30°~45°的夾層層間錯(cuò)動(dòng)帶fj1,fj2及走向分別為N70°~80°W向與N40°~45°E陡傾角的f2,f3斷層發(fā)育?？碧狡巾现薪衣冻龅牧严缎凸艿栏哌_(dá)20m、寬0.5~1.5m(見(jiàn)圖2),且有黃色黏土充填。于790m高程處亦見(jiàn)有10m×10m的廳堂狀溶洞發(fā)育。在壩軸線左岸附近100m范圍內(nèi),該巖溶管道高差達(dá)65m以上,且近河岸地帶的管道還具有倒虹吸性。鉆孔連通試驗(yàn)證實(shí)T1y3隔水巖層因斷裂切割已失去其隔水性,故S63巖溶管道水主要由T1m,T1y2巖溶含水層匯集形成,匯流面積約3.2km2。巖溶管道水的出口位于河岸760m高程以下,枯期出水量為1~10L/s,汛期出水量達(dá)1~2m3/s。1.2原內(nèi)把駁岸打造成河洞內(nèi)排水系統(tǒng)積水消落自2002年5月21日進(jìn)入汛期以后,索風(fēng)營(yíng)水電站導(dǎo)流洞入口處的河水位一般為760m高程,當(dāng)上游東風(fēng)水電站發(fā)電或泄流時(shí)河水位則上升至763~765m,導(dǎo)流洞樁號(hào)0+200~0+250m洞段(澆筑的混凝土擋水堰內(nèi))的水位隨導(dǎo)流洞入口處河水位的變化而變化,約低于入口處河水位2.5~3.0m,變化滯后時(shí)間為10min。2002年6月18日、7月23日2次大洪水及山洪暴發(fā),河水位在9min內(nèi)超過(guò)769m堤堰頂部高程,造成0+200~0+250m洞段導(dǎo)流洞被淹。河水迭落期間,堤堰內(nèi)積水的消落完全受河水位的控制。導(dǎo)流洞內(nèi)漲水與消水均未見(jiàn)明顯的集中出入口,說(shuō)明S63巖溶管道系統(tǒng)在該洞段底部的發(fā)育異常復(fù)雜。為此,確定涌水管道位置及規(guī)模,制定切實(shí)可靠的封堵方案,就成了業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工各方關(guān)注的問(wèn)題。2主要通道的確定2.1采用統(tǒng)一管系統(tǒng)(1)色黏土充填a.在781交通洞中,0+275m處有直徑大于1.0m溶洞,溶洞內(nèi)有不同程度的黃色黏土充填;b.在導(dǎo)流洞0+200m附近(底板760m高程)有大于4m的空洞,洞內(nèi)有積水,推測(cè)沿夾層向深部還有大于10m的溶洞(圖3)及左右壁均有沿f2斷層發(fā)育的水平、垂直方向的裂隙型、半穹型、管道型溶洞,斷面面積均大于0.5m2。(2)溶蝕洞穴高度特征在781交通洞、導(dǎo)流洞內(nèi)不同部位進(jìn)行了鉆孔與孔間聲波CT測(cè)試確定:a.導(dǎo)流洞內(nèi)樁號(hào)0+234~0+244.5m洞段為巖溶發(fā)育段,多為溶蝕空洞局部充填黃泥,溶蝕空洞最大高度為2.75m,D26~D28號(hào)孔間水平延伸大于4.5m,CT顯示為異常區(qū),本段鉆孔中下部均不返水;b.追蹤斷層、層面發(fā)育的巖溶形態(tài),主要溶洞分布在導(dǎo)流洞樁號(hào)0+200~0+220m與0+250m洞段,以及781交通洞樁號(hào)0+270~0+300m附近,在760m高程上部為充填型溶洞,以下的溶洞大部為空洞。2.2管道系統(tǒng)的主要通水通道的確定2.2.1調(diào)查地的水文資料導(dǎo)流洞堤堰內(nèi)的水位與導(dǎo)流洞入口處的河水位相差2.5~3.0m。當(dāng)河水位在763~766m高程間變化時(shí),導(dǎo)流洞內(nèi)水位變化滯后河水位10min。堤堰內(nèi)未見(jiàn)明顯的水流集中出入口,分析倒灌入導(dǎo)流洞的河水應(yīng)來(lái)自760m高程下部的S63巖溶系統(tǒng)的管道,且推測(cè)其管徑不小于1.0m。2002年6月18日,當(dāng)河流流量大于3000m3/s時(shí),導(dǎo)流洞入口處的水位高于771m高程,發(fā)現(xiàn)河水從樁號(hào)0+215~0+218m間的導(dǎo)流洞左壁763~766m高程的幾個(gè)溶洞倒灌入導(dǎo)流洞;2002年7月23日發(fā)生大洪水時(shí)河水灌入導(dǎo)流洞期間,在D1,D6號(hào)鉆孔發(fā)現(xiàn)有壓水或冒水,說(shuō)明該部位通道的暢通性與管道管徑等應(yīng)略次于樁號(hào)0+220m下游的通道。用酸性大紅為主要試劑判別的通道主要在735~755m高程段(見(jiàn)表1)。2.2.2s13巖溶系統(tǒng)的出水口在注水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)成果中均顯示了巖溶發(fā)育的不均勻性,分析得出的代表性巖溶形態(tài)及過(guò)水管道與前幾種手段確定的高程與水平相對(duì)位置大同小異(表2)。S63巖溶系統(tǒng)的主要出水口在岸邊760m高程以下,是汛期主要排泄通道。當(dāng)河水位漲落時(shí),S63巖溶管道是河水與巖溶水交遞運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所。2.2.3fps1fps根據(jù)鉆孔巖心情況及水文地質(zhì)試驗(yàn)資料,以及對(duì)比CT成果,可以確定巖溶管道是追蹤f2,f3與fj1發(fā)育,主要通水管道在730~760m高程處,見(jiàn)圖4所示(該圖平行于導(dǎo)流洞方向,近于垂直壩軸線,地下水與河水垂直于剖面方向);深部虹吸管道則發(fā)育在781交通洞樁號(hào)0+465與0+300m處735m高程上下。3施工處理和效果觀察3.1消流洞及導(dǎo)流洞的灌漿和控制灌漿基于S63巖溶管道系統(tǒng)在781交通洞及導(dǎo)流洞部位的發(fā)育規(guī)模及空間位置,采取封堵處理方案為:(1)在781交通洞0+274~0+330m洞段以帷幕灌漿方式防滲堵漏,重點(diǎn)處理追蹤f3斷層及fj1夾層發(fā)育的溶蝕管道;對(duì)充填型溶洞、裂隙破碎帶等,進(jìn)行控制灌漿形成防滲帷幕;對(duì)過(guò)水通道,先采用模袋灌漿進(jìn)行封堵,然后進(jìn)行砂漿灌注及控制灌漿處理。(2)在導(dǎo)流洞0+200~0+250m洞段以封堵方式重點(diǎn)處理追蹤f2,fj1夾層及裂隙發(fā)育的溶蝕通道。堵漏防滲灌漿的軸線布置在781交通洞0+274~0+330m洞段右側(cè),全長(zhǎng)56m。設(shè)計(jì)為2排灌漿孔,排距為1.0m、孔間距為2.0m,呈梅花型布置,封堵底界最深達(dá)724m高程。后對(duì)設(shè)計(jì)方案作了調(diào)整,改為1排灌漿孔,并將防滲線延伸至樁號(hào)0+264m,灌漿軸線全長(zhǎng)為66m。在導(dǎo)流洞的施工作業(yè)面上,對(duì)S63巖溶系統(tǒng)下伏通道的處理措施是:在導(dǎo)流洞0+200~0+250m洞段的右壁764.5m高程上設(shè)置為單排灌漿帷幕,孔間距1.5m,鉆孔傾角為65°,封堵底界為742m高程。3.2封鎖處理3.2.1圖4在781交通洞內(nèi)實(shí)施封堵時(shí)采用常規(guī)灌漿方法,按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范(SL62-94)》的要求進(jìn)行,盡量保證細(xì)小的滲水通道也得到封閉。完成的主要工程量為:灌注段總長(zhǎng)964.03m,防滲面積3856.12m2,灌注水泥量94441.70kg。對(duì)導(dǎo)流洞下部一般裂隙巖體也采用了常規(guī)灌漿方法,完成的工程量為:防滲面積683.82m2,灌注水泥量58235.8kg。3.2.2人工砂漿122在781交通洞與導(dǎo)流洞內(nèi)S63巖溶系統(tǒng)管道的主要通水段封堵時(shí)均使用了水泥砂漿,材料為人工砂與天然河砂,水、水泥與砂的重量比為1∶1∶2。完成的主要工程量為:防滲面積787.84m2,灌注砂量155990kg,灌注水泥量97439kg。其中,單孔最大砂灌注量達(dá)60060kg。3.2.3洞灌漿孔一機(jī)在巖溶管道處理中還根據(jù)需要使用了化學(xué)材料水玻璃(速凝劑),如781交通洞灌漿孔特大耗灰孔段:J35號(hào)孔的30~40m孔段;J37號(hào)孔的25m以下孔段;J55,J57,J59號(hào)孔的15~25m孔段。由于以上孔段中的溶蝕水流速較快,灌注的漿液易被水流沖走,需加入適量的速凝劑以保證灌漿效果。3.2.4模袋灌漿防水針對(duì)D27號(hào)、D28號(hào)鉆孔中揭露出高4.5m高速水流的溶蝕管道,對(duì)此分別在D22號(hào)、D27號(hào)2個(gè)孔內(nèi)采用了模袋灌漿(見(jiàn)圖4),取得了良好的封堵效果。其中灌注了13480kg水泥及部分水泥砂漿,累計(jì)封堵的溶洞體積大于45m3。3.3導(dǎo)流洞內(nèi)堤堰處水位水位觀測(cè)在實(shí)施勘探時(shí)即已進(jìn)行,觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在導(dǎo)流洞的進(jìn)口位置、導(dǎo)流洞的堤堰內(nèi)及S63河邊出口。前2處均有標(biāo)尺,S63河邊出口僅在大洪水時(shí)作為觀測(cè)點(diǎn)。圖5為導(dǎo)流洞內(nèi)堤堰內(nèi)的水位與河水位對(duì)比曲線(導(dǎo)流洞入口處水位及流量取自業(yè)主提供的《汛期水情》,導(dǎo)流洞內(nèi)堤堰處水位為自測(cè))。2002年8月2日至8月4日,河水位曾一度低于764m高程,而此時(shí)堤堰內(nèi)水位因山體來(lái)水漸漸增高。從圖5中可看出,至8月6日導(dǎo)流洞堤堰內(nèi)水位已不受河水位變化的影響,表明處理達(dá)到了預(yù)期的目的。4涌水溶蝕管道封堵(1)索風(fēng)營(yíng)水電站左岸導(dǎo)流洞樁號(hào)0+200~0+150m洞段,汛期河水位倒灌致使導(dǎo)流洞被淹,主要原因系河水沿壩址附近的S63巖溶系統(tǒng)發(fā)育于河床洪枯水位變