劉家拱橋水庫施工期發(fā)現(xiàn)的巖溶水文地質(zhì)問題及處理情況二○一三年三月一日目錄1劉家拱橋水庫巖溶水文地質(zhì)基本情況簡述 12施工中發(fā)現(xiàn)的主要巖溶現(xiàn)象及水文地質(zhì)問題 22.1放空洞施工中巖溶發(fā)育情況 22.2壩址左岸巖溶發(fā)育情況 52.3壩址右岸巖溶發(fā)育情況 72.4壩址右岸勘探平硐巖溶發(fā)育情況 102.5月兒洞泉 122.5.1月耳洞泉出露特征 122.5.2流量、水質(zhì)及動態(tài)特征 122.5.3月耳洞泉成因分析 132.5.4月耳洞泉對水庫影響分析 163設計單位采取的應對措施及研究情況 163.1對施工新發(fā)現(xiàn)的問題展開調(diào)查和分析 163.2月耳洞泉調(diào)查、試驗和研究 173.3現(xiàn)場試驗 173.4平洞勘探 173.5下一步對巖溶研究和出露的計劃 174施工期研究的認識 185劉家拱橋水庫溶洞工程處理措施 185.1對已發(fā)現(xiàn)的溶洞工程處理措施 185.1.1導流、放空洞 185.1.2壩基 195.1.3趾板地基 195.2趾板及兩岸灌漿平洞防滲措施 19劉家拱橋水庫施工期發(fā)現(xiàn)的水文巖溶地質(zhì)問題及處理情況渠縣劉家拱橋水庫于2010年開始施工，到目前為止已完成導流洞開挖，并正在進行放空洞襯砌澆筑；完成大部分左、右岸趾板開挖；河床段趾板已挖至巖基。在導流洞開挖、壩基開挖施工過程中發(fā)現(xiàn)一些巖溶現(xiàn)象，主要是規(guī)模不同的溶洞、溶蝕裂隙。這些巖溶現(xiàn)象對工程有什么影響，設計、監(jiān)理、施工各方都非常重視，設計單位對發(fā)現(xiàn)的問題進行了補充調(diào)查、現(xiàn)場試驗和專家咨詢。從2012年6月開始，先后請工程地質(zhì)勘察單位、巖溶專題論證單位、水電部工程地質(zhì)勘察大師等有經(jīng)驗的水電地質(zhì)專家到現(xiàn)場調(diào)查、分析。現(xiàn)將施工開挖已揭示的巖溶現(xiàn)象，結(jié)合各方專家調(diào)查、分析的意見，對劉家拱橋水庫巖溶問題階段性工作及處理措施作匯報。1劉家拱橋水庫巖溶水文地質(zhì)基本情況簡述渠縣劉家拱橋水庫位于渠縣以東的瑯琊鎮(zhèn)金馬村境內(nèi)渠江左岸支流冷水河上，水庫壩址以上流域面積38.20km2,工程是以灌溉為主并兼有解決人、畜飲水及發(fā)電等綜觀利的水利樞紐工程。水庫正常蓄水位488.00m，水庫總庫容1497萬m3，調(diào)節(jié)庫容1180萬m3，調(diào)洪庫容108萬m3，死庫容209萬m3，最大壩高76.80m，電站裝機容量2100kW，為Ⅲ等工程。渠縣劉家拱橋水庫壩址和庫區(qū)主要地層為三疊系嘉陵江組和雷口坡組，巖性主要為灰?guī)r和白云巖，為典型的巖溶區(qū)修建水庫。渠縣劉家拱橋庫區(qū)碳酸鹽巖分布較廣，巖溶發(fā)育主要受地形、地層巖性、斷裂構造控制。巖溶發(fā)育的主要類型，有典型的巖溶峰叢地貌，河谷地帶發(fā)育有溶蝕孔洞、小型溶洞，分水嶺地帶，發(fā)育有溶溝、石芽和落水洞等巖溶地貌。水庫壩體主要建筑在三疊系嘉陵江組地層上，巖性主要為灰?guī)r、白云巖互層夾鹽溶角礫巖。壩址上下游之間無隔水地層，壩址位置嘉陵江地層巖溶較為發(fā)育，在進行壩基防滲處理時，著重考慮巖溶對水庫滲漏的影響。2施工中發(fā)現(xiàn)的主要巖溶現(xiàn)象及水文地質(zhì)問題2.1放空洞施工中巖溶發(fā)育情況放空洞開挖揭示多處溶洞，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)工作調(diào)查情況，將放空洞發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)及巖溶情況介紹如下：放空洞地層巖性：放0+000～放0+010m為白云質(zhì)灰?guī)r（T1J4-2），0+010～0+040m為角礫狀灰?guī)r（T1J4-1）,0+40～0+70m為f1斷層帶，0+70～0+352.88m為灰?guī)r（T1J3）。放空洞施工中的巖溶地質(zhì)問題：（1）放空洞0+000～放0+010m為白云質(zhì)灰?guī)r（T1J4-2）?；尹S色，巖石破碎，強卸荷，裂隙發(fā)育張開夾泥重。溶洞較發(fā)育，在外邊頂拱頂部揭露出有3#、4#溶洞（見圖2-1、2-2）。3#溶洞順洞向?qū)?米左右，垂直洞向?qū)?米左右，為一落水洞，直通地表。上部是空的，下部為泥夾塊碎石充填。4#溶洞順洞向?qū)?米（樁號0+8米～0+11米），垂直洞向?qū)?米左右，高6米左右，亦為落水洞，上部是空的，下部為泥夾塊碎石充填。圖2-1導流洞3#溶洞圖2-2導流洞4#溶洞（2）放0+10～0+40m為角礫狀灰?guī)r（T1J4-1）,巖石破碎強風化并有較多的夾泥，性狀差。未見溶洞。（3）0+40～0+70m為f1斷層帶，斷層產(chǎn)狀N20—30ENW∟60-70o，斷層帶寬10-15m左右，斷層帶由斷層泥、糜棱角礫巖及碎塊巖組成，有鏡面、擦痕及構造透鏡體，擠壓強烈。在水的浸泡下迅速泥化。工程地質(zhì)性狀極差。該斷層帶具有明顯的隔水作用，應為相對隔水層。0+70～0+352.88m為灰?guī)r（T1J3）,巖層產(chǎn)狀N20-30ENW∟50-70o層裂發(fā)育，另N50-60ESE∟30-50o裂隙密集發(fā)育，并多有方解石脈充填。層面與該組裂隙常組合成不利的組合，使頂拱及邊墻失穩(wěn)，產(chǎn)生掉塊或塌滑。該層沿層面及裂隙發(fā)育眾多的不規(guī)則的、大小不一的溶洞，后期大部分均被粘土充填滿，僅局部有留下較小的空洞（見圖2-3、圖2-4）。巖石多為強風化并夾次生泥。圖2-3導流洞5#溶洞圖2-4導流洞6#溶洞在樁號0+301～0+293m段外側(cè)頂拱拱座以上部位（438.4m）有一較大的溶洞（見圖2-5），順洞向可見長8m左右，垂直洞向?qū)?m左右、高3m左右，斜上向外。上部是空的，底部堆積有塊碎石粘土及石灰華。干燥、無水。圖2-5導流洞2#溶洞在樁號0+291～0+281m段里側(cè)邊頂拱拱座以上部位（438.36m高程以上）有一目前發(fā)現(xiàn)的最大溶洞之一。順洞向可見長10m左右，垂直洞向?qū)?-4m左右，高約3-4m斜向上游山里延伸，延伸方向約N60E，上部是空的，底部堆積塊碎石、石灰華、粘土。溶洞頂部還可見有落水洞相連。從1#、2#溶洞出露形態(tài)來看，初步判斷為向上游，向山里延伸（N60E方向）的溶洞，底板坡度可能較大。另從1#、2#溶洞規(guī)模、形態(tài)及位置來分析很可能兩者為同一溶洞。另在放空洞出口外側(cè)邊墻（底板高程上），樁號0+361～0+348m有一落水洞，口寬3×2.5m左右橢圓形，深不見底，甩石頭下去可聽見水聲（估計在冷水河邊水位以下）。此落水洞是從山里斜向冷水河邊發(fā)育的。初步結(jié)論：壩址左岸溶洞發(fā)育方向主要為垂直河流走，規(guī)模不大，巖溶發(fā)育受f1斷層帶影響較大，f1斷層帶為相對隔水層，以f1為界里側(cè)灰?guī)r（T1J3）近f1斷層帶附近（約30m左右）為溶洞最發(fā)育的區(qū)段。其次為f1斷層帶外側(cè)白云質(zhì)灰?guī)r（T1J4-2）溶洞較發(fā)育。2.2壩址左岸巖溶發(fā)育情況壩基開挖中，在壩軸線下游地區(qū)發(fā)現(xiàn)較多的溶洞、落水洞，規(guī)模大小不一，規(guī)模稍大的溶洞見于壩左岸的f1斷層附近。根據(jù)現(xiàn)場開挖在壩址區(qū)左岸揭露三個溶洞（圖2-6）。其中，L1溶洞高程最高，經(jīng)開挖以形成邊坡，據(jù)施工人員介紹，該溶洞深度不大，可見底，發(fā)育方向大致傾向于冷水河一側(cè)。L2溶洞已被開挖后碎石充填。L03發(fā)育于導流洞出口一側(cè)，溶洞近層理發(fā)育，向里逐漸變窄，洞內(nèi)黃泥半充填。圖2-6壩址區(qū)開挖揭露溶洞分布圖L1溶洞L1溶洞L3溶洞L3溶洞圖2-7冷水河左岸L1溶洞圖2-8冷水河左岸L3溶洞表2-1壩址區(qū)溶洞統(tǒng)計表溶洞編號溶洞位置高程相對河岸位置壩0±X軸0±YL01131.72662.55461.437左岸L02107.68267.721449.003左岸L03左岸R01120.368155.275446.97右岸R02118.968155.839446.756右岸R03110.043156.409447.208右岸R0488.019156.81448.082右岸R0572.942157.175446.422右岸R0669.323158.122444.679右岸R0759.068155.403445.183右岸R0848.275150.628444.396右岸2.3壩址右岸巖溶發(fā)育情況壩址區(qū)右岸在開挖過程中揭露規(guī)模不同的溶洞，溶洞分布高程集中于444～448m。各溶洞發(fā)育特征簡述如下：R01：該溶洞已全部揭露，揭露面溶洞高1.5m，寬約1m，溶洞內(nèi)由深色泥質(zhì)物全充填。為順層理發(fā)育溶洞，四周基巖為深灰色中厚層J2J1J2J1圖2-9冷水河右岸R1溶洞圖2-10冷水河右岸R2溶洞狀灰?guī)r，溶蝕孔洞發(fā)育，黃泥充填。R02：該溶洞已全部揭露，揭露面溶洞洞口高0.6m，寬約1m，溶洞內(nèi)無充填，溶洞壁附黃泥。洞口往里不足1m即見洞壁，洞內(nèi)向上約1.5m溶洞尖滅消失。溶洞口發(fā)育兩組節(jié)理，分別為J1：201°∠49°、J1：29°∠71°，溶洞發(fā)育總體方向與J2一致，洞內(nèi)往上即沿J2殲滅，但順節(jié)理形成的溶蝕空洞可見。圖2-11冷水河右岸R3溶洞圖2-12冷水河右岸R4溶洞R03、R04：為沿同一巖層面形成溶蝕裂隙帶，由多個小型溶洞組成，溶洞呈近似圓形，直徑均在0.2m以下。經(jīng)開挖后溶洞出露位置為平臺，與R01、R02為不同高程發(fā)育溶洞，從平面上看為一系列豎井，調(diào)查時為開挖碎石大部充填。從下一級平臺形成剖面可知，溶洞發(fā)育位置處發(fā)育兩組節(jié)理：J1：194°∠31°，裂隙率為1條/m，裂隙寬度5～20mm，大部為黃泥充填，節(jié)理面有溶蝕現(xiàn)象。該組裂隙發(fā)育不均一，裂隙密度發(fā)育大的地方溶蝕空洞發(fā)育，形成小型溶洞；裂隙密度小的地方溶蝕空洞相對不發(fā)育；并且同一裂隙面巖溶發(fā)育不一，呈現(xiàn)中間形成小型溶洞，上下溶蝕裂隙連通的葫蘆狀形式。J2：5°∠74°，裂隙率2條/m，裂隙寬5～30mm，形成多段溶蝕空洞，褐黃色粘土充填，粘土充填厚度可達20mm，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育。R05：為順層理面發(fā)育溶洞，洞口長0.45m，寬0.2m；洞內(nèi)不規(guī)則，洞壁附黃泥，洞內(nèi)為開挖塊碎石充填，發(fā)育深度不詳。R06、R07溶洞均與R05一樣為順同一層理面溶蝕形成的溶洞，溶洞規(guī)模均較小，發(fā)育深度不大，上下均以順層溶蝕裂隙的形式貫通。值得注意的是，發(fā)育于同一層面的小型溶洞所處的演出產(chǎn)狀近于直立，開挖揭露的完整巖層面上均附著一層黃泥，亦有水流痕跡，可見地下水活躍性較強。J2J1J2J1圖2-13R3、R4溶洞順節(jié)理溶蝕擴大圖2-14冷水河右岸R5溶洞R08：洞口呈近似圓形，直徑約0.45m，溶洞順節(jié)理發(fā)育，溶洞四壁均為褐黃色粘土附著；洞口冒白氣，溫度明顯高于外部，向下投擲石塊均無反應；洞口向下延伸方向為J2節(jié)理面，溶洞上部節(jié)理面溶溝發(fā)育，泥質(zhì)充填。根據(jù)溶洞下方溪溝處觀測，發(fā)育兩組節(jié)理：J1：211°∠36°，裂隙率為1～2條/m，裂隙寬度5～20mm不等。該段裂隙將基巖分成多塊，溶蝕孔洞發(fā)育，褐黃色泥質(zhì)充填。裂隙連續(xù)性強，在可視范圍內(nèi)延伸至溪溝底部。J2：39°∠44°，裂隙率可達5條/m，裂隙連續(xù)性強，延伸至溪溝底部。裂隙面平直，寬約5～10mm，與R08發(fā)育方向一致。根據(jù)該溶洞的發(fā)育方向以及溶洞下方溪溝的裂隙發(fā)育方向，初步推斷該溶洞主要順J2發(fā)育，并在下部與J1貫通，延至河床底部，其連通性能為壩址區(qū)發(fā)現(xiàn)的溶洞中最強。J1J2J1J2圖2-15冷水河右岸R8溶洞圖2-16R8溶洞下方裂隙發(fā)育2.4壩址右岸勘探平硐巖溶發(fā)育情況對在壩址右岸435m高程正在施工的平硐進行調(diào)查，平硐設計洞深約50m，現(xiàn)已掘進約35m。從平硐揭露情況分析，其巖溶發(fā)育主要表現(xiàn)在：（1）洞口順層巖溶裂隙發(fā)育，裂隙一般寬1～2mm，黃色粘土半充填或全充填；（2）平硐約20m位置處發(fā)育充填型溶洞一個，洞內(nèi)全為黃泥充填，溶洞呈扁長型，溶洞延伸方向與巖層傾角相反；圖2-17洞口順層巖溶裂隙發(fā)育圖2-18平硐內(nèi)充填型溶洞（3）平硐約35m有一近垂直發(fā)育的溶洞，溶洞呈近似圓形，直徑約60cm，洞向上延伸約2m，未與上部地表連通。該溶洞未充填，黃泥附壁。據(jù)對掘進平硐的工人訪問，該溶洞未繼續(xù)向河流下部延伸，平硐開挖的頂面基本為原溶洞底部。圖2-19冷水河右岸平硐巖溶發(fā)育示意圖2.5月兒洞泉月耳洞泉位于劉家拱橋水庫壩址下游約1km處冷水河河谷左岸，孫家溝與冷水河交匯處下游約30米左右。2012年12月，2013年1月18-21日，為了解月耳洞泉成因，對壩址左岸巖溶發(fā)育進行調(diào)查。2.5.1月耳洞泉出露特征泉水出露點構造上位于華鎣山背斜北西翼，泉水出露地層為上三疊統(tǒng)嘉陵江組第四段（T3xj4）近底部，巖性為黃灰色、灰色薄層～中薄層狀白云巖，產(chǎn)狀280°∠65°，泉口附近巖層溶蝕裂隙發(fā)育。泉口位置高出冷水河河床約2m，出露高程約400m，泉口呈不規(guī)則狀，泉水從巖石順層裂隙及溶蝕裂隙中以散股狀形式流出（圖2-20）。2.5.2流量、水質(zhì)及動態(tài)特征月耳洞泉未進行過長期流量動態(tài)觀測，但區(qū)域多次地質(zhì)工作均實測了該泉流量。本次通過現(xiàn)場流量測定，并結(jié)合收集的以往流量觀測表2-2月耳洞泉出露特征及流量觀測統(tǒng)計表標高(m)含水層流量觀測露頭處地形及出水特征泉水類型動態(tài)變化層位巖性日期流量（L/s）400T1j4底部白云巖1991.9.3110.00冷水河左岸邊溶洞口流出。巖溶下降泉終年不干2007.11.24223.492008.7.1930.9282012.12.1410資料（表2-2），來分析該泉的動態(tài)變化特征。從月耳洞泉流量可以看出，該泉流量受季節(jié)影響變化較大，其流量不穩(wěn)定系數(shù)可達22倍。泉水無色無味，清澈透明。2.5.3月耳洞泉成因分析（1）月耳洞泉補給來源分析據(jù)調(diào)查冷水河左岸巖溶極為發(fā)育，在左岸發(fā)育有大量的落水洞。根據(jù)對孫家溝調(diào)查發(fā)現(xiàn)枯水期孫家溝出現(xiàn)部分河段有徑流、部分河段干涸的現(xiàn)象，其下游干涸位置溪溝流向和巖層傾向一致（圖2-21），溶蝕裂隙及溶洞順層發(fā)育，溝水在流向下游過程中通過溶蝕裂隙和溶洞由地表徑流轉(zhuǎn)入地下，經(jīng)地下巖溶管道流向相對位置低的冷水河河谷處排泄，因此可以推測溝水通過地下徑流在月耳洞處向冷水河排泄。圖2-20月耳洞泉出泉口特征圖2-21孫家溝干涸段另據(jù)當?shù)厝私榻B，豐水期能從孫家溝和冷水河交匯位置處的溝谷里聽到地下暗河流水聲音。（2）根據(jù)入滲系數(shù)法推算泉水流量月兒洞泉的水文補給面積3.95平方千米，該地區(qū)入滲系數(shù)約為0.55，根據(jù)計算公式入滲量=h*S/（30*24*3600）*λH—渠縣多年平均月降雨量S—月兒洞泉水補給水文單元面積λ—研究區(qū)地表入滲系數(shù)渠縣地區(qū)多年平均降雨量數(shù)據(jù)見圖2-22。圖2-22渠縣多年平均月降雨量因此次可以看出，月耳洞泉在南東側(cè)的補給入滲量已經(jīng)大于月兒洞泉的流量，因此，推測月耳洞泉主要補給來源是左側(cè)孫家溝的補給。計算所得的各月份入滲量見圖2-23。結(jié)合上述分析：月耳洞泉主要是南東側(cè)的孫家溝一帶補給，但是否存在壩址上游地區(qū)的補給尚不能完全排除，因此下一步需對月耳洞泉展開調(diào)查并進行野外試驗以查明其成因。圖2-23月耳洞泉補給水文單元月入滲量圖2-24月耳洞泉水文地質(zhì)剖面圖（3）月耳洞泉徑流通道分析通過以上分析，推測補給月耳洞泉的地下徑流通道主要是垂直于冷水河的地下巖溶管道的橫向補給，即來自于壩址東側(cè)的補給，其成因模式圖見圖2-25。圖2-25月耳洞泉成因模式圖2.5.4月耳洞泉對水庫影響分析補給月耳洞泉的地下徑流通道主要是垂直于冷水河的地下巖溶管道的橫向補給，即來自于壩址東側(cè)的補給，因此月耳洞泉對水庫蓄水影響不大。但是冷水河左岸順層巖溶比較發(fā)育，可能存在順層巖溶系統(tǒng)，需在施工過程中進一步加強研究。3設計單位采取的應對措施及研究情況3.1對施工新發(fā)現(xiàn)的問題展開調(diào)查和分析針對現(xiàn)場地質(zhì)工作人員反映的地質(zhì)情況，設計單位非常重視，并多次組織有豐富的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、水利水電相關專家到現(xiàn)場進行調(diào)查試驗，并安排做了進一步相關工作。3.2月耳洞泉調(diào)查、試驗和研究月兒洞泉位于壩址下游，十分敏感，發(fā)現(xiàn)月耳洞泉后，先后開展了泉域補充調(diào)查、聯(lián)通試驗準備，今后將結(jié)合工程施工進一步開展對月耳洞泉的研究工作。3.3現(xiàn)場試驗R08在壩址區(qū)為發(fā)育相對完整溶洞，為了解溶洞發(fā)育方向及連通情況，結(jié)合現(xiàn)場巖溶調(diào)查，對R08進行了簡易連通試驗，明顯注水出露點位于冷水河河床高程。3.4平洞勘探在發(fā)現(xiàn)問題后，設計單組織相關人員調(diào)查后，在河流左右兩岸進行了補充開平洞勘探工作，于河流兩岸設計兩個平洞，右岸洞身長50米，左岸洞身長150米，目前已完工。3.5下一步對巖溶研究和出露的計劃（1）對發(fā)現(xiàn)的巖溶進一步結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)進行深入研究。（2）