铁川桥水电站#施工支洞渗漏分析及处理

李文军，阎海娥

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙，410014)

作者简介: 李文军(1982—)，男，助理工程师，主要从事水利水电工程地质设计。

1 概况

铁川桥水电站为渔泡江梯级开发的第四级电站，混合式开发水电站，总装机容量为42 MW(2×21MW)，水库正常蓄水位1272m，总库容约2700×104m3，死库容约1293×104 m3，水库回水约5.9km至子腊的附近。主要建筑物有碾压混凝土拱坝、引水系统、调压井、地面厂房和导流洞等，工程等级为三等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。碾压混凝土大坝坝顶高程1274.5m，最大坝高94.5m，坝顶长度252.294m。

铁川桥水电站2013年9月8日下闸蓄水，引水隧洞充水，引水洞充满水后6h，检查发现0#施工支洞顶拱开始滴水，呈下雨状，水基本为清水，滴水洞段距离0#施工支洞堵头末端分别为5～23m(桩号0+239～0+223)、28～31m(桩号0+218～0+215)、36～41m(桩号0+210～0+205)、46～56m(桩号0+200～0+190); 接着下游壁中下部开始渗水，呈水流状，水流也基本呈清水，水流洞段距离0#施工支洞堵头末端分别为:27m(桩号0+219)、31～33m(桩号0+215～0+213)、43m(桩号0+203)、51.5m(桩号0+194.5)、58～61m(桩号0+188～0+185)。15日观察渗水总量为100 L/min左右; 22日观察渗水总量为200L/min左右。

2 基本地质条件

1)引水隧洞上平段平面直线段

引水隧洞上平段平面直线段长1280.068m(桩号Y0+053.415～Y1+333.483)，洞室断面为马蹄形，过水断面尺寸5.6m×5.5m×3.483m(高×腰部宽×底板宽)。桩号Y0+627.914与0#施工支洞洞轴线相交。洞室全断面衬砌段有Y0+053.415～Y0+247.415，Y0+280.415～Y0+300.415，Y0+606.916～Y0+648.916，Y0+746.000～Y0+766.000、Y0+801～Y0+821，Y1+081.483～Y1+333.483。

该段洞室轴线方向N16.5°W，与岩层走向夹角45°～67°，上覆山体厚度80m(桩号Y0+053.415) ～256m(桩号Y0+681.734)，穿过地层主要为白垩系上统江底河组下段第一分段(K2j1－1)粉质泥岩夹泥质粉砂岩，岩层产状为N62°～84°W，SW∠30°～41°，倾向上游偏左岸，该段洞室位于微风化至新鲜岩体内。

除层间错动外，该段洞室揭露断层以陡倾角为主，经统计，洞室主要断层可分为2组，第1组: 层间错动，共30条，f120～f149，破碎带宽一般为3～5cm，少数30～50cm，充填碎石、方解石，少数充填泥;第2组:产状为N60°～85°W，NE∠65°～87°，共8条，即F50、F47、F52、F53、F25、F54、F55、F56。

洞室节理不甚发育，局部洞段发育节理密集带，但节理密集带与洞轴线大角度相交。该段隧洞位于地下水位线以上，呈无水状。隧洞围岩类别以较好或中等质量的层状结构Ⅱ～Ⅲ类围岩为主。

引水隧洞上平段与0#施工支洞交叉洞段已进行了混凝土衬砌(Y0+606.916～Y0+648.916段)，0#施工支洞与引水洞相交和相邻洞段合计长15.5m也进行了封堵。引水洞Y0+606.916上游尽管有长约300m(Y0+300.415～Y0+606.916)未进行混凝土衬砌，但该段主要结构面即层间结构面、断层、优势节理面等走向以NWW向为主，层间结构面倾角中等倾角至缓倾角，倾向上游，断层和优势节理面为陡倾角结构面，分析可知，引水洞Y0+606.916上游洞段通过地质结构面渗水至0#施工支洞的可能性不存在。

引水洞Y0+648.916下游段(主要为Y0+648.916～Y0+732.590段) 主要结构面即层间结构面、断层、优势节理面等走向也以NWW向为主，顺走向可以延伸到0#施工支洞，如断层F25贯通引水隧洞和0#施工支洞，该段引水洞过水断面略高于0#施工支洞堵头段外侧洞段高程。分析认为，引水洞Y0+648.916下游洞段通过地质结构面渗水至0#施工支洞的可能性很大。该段与0#施工支洞渗水段的简要平切面图见图1。

图1 引水隧洞可能渗水至0#施工支洞地质平切面图(底板高程)

2)0#施工支洞渗水段

0#施工支洞长261.473m，洞室断面为城门洞型，过水断面尺寸6.0m×5.5m(宽×高)，洞口底板高程1225.225m，桩号0+261.473与引水隧洞轴线相交，高程约1239m，里高外低，纵坡7.692%。洞室0+261.473～0+246已全断面封堵。桩号0+206～0+174、0+158～0+150已立钢拱架，其他段未支护，未封闭。

由于开挖过程中遇到塌方(由与洞轴线夹角较小的陡倾角结构面和其他结构面组合引起)，洞室轴线位置和方向做了调整，桩号0+0.00～0+142.50为初始设计位置，方向S73° W; 0+142.5～0+168.0为平面转折和转弯段，0+168.0～0+261.473段位置较0+00.00～0+142.5段向南东方向近似平移了约19m，洞轴线方向较后者逆时针转了约13°，为S60° W。洞室岩性与产状与引水洞上平段基本相同，岩层倾向洞里即倾向引水隧洞。洞室轴线与岩层走向夹角23°～58°，上覆山体厚度0m(桩号0+00.00) ～162m(桩号0+261.473)，洞室位于弱－微风化岩体内。根据素描图岩体质量分类成果，洞室以Ⅲ类岩体为主。

根据引水隧洞充水后观测，0#施工支洞渗水段为0+245～0+142.5段(堵头外端1～103.5m)，除已立钢拱架洞段外，据现场复核，该段洞室揭露层间错动2条，其中f1(野外编号，下同)对应引水隧洞f140，f2位于拐弯原塌方段; 揭露断层1条即F25，以及F25分支裂隙性断层1条即F3(野外编号)。层间错动性状同引水隧洞层间错动，破碎带宽3～5cm，充填碎石、方解石，局部夹泥。

F25在上游壁底板出露桩号为0+211～0+212(堵头外端35～34m)，产状为: N65°W， NE∠70°，充填碎石和灰白色断层泥，局部呈透镜体。

F25在下游壁底板出露桩号0+213～0+214.5(堵头外端33～31.5m)，N80°W，NE∠65°，破碎带带宽b=0.5～1.5m，充填碎裂岩和灰白色断层泥，断层面有镜面和擦痕。上、下盘断层面之间的充填物在渗水的作用下已经垮塌，可见垮塌深度1～5m。

根据F25在0#施工支洞的位置和产状延伸到引水隧洞，与引水隧洞桩号Y0+666～Y0+670出露的断层产状与性状基本一致，二者应为同一条断层。

F25外侧桩号0+211～0+214(堵头外端35～32m)发育F25分支性裂隙性断层F3，产状EW，N∠70°～80°，破碎带宽b=20～40cm，充填板岩碎石，局部泥化。

渗水段洞室节理不甚发育，局部发育节理密集带，以NWW向－NW向陡倾角节理为优势结构面，尤以与F25同组节理最为发育，发育间距30～50cm。节理按产状延伸到引水隧洞，与引水隧洞素描图上的节理密集带位置基本对应。

引水洞放空后，原渗水段基本未见明显的滴水和渗流，但局部湿润，底板见有明显水流，说明该段位于地下水位线以下。

渗水段主要结构面即层间结构面、断层、优势节理面等走向以NWW向为主，顺产状与引水隧洞相同，如断层F25贯通引水隧洞和0#施工支洞，引水洞过水断面略高于0#施工支洞堵头段外侧洞段高程。分析认为，0#施工支洞渗水来自引水洞Y0+648.916下游洞段，渗漏通道为地质结构面。

3 补强灌浆吸浆量特征分析

根据放空后固结灌浆施工记录，引水洞单位吸浆量异常点(单位吸浆量大于10kg/m)分布图见图2。由图可知，吸浆量大的孔主要为Ⅰ序孔，吸浆量大的Ⅱ序孔主要分布在底板或边墙的下部，与地质构造的关系相关性不明显。

图2 引水隧洞补强灌浆单位吸浆量异常点分布

4 可能渗水通道分析

根据地质资料分析，引水洞渗水至0#施工支洞的通道最有可能为: Y0+648.916下游洞段通过地质结构面(断层、层间结构面、节理密集带等)与0#施工支洞相通。

层间结构面的走向为N60°～70°W，顺层间结构面的走向可直接通向0#施工支洞的临空断面或洞顶以上，若通向洞顶以上，水流可顺层间结构面的倾向流向洞顶或洞壁。

5 主要渗漏通道验证方法及结果

1)在推测可能通道附近进行压水试验

(1)压水试验孔布置

以上可能渗透通道均为推测，为验证引水隧洞渗水至0#施工支洞的可能通道，根据素描资料和以上分析成果，在断层F25、F54、F55和层间错动f143、f140附近进行压水试验，每一个地质结构面布置2个压水试验孔。

(2)压水试验结果

压水试验成果表明: 针对层间错动布置的检查孔JK5－1、JK5－2(针对f143)、JK4－1、JK4－2(针对f140)透水率小于1Lu; 针对F25布置的检查孔JK3－1、JK3－2成孔困难(共钻了6～7个孔)，跨孔严重，孔之间的串孔严重，未能成功进行压水试验; 针对断层F54的检查孔JK2－2透水率达57.13Lu，且最大压力只能到0.3MPa左右，JK2－1透水率6.2Lu; 针对F55的检查孔JK1－1、JK1－2也跨孔严重，上部栓塞无法封孔，且串孔明显，也未能成功进行压水试验。表明断层F25、F54、F55为可能的渗漏通道; 层间结构面为渗漏通道的可能性比较小。

2)对钻孔进行深孔固结灌浆

(1)固结灌浆孔布置

根据压水试验成果，2014年4月22日晚上，开会深入讨论，决定对上述3条断层进行8m的深孔固结灌浆。灌浆要求分2段进行，第1段孔深0～3m，第2段孔深3～8m，先灌第2段，之后灌第1段。每段灌前均需按有关要求进行压水试验。应根据压水试验成果合理调整浆液水灰比。灌浆孔的数量、位置可据现场实际情况适当进行调整。F25洞周1排布置8个钻孔、布置3排共24个钻孔，F54、F55均1排各布置7个钻孔、各2排共28个钻孔。

(2)断层深孔固结灌浆压水、灌浆结果

深孔固结灌浆目前已经基本结束，压水试验成果、灌浆成果详见表1。其中灌浆单位吸浆量大于10kg/m的钻孔压水试验。

表1 断层深孔固结灌浆单位吸浆量大于10kg/m统计资料

(3)灌浆效果检查

灌浆完成后，2014年5月5日，在桩号0+665.10、东(右)壁距底板高1.5m、方位角N15°E(与洞轴线夹角约31.5°)、俯角10°布置了1个钻孔25－JC－1进行压水试验，孔深6～12m段透水率3.88Lu。基本满足要求。

6 结论与建议

(1)根据引水洞充水后0#施工支洞渗水特征、引水洞和施工支洞地质条件和压水试验成果，分析认为，F25、F54、F55等NWW向陡倾角断层为引水洞渗水至0#施工支洞的可能渗漏通道。

(2)F25、F54、F55等断层的深孔固结灌浆孔的透水率和吸浆量表明，上述断层的透水性和可灌性较好，对上述断层进行固结灌浆是十分必要的，可极大地减小引水洞充水后的外渗量。

(3)检查孔25－JC－1的压水试验结果表明，对上述断层的深孔固结灌浆效果较好，灌浆后的断层带岩体的透水率基本达到引水洞的岩体透水率标准(≤5Lu)。

(4)灌浆完成后只进行了一个检查孔的压水试验，代表性可能不够，如条件允许，建议增加1～2个代表性检查孔进行压水试验。

(5)引水洞充水后，应对0#施工支洞沿线进行检查、监测，如渗水量超过允许渗漏标准，应进行进一步分析，采取针对性处理措施。

参考文献(略)