CN109610412B - 一种岩溶地区地下暗河封堵结构及封堵方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩溶地区地下暗河封堵结构及封堵方法，属于水利水电工程技术研究领域。包括排水孔、模袋灌浆孔、钢管桩、混凝土灌注孔、加密灌浆孔。具体实施方案为在帷幕线上、下游各设一排钢管桩，在上游钢管桩上游设排水孔引流减压，在上、下游钢管桩内侧设模袋灌浆孔，在模袋灌浆孔内灌注模袋，在混凝土灌浆孔内灌注混凝土或砂浆，采用水泥浆封堵排水孔，最后进行压水试验检查。本发明施工容易，可以节省大量的造孔进尺和各类灌浆进尺，减少灌浆材料的使用，节约投资，保护地下环境，缩短工期。

Description

一种岩溶地区地下暗河封堵结构及封堵方法

技术领域

本发明涉及一种岩溶地区地下暗河封堵结构及封堵方法，特别是一种岩溶地区地下暗河在具体位置、断面形状、断面尺寸、埋藏深度、水流特性等特征参数不清楚情况下的封堵结构及封堵方法，属于水利水电工程技术研究领域。

背景技术

在岩溶地区经常发育有溶浊洼地、溶洞、地理暗河等不良地质现象，在岩溶地区修建水库或者挡水坝必须将落洞、溶洞、地下暗河等进行有效封堵，否则水库蓄水将得不到保障，甚至功亏一篑。此类工程在前期勘察时又很难将落洞、溶洞、地下暗河的具体位置、断面形状、断面尺寸、埋藏深度等特征参数勘察清楚，给封堵设计和制定封堵方案带来极大的困难和挑战，特别是地下暗河还伴随着大流量、高流速的水流，给封堵工作带来更加严峻的挑战。采用常规的封堵方法，如施灌模袋、水泥砂浆、混凝土、棉絮等，有时不能产生效果、封堵失败，封堵过程中水流经常将灌下去的各种材料冲刷带走，既浪费材料和投资，还污染环境。

以云南省屏边县云洞水库为例说明地下暗河封堵的复杂性和艰巨性。

如图1所示，云南省屏边县云洞水库位于红河流域南溪河左岸一级支流老二寨河中游，水库总库容1183.0万m³，拦河坝为粘土心墙堆石坝，最大坝高55.7m。水库是以农业灌溉为主，兼顾乡村生活供水的中型水利工程。屏边县云洞水库坝基为寒武系中统田蓬组(ε₂t)灰岩夹板岩、白云质灰岩、板岩夹灰岩，地质条件复杂。前期勘察工作时布置钻孔43个、总进尺2648.25m，连通试验39次，探槽215.0m，探坑313.4m，平硐7条、206.9m，物探2281点，观测泉点72处。但勘察期间仍然未勘察到地下暗河的具体位置，对地下暗河的埋藏深度、断面形状、断面尺寸、水流特性等尚不清楚。库区内发现14个落洞，落洞汇水均从地下暗河和溶蚀带通过，由于地下暗河位置比较低，地下暗河还伴随着大流量、高流速的动力水流作用，给地下暗河封堵带来极大的困难和挑战，如果暗河不能成功封堵整个水库将功亏一篑。水库设计重点为基础防渗，防渗措施主要为帷幕灌浆，帷幕灌浆设上、下两层灌浆廊道进行施工，帷幕灌浆钻孔总进尺55623.91m，灌浆总进尺53274.89m。

施工时查明地下暗河埋藏于标高708.0～710.0m之间，距地面高差约158.0m，距河床高差约44.0m。地下暗河上游侧宽约1.2m、高约2.0m，下游侧宽约1.6m、高约0.6m。同地下暗河还伴随有压流，最大过流量为0.72m³/s，最大流速达5.1m/s。根据地下暗河封堵过程出现的具体情况，逐步调整探索封堵实施方案，共分为9个阶段才最终处理成功、检验合格。第一阶段为常规灌浆，经过14次复灌无效，总注灰量122.5t。灌注进去的混凝土、棉絮、模袋等灌浆材料，均被水流冲刷、不知去向。第二阶段为一期模袋灌浆，在帷幕线上、下游两侧0.70m各开设一排间距0.50m的钢管模袋孔，共钻钢管模袋孔11个，下设模袋6个，由于水流太大，暂停施工。第三阶段为二期模袋灌浆，在一期模袋孔施工的基础上，增设二期模袋孔，与一期模袋孔形成梅花形模袋孔，共钻模袋孔22个，下设模袋11个，仍然没有取得成功。第四阶段增设下游钢管桩，在帷幕线下游0.90m增设一排钢管桩，然后灌注水泥浆或膏浆，还是没有封堵成功。第五阶段为引流减压，在库内修建导流明渠将库内来水通过明渠引流至导流隧洞，从源头减少地下暗河来水，降低地下暗河内水压力。第六阶段增设上游钢管桩，引流减压措施实施后，孔内涌水量减少，但是灌浆效果仍不明显，又在帷幕线上游开设一排钢管桩，进一步减小地下暗河内水压力，钢管无法进行焊接，采取丝扣钢管对接下设。第七阶段为三期模袋灌浆，在帷幕线下游 0.10m脱空部位处，再钻7个钢管模袋孔，同时下设模袋同时注浆，注浆待凝24小时，该措施取得理想的封堵效果。第八阶段为封堵排水孔，经过一段时间的观察，对排水孔进行有效封堵。第九阶段为质量检查，布置5个斜探孔和2个直探孔进行检查，检查孔取出完整的水泥结石，压水试验及灌浆效果满足规范和设计要求，最终封堵成功。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种岩溶地区地下暗河封堵结构及封堵方法，能有效减少各种封堵材料的使用、减少地下环境污染，节约建设投资，保证地下暗河的封堵效果。

本发明采用的技术方案是：一种岩溶地区地下暗河封堵结构，包括排水孔1、模袋灌浆孔、钢管桩、混凝土灌注孔；

两排钢管桩分别设在帷幕线上游和下游，上游钢管桩的上游设置一排排水孔，排水孔采用水泥浆封堵，上下两排钢管桩的内侧分别设置模袋灌浆孔，模袋灌浆孔内灌注模袋，两排模袋灌浆孔之间设置一排混凝土灌注孔，混凝土灌浆孔内灌注混凝土或砂浆。

优选地，还包括加密灌浆孔，两排加密灌浆孔分别设置在上游模袋灌浆孔与混凝土灌浆孔之间、下游模袋灌浆孔与混凝土灌浆孔之间。

优选地，所述的两排钢管桩分别设在帷幕线上游1.00m处和帷幕线下游1.20m 处，钢管桩采用DN91镀锌钢管制成，相邻两个钢管桩的孔间距为0.20m。

优选地，上游钢管桩上游0.30m处设排水孔，排水孔的内径为0.11m，相邻两个排水孔的孔间距为0.30～0.50m。

优选地，在帷幕线上、下游0.70m处设模袋灌浆孔，上、下游模袋灌浆孔的内径分别为0.11m、0.15m，上、下游模袋灌浆孔中相邻两个模袋灌浆孔的孔间距为 0.50m。

一种岩溶地区地下暗河封堵方法，包括如下步骤：

步骤一：在帷幕线上、下游各设一排钢管桩；

步骤二：在上游钢管桩的上游设置一排排水孔；

步骤三：在上、下游钢管桩内侧分别设置模袋灌浆孔，并在模袋灌浆孔内灌注模袋；

步骤四：在上、下模袋灌浆孔之间设置一排混凝土灌浆孔，并在混凝土灌浆孔内灌注混凝土或砂浆；

步骤五：采用水泥浆封堵排水孔；

步骤六：进行压水试验检查，必要时进行补襁灌浆处理。

优选地，所述的步骤四之后、步骤五之前还包括如下步骤：

在上游模袋灌浆孔与混凝土灌浆孔之间、下游模袋灌浆孔与混凝土灌浆孔之间分别设置一排加密灌浆孔，并在加密灌浆孔内灌注水泥浆。

优选地，若模袋灌浆孔内不存在空腔则无需灌注模袋。

本发明的有益效果是：

一是可以大幅度减少工程量，与屏边县云洞水库实际实施情况比较，减少钢管桩8棵，减少模袋灌浆孔22个、模袋6个，减少引流减压措施，减少混凝土灌注量。

二是缩短工期，屏边县云洞水库由于地下暗河位置、埋藏深度、断面形状、断面尺寸、过流情况等不清楚，特别是施工期间涌水的影响比较大，三次停工、复工，处理方案也是逐步调整摸索进行，地下暗河封堵整整耗时1年。按照优化后的方案施工，2个月即可完成，可以缩短工期10个月。

三是节约投资，屏边县云洞水库地下暗河的封堵直接工程措施费为350.53万元，按照优化方案进行封堵仅需要110.34万元，仅需原方案31.5％的资金。

四是减少环境影响，采用优化方案后可以大大减少灌浆材料的使用，最大限度的减少灌浆材料对水环境的影响。

附图说明

图1为现有设计中云南省屏边县云洞水库地下暗河封堵工序布置图；

图2为本发明地下暗河封堵工序布置图。

图中各标号为：1-排水孔、2-模袋灌浆孔、3-钢管桩、4-混凝土灌注孔、5-加密灌浆孔，6-排水孔轴线，7-上游钢管桩轴线，8-上游模袋孔轴线，9-帷幕线，10-下游模袋孔轴线，11-下游钢管桩轴线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例1：如图2所示，一种岩溶地区地下暗河封堵结构，包括排水孔1、模袋灌浆孔2、钢管桩3、混凝土灌注孔4；

两排钢管桩3分别设在帷幕线上游和下游，上游钢管桩3的上游设置一排排水孔1，排水孔1的主要作用是引流减压，排水孔1采用水泥浆封堵，上下两排钢管桩 3的内侧分别设置模袋灌浆孔2，模袋灌浆孔2内灌注模袋，模袋灌浆孔2内灌注模袋的目的是逐步充填密实，为减少模袋、水泥浆的使用，采取在钢管桩查明的两排模袋灌浆孔2之间设置一排混凝土灌注孔4，混凝土灌浆孔4内灌注流动性好、速凝的混凝土或砂浆。

钢管桩3的设置主要是有三方面的作用：一是形成围栏，可以有效阻挡灌浆模袋或者其他灌浆材料被水流冲刷走；二是钻钢管桩3的孔时，若产生掉钻现象说明遇见暗河，即可以根据掉钻情况分析暗河的顶界和底界，最后根据全部的钻孔情况可分析清楚地下暗河的具体位置、断面形状、断面尺寸、埋藏深度等特征参数；三是可以用于分析清楚暗河的过水断面，分析清楚水流特征参数。根据地下暗河的上述特征参数可研究进一步处理范围，布孔位置，孔距、排距等。

进一步地，还包括加密灌浆孔5，两排加密灌浆孔5分别设置在上游模袋灌浆孔 2与混凝土灌浆孔4之间、下游模袋灌浆孔2与混凝土灌浆孔4之间。设置加密灌浆孔5，主要是保证设计灌浆压力。

进一步地，所述的两排钢管桩3分别设在帷幕线上游1.00m处和帷幕线下游 1.20m处，钢管桩3采用DN91镀锌钢管制成，相邻两个钢管桩3的孔间距为0.20m。

进一步地，上游钢管桩3上游0.30m处设排水孔1，排水孔1的内径为0.11m，相邻两个排水孔1的孔间距根据流量、暗河宽度等确定，一般为0.30～0.50m。

进一步地，在帷幕线上、下游0.70m处设模袋灌浆孔2，上、下游模袋灌浆孔2 的内径分别为0.11m、0.15m，上、下游模袋灌浆孔2中相邻两个模袋灌浆孔2的孔间距为0.50m。

一种岩溶地区地下暗河封堵方法，包括如下步骤：

步骤一：在帷幕线上、下游各设一排钢管桩3；

步骤二：在上游钢管桩3的上游设置一排排水孔1；

步骤三：在上、下游钢管桩3内侧分别设置模袋灌浆孔2，并在模袋灌浆孔2内灌注模袋；

步骤四：在上、下模袋灌浆孔2之间设置一排混凝土灌浆孔4，并在混凝土灌浆孔4内灌注混凝土或砂浆；

步骤五：采用水泥浆封堵排水孔1；

步骤六：进行压水试验检查，根据检查各孔情况分析确定，必要时进行补襁灌浆处理，保证灌浆压力和灌后透水率符合设计要求。最终取得良好的封堵效果并成功蓄水。

进一步地，所述的步骤四之后、步骤五之前还包括如下步骤：

在上游模袋灌浆孔2与混凝土灌浆孔4之间、下游模袋灌浆孔2与混凝土灌浆孔4之间分别设置一排加密灌浆孔5，并在加密灌浆孔5内灌注水泥浆，观察灌浆效果符合设计要求后，再对上游排水孔1进行灌浆封堵。然后进行压水试验检查。

进一步地，若模袋灌浆孔2内不存在空腔则无需灌注模袋，可节省成本。

需要说明的是：本发明的距离、内径、孔间距等尺寸根据工地实际情况设定。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种岩溶地区地下暗河封堵结构，其特征在于：包括排水孔（1）、模袋灌浆孔（2）、钢管桩（3）、混凝土灌注孔（4）；

两排钢管桩（3）分别设在帷幕线上游和下游，上游钢管桩（3）的上游设置一排排水孔（1），排水孔（1）采用水泥浆封堵，上下两排钢管桩（3）的内侧分别设置模袋灌浆孔（2），模袋灌浆孔（2）内灌注模袋，两排模袋灌浆孔（2）之间设置一排混凝土灌注孔（4），混凝土灌浆孔（4）内灌注混凝土或砂浆；

还包括加密灌浆孔（5），两排加密灌浆孔（5）分别设置在上游模袋灌浆孔（2）与混凝土灌浆孔（4）之间、下游模袋灌浆孔（2）与混凝土灌浆孔（4）之间。

2.根据权利要求1所述的一种岩溶地区地下暗河封堵结构，其特征在于：所述的两排钢管桩（3）分别设在帷幕线上游1.00m处和帷幕线下游1.20m处，钢管桩（3）采用DN91镀锌钢管制成，相邻两个钢管桩（3）的孔间距为0.20m。

3.根据权利要求2所述的一种岩溶地区地下暗河封堵结构，其特征在于：上游钢管桩（3）上游0.30m处设排水孔（1），排水孔（1）的内径为0.11m，相邻两个排水孔（1）的孔间距为0.30～0.50m。

4.根据权利要求3所述的一种岩溶地区地下暗河封堵结构，其特征在于：在帷幕线上、下游0.70m处设模袋灌浆孔（2），上、下游模袋灌浆孔（2）的内径分别为0.11m、0.15m，上、下游模袋灌浆孔（2）中相邻两个模袋灌浆孔（2）的孔间距为0.50m。

5.一种岩溶地区地下暗河封堵方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在帷幕线上、下游各设一排钢管桩（3）；

步骤二：在上游钢管桩（3）的上游设置一排排水孔（1）；

步骤三：在上、下游钢管桩（3）内侧分别设置模袋灌浆孔（2），并在模袋灌浆孔（2）内灌注模袋；

步骤四：在上、下模袋灌浆孔（2）之间设置一排混凝土灌浆孔（4），并在混凝土灌浆孔（4）内灌注混凝土或砂浆；

步骤五：采用水泥浆封堵排水孔（1）；

步骤六：进行压水试验检查，进行补襁灌浆处理。

6.根据权利要求5所述的一种岩溶地区地下暗河封堵方法，其特征在于：所述的步骤四之后、步骤五之前还包括如下步骤：

在上游模袋灌浆孔（2）与混凝土灌浆孔（4）之间、下游模袋灌浆孔（2）与混凝土灌浆孔（4）之间分别设置一排加密灌浆孔（5），并在加密灌浆孔（5）内灌注水泥浆。

7.根据权利要求5或6所述的一种岩溶地区地下暗河封堵方法，其特征在于：若模袋灌浆孔（2）内不存在空腔则无需灌注模袋。

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