试论水利水电工程基坑岩溶涌水与预测

刘惠

摘  要：在岩溶地区建设水电站的时候，会面临大规模的岩溶涌水问题，要想解决这一问题，需要耗费大量物力和人力，岩溶区水利水电工程基坑岩溶涌水是工程施工中经常出现的地质问题，影响了工程施工，威胁着施工人员的人身安全。要想预测水利水电基坑岩溶涌水，就必须先了解水利水电工程基坑岩溶涌水的类型和特征。

关键词：水利水电工程;基坑岩溶涌水;动力条件;预测模型

中图分类号：TV221.2            文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.116

在工程施工过程中，一旦出现基坑岩溶涌水问题，就会影响工程施工工期，给施工人员的人身安全造成威胁。例如，在株溪口水电站的二期施工过程中，建立了电站厂房和5.5孔的溢流坝，在一次基坑的抽排水过程，出现了岩溶涌水现象，基坑被涌水湮没，最大涌水量达到了5 000 m3/h，施工开挖被停止。为治理该工程的基坑岩溶涌水问题，主要依靠信息技术进行工程勘探，采用膜袋灌浆方式对涌水岩溶管道进行封堵，解决了该问题。由此可见，要想解决水利水电工程基坑岩溶涌水问题，必须了解当地的地质条件，预测工程基坑岩溶涌水部位和岩溶涌水的主要类型。

1  主要特征

岩溶地下水的排泄条件和岩溶的发展程度都会影响水利水电工程基坑岩溶涌水。水利水电工程基坑岩溶涌水具有三大特点：①不均衡性。出现涌水现象的部位具有显著的不均衡性，岩溶发育程度导致了涌水部位的不均衡性，在岩溶岩体内部，结构面的不均衡性会使岩性的可溶性产生差异，溶蚀作用大大降低，溶蚀优势部位慢慢发育，就会产生岩溶涌水。另外，涌水量具有不均衡性，同样也是因为岩溶发育的程度不同，基坑岩溶地下水的径流、排泄条件存在差异，所以在不同径流和排泄条件下的岩溶涌水量也是不同的。在相同的岩溶涌水部位，岩溶水具有不稳定性，由于季节的交替变化和降雨量的变化，岩溶涌水量也具有不均衡性。②涌水量大。岩溶涌水现象的发生是比较突然的，当基坑揭露管道水的时候，就可能突然形成涌水，造成水利水电基坑被淹没，影响工程施工。③基坑岩溶的涌水量变化幅度比较大。基坑岩溶涌水量通常都会受到降水量的影响——在旱季，降雨量小，基坑岩溶涌水量也小;在雨季，降水量大，基坑岩溶涌水量也大。较大的涌水量常常出现在强降雨之后，且涌水量变化比较大，变幅相差数也比较大。

2  水利水电工程基坑岩溶涌水的条件

基坑岩溶的发育条件和基坑岩溶水的动力条件是基坑岩溶涌水的两大条件，岩溶发育关系到岩溶管道的溶蚀断裂，岩溶动力条件也是保证基坑在岩溶地下水位之下的重要条件。

2.1  发育条件

岩溶涌水的规模是由岩溶发育的规模决定的，在岩溶涌水部位当中，可溶岩和不可溶岩接触带、暗河系统河管道系统、可溶岩中的断层带、破碎带和不整合界面组成的结构破碎带是岩溶涌水的重点部位。在可溶岩和不可溶岩接触带，不透水层是不可溶岩的主要结构，不可溶岩构成了岩溶发育和地下水活动的控制界面，当岩溶水在此界面上汇集和排泄的时候，容易形成溶蚀带和暗河，产生岩溶涌水现象。岩溶地下水通常沿着构造破碎带进行径流和排泄，是产生岩溶涌水现象的主要部位。在下基坑岩溶管道系统交错地区，低于地下水位的暗河常年有水，而且水量随着降水量的变化而变化，岩溶涌水量也比较大。

2.2  动力条件

水平渗流带、垂直渗流带、虹吸渗流带和季节变化带是岩溶地区的主要涌水动力带，这些水动力带都是根据水力学的相关特征和性质形成的，当岩溶水区域的水电水利工程基坑在这四个水动力带内的时候，水流的力学性质就变为重力梯度流和压力梯度流。当季节变化带发生涌水的时候，岩溶涌水量往往受降水强度的影响，被降水的渗透条件所控制，涌水量比较集中，变化幅度比较大，突发性比较强，危害性比较大。

3  水利水电工程基坑岩溶涌水的类型

根据岩溶涌水量的大小，可以将水利水电工程基坑岩溶涌水分为特大岩溶涌水、大量岩溶涌水、中等岩溶涌水、少量岩溶涌水和微量岩溶涌水五种;根据基坑岩溶的地质构造，可以划分为裂隙岩溶涌水、断裂带岩溶涌水、接触带岩溶涌水等;根据涌水形式，可以划分为线流岩溶涌水、涌流岩溶涌水、渗流岩溶涌水;根据岩溶涌水特征，可以划分为扩散式岩溶涌水、管道式岩溶涌水和复合式岩溶涌水;根据岩溶涌水的动态变化特征，可以划分为稳定型岩溶涌水和突发型岩溶涌水。

4  水利水电工程基坑岩溶涌水预测

4.1  岩溶涌水类型预测

岩溶涌水类型预测主要依据岩溶地下水循环的特征和岩溶涌水动力特征，当岩溶管道和基坑破碎带等并存的时候，岩溶涌水的类型是复合型岩溶涌水，不仅包括扩散型的涌水，还包括管道型的涌水。这种类型的危害比较大，比较难处理;岩溶断裂层带、溶蚀破碎带和裂隙聚集带等岩溶涌水类型是扩散型岩溶涌水，涌水量较小，危害性也较小，比较容易处理，容易产生压力流岩溶涌水;暗河、岩溶管道岩溶涌水的类型主要是管道流岩溶涌水，这种类型的涌水量是比较大的，难以处理。

4.2  岩溶涌水量预测

管道涌水量预测在岩溶涌水量预测当中是比较重要的，要想进行管道涌水量预测，必须对岩溶地下水管道进行勘察。岩溶涌水预测不仅要先了解对岩溶的地质条件和发育程度，还要建立起符合当地地质的数学模型。

4.3  岩溶涌水预测方法

目前，常用的岩溶涌水预测方法是水文地质比较法和水均衡法。水均衡法主要是运用水均衡的相关原理来确定地下水量的收支关系，监理出地下水均衡的专用方程式。利用水均衡原理预测基坑岩溶涌水量的计算公式是：

Q=（1 000×A×a×X）/（d×86 400）.     （1）

式（1）中：Q为岩溶涌水量;a为渗流系数;X为降雨量;d为均衡天数。

当降雨量在固定范围内变化时，渗流量和降水量具有线性关系。此时，渗流系数的计算公式是：

a=∑MiXi/∑Xi2.              （2）

式（2）中：Mi为每次的渗流量;Xi为每次降水量。其中，每次渗流量的计算公式为：

Mi=Xi-Yi-Zi.               （3）

式（3）中：Zi为每次的水蒸发量;Yi是每次的径流量。

当基坑岩溶涌水量是地下水径流量的时候，S的值为1;当基坑岩溶涌水量仅仅是少量地下水量的时候，S的值小于1. S的值根据基坑岩溶的地质变化而变化。

水文地质比较法主要依据已建工程岩溶涌水量相关资料对基坑岩溶的地质条件进行对比分析，利用相似性原理对岩溶涌水量进行预测。利用该方法找到比较相似的基坑是比较困难的，预测出的岩溶涌水值准确率较低，因此，想要提高预测准确率，必须对基坑间的岩溶地质条件的相似性进行详细论证。

5  结束语

综上所述，在水利水电工程基坑岩溶涌水的预测中，必须对岩溶的水文地质条件进行深入了解，建立起合理的数学模型。岩溶涌水量预测应当把水均衡法作为主要预测方法，并结合其他方法进行综合预测。

参考文献

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[3]李择卫，王小玲.多级集水井结合混凝土压盖技术处理强岩溶涌水[J].人民长江，2013（19）：20-23，63.

[4]王颂，王雪波.银盘电站三期工程基坑岩溶渗漏分析及处理措施[J].人民长江，2013（6）：1-5.

〔编辑：王霞〕

Water Conservancy and Hydropower Engineering Foundation on Karst Water Inflow and Prediction

Liu Hui

Abstract： The construction of hydropower stations in the karst area， when will face massive problems karst gushing water， in order to solve this problem， you need to spend a lot of material and human resources， karst area karst gushing water conservancy and hydropower engineering geological excavation construction often appear issues affecting the construction， threatening the safety of construction workers. To predict pit karst gushing water conservancy and hydropower， we must first understand the types and characteristics of karst gushing water conservancy and hydropower project of excavation.

Key words： water resources and hydropower engineering; karst water gushing pit; dynamic conditions; forecasting model