導(dǎo)語：對(duì)水利水電基坑巖溶涌水策略探究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、基坑巖溶涌水條件

基坑發(fā)生巖溶涌水的基本條件:一是巖溶發(fā)育，發(fā)育有與基坑連通的巖溶管道、溶蝕帶或溶蝕裂隙等;二是巖溶水動(dòng)力條件，基坑低于汛期巖溶地下水位。

1.巖溶發(fā)育條件巖溶發(fā)育程度、規(guī)模及形態(tài)等，決定巖溶涌水的類型與規(guī)模。以下部位為巖溶涌水的重點(diǎn)部位，應(yīng)加強(qiáng)分析預(yù)測。

(1)可溶巖與非可溶巖接觸帶。非可溶巖一般為相對(duì)不透水或弱透水層，其構(gòu)成了巖溶發(fā)育與巖溶地下水活動(dòng)的控制邊界，巖溶水往往沿此接觸帶匯集、徑流和排泄，易形成溶蝕帶、巖溶泉或暗河，易發(fā)生涌水。

(2)可溶巖中的不整合界面、斷層帶、斷層交匯帶、破碎帶、節(jié)理密集帶等形成的構(gòu)造破碎帶。巖溶地下水也往往沿其集中徑流和排泄，是巖溶涌水的主要部位。

(3)巖溶管道系統(tǒng)或暗河系統(tǒng)。在巖溶發(fā)育地區(qū)，巖溶管道系統(tǒng)往往縱橫交錯(cuò)，巖溶地下水接受水平和垂向補(bǔ)給，地下水位以下的管道或暗河常年有水，水量隨季節(jié)和降雨量變化大，涌水量大，處理難度較大。

2.巖溶水動(dòng)力條件

根據(jù)巖溶水循環(huán)過程的水力學(xué)性質(zhì)及伴隨的水動(dòng)力特征，巖溶地區(qū)存在四個(gè)水動(dòng)力帶，即垂直滲流帶(包氣帶)、季節(jié)變動(dòng)帶、水平滲流帶(潛流帶)、虹吸滲流帶。巖溶區(qū)水利水電工程廠壩基坑處于巖溶水的季節(jié)變動(dòng)帶、水平滲流帶或虹吸滲流帶內(nèi)，季節(jié)變動(dòng)帶、水平滲流帶的水流力學(xué)性質(zhì)多呈重力梯度流，虹吸滲流帶的水流力學(xué)性質(zhì)多呈壓力梯度流。季節(jié)變動(dòng)帶發(fā)生季節(jié)性涌水，涌水量受降雨強(qiáng)度與降雨入滲條件控制，以洼地、落水洞、漏斗補(bǔ)給最快，且量集中、變幅大、突發(fā)性強(qiáng)，危害性也較大。水平滲流帶與虹吸滲流帶發(fā)生常年涌水，涌水量相對(duì)穩(wěn)定。水平滲流帶一般為無壓涌水，虹吸滲流帶為有壓涌水。按出流形式分溶隙型涌水和管道型涌水，溶隙型涌水為滲流運(yùn)動(dòng)，涌水量相對(duì)小，管道型涌水，地下水運(yùn)動(dòng)呈匯流式，涌水量大，危害性大，處理難度大。

二、基坑巖溶涌水類型

基坑巖溶涌水分類，尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和原則，從不同角度和側(cè)重點(diǎn)出發(fā)，有不同的分類，概括起來有以下幾種分類:

(1)按巖溶水循環(huán)系統(tǒng)特征分為管道流涌水、擴(kuò)散流涌水和混合流涌水;

(2)按涌水形式分為滲水、線流、股流、涌流;

(3)按巖溶水的運(yùn)動(dòng)帶分為季節(jié)變動(dòng)帶涌水與飽水帶涌水;

(4)按巖溶水力學(xué)性質(zhì)分為壓力流涌水和無壓流涌水;

(5)按巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)分為斷裂帶涌水、層間涌水、接觸帶涌水和裂隙涌水等;

(6)按涌水動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)分為水文型涌水、穩(wěn)定型涌水及突發(fā)型涌水;

(7)按涌水量大小分為特大涌水(＞2.0m3/s)、大量涌水(1.0～2.0m3/s)、中等涌水(0.1～1.0m3/s)、少量涌水(0.01～0.1m3/s)、微量涌水(＜0.01m3/s)。

三、基坑巖溶涌水預(yù)測

較準(zhǔn)確地預(yù)測巖溶涌水發(fā)生的部位及涌水量，對(duì)采取有效的防治措施、保證工程施工工期及施工與運(yùn)行安全等有重要意義。

1.涌水部位與涌水類型預(yù)測

從巖溶地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄關(guān)系看，巖溶區(qū)水利水電工程大壩與地面廠房基坑均處于巖溶地下水的排泄區(qū)，地下廠房基坑處于巖溶地下水的徑流～排泄區(qū)，巖溶發(fā)育;從巖溶地下水動(dòng)力分帶看，巖溶區(qū)水利水電工程廠、壩基坑均位于巖溶地下水季節(jié)變動(dòng)帶與飽水帶內(nèi)，巖溶地下水豐富。巖溶區(qū)水利水電工程廠、壩基坑一般均存在不同程度的巖溶涌水問題，只是由于補(bǔ)給、徑流、排泄及巖溶發(fā)育程度不同而導(dǎo)致涌水類型、涌水量及危害程度不同。基坑巖溶涌水部位與涌水類型預(yù)測需通過巖溶水文地質(zhì)測繪、物探、勘探、巖溶水文地質(zhì)觀測與試驗(yàn)及測試、巖溶水文地質(zhì)分析等勘察方法和手段，在查明基坑所處巖溶水文地質(zhì)單元、基坑巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖溶形態(tài)、規(guī)模及延伸情況、巖溶發(fā)育規(guī)律、巖溶水動(dòng)力特征等巖溶水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

1.1涌水部位預(yù)測

基坑巖溶涌水部位主要根據(jù)巖溶發(fā)育規(guī)律進(jìn)行預(yù)測。一般在下列地段易發(fā)生涌水:

(1)可溶巖與非可溶巖接觸帶、相變帶;

(2)可溶巖中的斷層帶、層間錯(cuò)動(dòng)帶、裂隙密集帶、溶蝕破碎帶;

(3)向斜、背斜核部;

(4)暗河、巖溶泉及巖溶管道系統(tǒng)發(fā)育帶。

1.2涌水類型預(yù)測

基坑巖溶涌水類型主要根據(jù)巖溶地下水循環(huán)系統(tǒng)特征與水動(dòng)力特征進(jìn)行預(yù)測。

(1)暗河、巖溶大泉、巖溶管道涌水類型為管道流涌水，常常產(chǎn)生大量涌水至特大涌水，危害性大，處理難度大，飽水帶存在虹吸管道時(shí)常產(chǎn)生壓力流涌水。

(2)斷層帶、裂隙密集帶、溶蝕破碎帶、層間錯(cuò)動(dòng)帶等涌水類型主要為擴(kuò)散流涌水，一般為少量涌水，危害性不大，較易處理，在飽水帶有時(shí)產(chǎn)生壓力流涌水。

(3)巖溶管道與溶蝕破碎帶、裂隙密集帶等并存時(shí)，涌水類型為混合流涌水，既有管道流涌水，也有擴(kuò)散流涌水，危害性大，處理難度大。

2.涌水量預(yù)測

基坑巖溶涌水量的預(yù)測，除了一般的裂隙性涌水量預(yù)測之外，主要的是集中管道性涌水預(yù)測和最大涌水量預(yù)測。巖溶涌水預(yù)測，首先應(yīng)查明巖溶發(fā)育規(guī)律及水文地質(zhì)條件，建立符合客觀實(shí)際的水文地質(zhì)概念模型，它包括喀斯特含水系統(tǒng)的邊界條件、補(bǔ)給來源的地形地貌條件、巖溶化程度、巖體透水性、大氣降雨與地下水位變化、泉水的動(dòng)態(tài)特征等水文地質(zhì)參數(shù)，然后建立與水文地質(zhì)概念相符的數(shù)學(xué)模型?；訋r溶涌水量的預(yù)測方法有水均衡法、水文地質(zhì)比擬法、水文地質(zhì)解析法、水文地質(zhì)數(shù)值法以及非線性理論方法等。常用的主要有水均衡法、水文地質(zhì)解析法與水文地質(zhì)比擬法。水均衡法是目前基坑巖溶涌水量預(yù)測的一種主要方法，它是應(yīng)用水均衡原理，通過研究某一均衡區(qū)在一定均衡期內(nèi)地下水量的收入與支出之間的關(guān)系，建立地下水均衡方程，從而計(jì)算預(yù)測基坑涌水量。其計(jì)算公式如下:Q=1000·a·A·Xd·86400S。式中，Q為涌水量(m3/s);A為均衡區(qū)集水面積(km2);a為入滲系數(shù);X為降水量(mm);d為均衡期天數(shù);S為涌入基坑水量占地下水徑流總量的份額。巖溶水賦存于溶蝕裂隙、巖溶管道中，以非均質(zhì)和紊流為其主要特征。水均衡法是在考慮了這些特征的基礎(chǔ)上建立起來的，它回避了以松散介質(zhì)中的孔隙水為均質(zhì)和層流的理論為基礎(chǔ)建立起來的解析解和數(shù)值解。因此，在理論上用水均衡法預(yù)測基坑巖溶水量比用解析解和數(shù)值解更符合實(shí)際。但是在水均衡法的應(yīng)用中，無論在理解上和參數(shù)的選用上都存在著很大的差別，其計(jì)算結(jié)果也顯然不同。關(guān)于集水面積，由于巖溶地區(qū)溶蝕通道縱橫交錯(cuò)，含水性與透水性極不均一，存在巖溶水的襲奪，使得巖溶地區(qū)的集水范圍變得格外復(fù)雜，其巖溶地下水分水脊線往往與地形分水脊線不一致。故在計(jì)算集水面積A時(shí)，不能簡單按地形分水脊線圈定，必須在綜合研究巖溶水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上確定。

關(guān)于入滲系數(shù)，其受地形、植被、地下水位埋深、降雨?duì)顩r、巖溶發(fā)育情況及土石前期含水量的影響，傳統(tǒng)的作法是根據(jù)入滲條件在0.3～0.6之間選取，同一地區(qū)，不同的設(shè)計(jì)者可取不同的值，最大可相差1.0倍，隨意性很大。由于巖溶區(qū)地下水的補(bǔ)給主要是大氣降雨，因此可在巖溶水文地質(zhì)單元內(nèi)進(jìn)行地表徑流量、降雨量及蒸發(fā)量的觀測，然后用最小二乘法求a值。當(dāng)降雨量在一定范圍內(nèi)時(shí)，降雨量與入滲量呈線性關(guān)系，計(jì)算入滲系數(shù)應(yīng)在線性段取入滲量M，并把蒸發(fā)量Z視為變量，利用觀測資料以最小二乘法求入滲系數(shù)a:a=∑MiXi∑Xi2。式中，Mi為各次入滲量(mm)，其值為Xi－Yi－Zi;Xi為各次降雨量(mm);Yi為各次地表徑流量，換算為徑流深(mm);Zi為各次蒸發(fā)量(mm)。為檢驗(yàn)變量M、X之間的線性相關(guān)程度，在計(jì)算之前應(yīng)先求相關(guān)系數(shù)r:r=∑(Mi－M)(Xi－X)∑(Mi－M)2∑(Xi－X)槡2。一般認(rèn)為當(dāng)r大于0.7精度滿足要求，否則不宜采用。關(guān)于涌入基坑水量占地下水徑流總量的份額，如果基坑包圍了計(jì)算的均衡區(qū)巖溶地下水的整個(gè)排泄范圍，基坑涌水量為地下水徑流總量，即S=1.0;若基坑僅處于計(jì)算的均衡區(qū)巖溶地下水的部分排泄范圍，基坑涌水量則僅為部分地下水徑流量，即S＜1.0，S的取值必須在綜合研究基坑巖溶水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上確定。水均衡法最大的優(yōu)點(diǎn)是適合于任何不同水文地質(zhì)條件的基坑涌水量預(yù)測，但預(yù)測的準(zhǔn)確程度取決于各均衡項(xiàng)和均衡要素的確定，只有提高各均衡項(xiàng)和均衡要素的精度，才能保證其預(yù)測精度。

四、結(jié)語

水利水電工程基坑巖溶涌水量的預(yù)測方法很多，但不同的方法都有其適用條件和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。不管采用何種方法，具體巖溶水文地質(zhì)條件都是十分重要的，任何脫離了巖溶水文地質(zhì)條件的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)方法都只能是數(shù)學(xué)或計(jì)算機(jī)游戲，不能一味追求方法的新穎而忽視方法的適用性，脫離具體的巖溶水文地質(zhì)條件和勘察精度。根據(jù)巖溶發(fā)育的不均一性和復(fù)雜性以及勘探技術(shù)水平和水利水電工程勘察的特點(diǎn)，基坑巖溶涌水量預(yù)測應(yīng)以水均衡法為主，同時(shí)選擇適合具體基坑巖溶水文地質(zhì)條件和勘察精度的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合預(yù)測。

作者：肖萬春單位：中國水電顧問集團(tuán)