一种近坝大型溶洞处理结构及其处理方法与流程

1.本发明涉及水利水电工程中的地质缺陷处理技术领域，更具体地说它是一种近坝大型溶洞处理结构。本发明还涉及这种近坝大型溶洞处理结构的处理方法。


背景技术：

2.随着我国水利水电工程向水能资源丰富的西南地区发展，一批世界级拱坝工程陆续兴建，如小湾、锦屏一级、溪洛渡、构皮滩、乌东德等，这些工程大多位于高山峡谷地区，水文地质条件复杂，岩溶发育强烈，地质缺陷成为影响工程建设和安全运行的关键问题。
3.有别于重力坝和当地材料坝，拱坝结构的受力特点是利用拱的作用将上游水压力传递到两岸山体，形成“坝体-地基”联合系统，借助两岸山体的作用力共同承担巨大的水荷载，因此对大坝基础的地质条件要求更高，溶洞、裂隙、块体、软弱结构面等地质缺陷对“坝体-地基”系统的整体刚度有一定削弱，须采用严格的针对性处理措施，大型溶洞的处理更是其中的重要难题。
4.一般的溶洞基本采用全挖全填的处理方法，即结合施工支洞布置，充填物开挖后置换混凝土并结合洞壁接触灌浆和固结灌浆，换虚为实，将回填混凝土和溶洞周围优良岩体形成整体，共同承担拱坝传递到山体中的上游水压力，保证坝体结构稳定；但溶洞发育不规则，形状差异大，难以精准探明整体形态发育特征和充填物特性；若近坝溶洞规模超过1万m3，传统的全挖全填方法工程量大，成本较高，施工工期长且难度大。
5.因此，有必要结合实际情况采取针对性的处理措施，因地制宜，根据拱坝整体稳定计算分析，探索新型处理方法与结构，在保证拱坝安全稳定的基础上，既能降低施工难度，又能节省工程投资和施工进度。


技术实现要素：

6.本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种近坝大型溶洞处理结构。
7.本发明的第二的是为了提供这种近坝大型溶洞处理结构的处理方法。
8.为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种近坝大型溶洞处理结构，其特征在于：包括位于溶洞顶部的封闭排水结构、位于溶洞中部的支挡结构和位于溶洞底部的回填体结构,所述封闭排水结构包括位于溶洞顶部的溶蚀洼地回填石渣、在石渣表面喷混凝土层、在混凝土层上铺设复合土工膜和在溶蚀洼地周边设截水沟；在所述溶洞顶部的溶蚀洼地回填石渣，形成由山侧至江侧的平顺坡；
9.所述支挡结构布置在溶洞中部的颈缩段布置，所述支挡结构通过颈缩段自上而下分层开挖、分层回填混凝土形成；
10.所述支挡结构以上溶洞充填物保留，以下充填物开挖后回填混凝土、并在洞壁布置接触灌浆和固结灌浆系统，使混凝土和溶洞外岩体形成整体，所述回填体结构包括回填混凝土内布置的多层灌浆交通排水廊道。
11.在上述技术方案中，所述支挡结构内设置排水孔，排水孔底部设置排水沟，所述排水孔外裹工业滤布。
12.为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：一种近坝大型溶洞处理结构的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
13.步骤1，顶部设置封闭排水结构：首先在溶洞顶部的溶蚀洼地回填石渣，形成由山侧至江侧的平顺坡，然后在石渣表面喷混凝土，形成混凝土层、在混凝土层上铺设复合土工膜、在溶蚀洼地周边设截水沟，溶蚀洼地汇水依次通过截水沟、坡面排水沟汇入边坡截水沟；
14.步骤2，中部设置支挡结构：在溶洞中部的颈缩段布置支挡结构，支挡结构以上溶洞充填物保留；支挡结构通过颈缩段自上而下分层开挖、分层回填混凝土形成；
15.步骤3，下部设置回填体结构：支挡结构以下充填物开挖后回填混凝土，并在洞壁布置接触灌浆和固结灌浆系统，使混凝土和溶洞外岩体形成整体；回填混凝土内布置多层灌浆交通排水廊道，将排水层层下引至边坡；溶洞下部开挖与围岩固结灌浆同步进行，即每开挖一层进行一次固结灌浆；由此，形成了顶部采用封闭排水、中部设置支挡结构和下部开挖回填的近坝大型溶洞处理方法。
16.在上述技术方案中，步骤2中，支挡结构内设置排水孔，排水孔采用圆形塑料盲沟，排水孔外裹工业滤布，排水孔底部设置排水沟。
17.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
18.1)降低了交叉作业安全风险，减少了工程量，节省了工程投资
19.本发明通过在溶洞中部设置支挡结构，可保证支挡结构上、下同步施工，降低了上下交叉作业的施工安全风险、施工难度；同时，减少了支挡结构上部的充填物开挖、混凝土置换与洞壁灌浆，工程量大幅简化，节约了工程投资。
20.2)形成完整的排水系统，保证了结构安全稳定
21.本发明通过在顶部设置封闭排水结构、支挡结构内设置排水孔、下部回填体结构设置多层灌浆交通排水廊道，将山体渗水引至边坡外，形成了完整的排水系统，减少了渗水量，提高了结构稳定性。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意图。
23.图2为封闭排水结构的结构示意图。
24.图3为图2中a-a处剖视图。
25.图4为支档结构的结构示意图。
26.图5为支档结构的剖视图。
27.图6为回填体结构的结构示意图。
28.其中，1-封闭排水结构，11-石渣，12-混凝土层，13-复合土工膜，14-截水沟，2-支挡结构，22-聚丙烯纤维混凝土，3-回填体结构，31-灌浆交通排水廊道，41-坡面排水沟，42-边坡截水沟。
具体实施方式
29.下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
30.参阅附图可知：一种近坝大型溶洞处理结构，其特征在于：包括位于溶洞顶部的封闭排水结构1、位于溶洞中部的支挡结构2和位于溶洞底部的回填体结构3,所述封闭排水结构1包括位于溶洞顶部的溶蚀洼地回填石渣11、在石渣11表面喷混凝土层12、在混凝土层12上铺设复合土工膜13和在溶蚀洼地周边设截水沟14；在所述溶洞顶部的溶蚀洼地回填石渣11，形成由山侧至江侧一定坡比的平顺坡；
31.所述支挡结构2布置在溶洞中部的颈缩段5布置，所述支挡结构通过颈缩段5自上而下分层开挖、分层回填混凝土形成；
32.所述支挡结构2以上溶洞充填物保留，以下充填物开挖后回填混凝土、并在洞壁布置接触灌浆和固结灌浆系统，使混凝土和溶洞外岩体形成整体，所述回填体结构3包括回填混凝土内布置的多层灌浆交通排水廊道31。
33.所述支挡结构2内设置排水孔21，排水孔底部设置排水沟，所述排水孔21外裹工业滤布。
34.一种近坝大型溶洞处理结构的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
35.步骤1，顶部设置封闭排水结构：首先在溶洞顶部的溶蚀洼地回填石渣11，形成由山侧至江侧的平顺坡，然后在石渣11表面喷混凝土，形成混凝土层12、在混凝土层12上铺设复合土工膜13、在溶蚀洼地周边设截水沟14，溶蚀洼地汇水依次通过截水沟14、坡面排水沟41汇入边坡截水沟42；
36.步骤2，中部设置支挡结构：在溶洞中部的颈缩段5布置支挡结构2，支挡结构2以上溶洞充填物保留；支挡结构2通过颈缩段5自上而下分层开挖、分层回填混凝土形成；
37.步骤3，下部设置回填体结构：支挡结构2以下充填物开挖后回填混凝土，并在洞壁布置接触灌浆和固结灌浆系统，使混凝土和溶洞外岩体形成整体；回填混凝土内布置多层灌浆交通排水廊道31，将排水层层下引至边坡；溶洞下部开挖与围岩固结灌浆同步进行，即每开挖一层进行一次固结灌浆；
38.由此，形成了顶部采用封闭排水、中部设置支挡结构和下部开挖回填的近坝大型溶洞处理方法。
39.步骤2中，支挡结构2内设置排水孔21，排水孔21采用圆形塑料盲沟，排水孔外裹工业滤布，排水孔21底部设置排水沟。
40.实际使用中，为减少开挖和回填工程量，保证施工安全，加快施工进度，在中部的颈缩段5布置支挡结构2，支挡结构2以上溶洞充填物保留，支挡结构2以下充填物置换成混凝土。
41.为排出支挡结构2上部的渗水，混凝土支挡结构2内设置排水孔，并对充填物后期扫孔保证排水通畅有效，排水孔采用圆形塑料盲沟，外裹工业滤布保护，排水孔底部设置排水沟将渗水引出。
42.支挡结构2以下充填物开挖后回填混凝土，并在洞壁布置接触灌浆和固结灌浆系统，使混凝土和溶洞外岩体形成整体，共同承担拱坝传递的上游水压力；回填混凝土内布置多层灌浆兼交通排水廊道31，便于混凝土施工后开展灌浆施工，并将排水层层下引至边坡。
43.回填体结构3自上而下分层洞挖、每开挖一层进行一次固结灌浆，开挖完成后分层回填混凝土，混凝土冷却至接触灌浆温度后，开展洞壁岩体与混凝土间的接触灌浆。
44.所述支挡结构2表面喷15cm的聚丙烯纤维混凝土22。
45.其它未说明的部分均属于现有技术。

技术特征：
1.一种近坝大型溶洞处理结构，其特征在于：包括位于溶洞顶部的封闭排水结构(1)、位于溶洞中部的支挡结构(2)和位于溶洞底部的回填体结构(3),所述封闭排水结构(1)包括位于溶洞顶部的溶蚀洼地回填的石渣(11)、在石渣(11)表面喷混凝土层(12)、在混凝土层(12)上铺设复合土工膜(13)和在溶蚀洼地周边设截水沟(14)；在所述溶洞顶部的溶蚀洼地回填石渣(11)，形成由山侧至江侧的平顺坡；所述支挡结构(2)布置在溶洞中部的颈缩段(5)布置，所述支挡结构(2)通过颈缩段(5)自上而下分层开挖、分层回填混凝土形成；所述支挡结构(2)以上溶洞充填物保留，支挡结构(2)以下充填物开挖后回填混凝土、并在洞壁布置接触灌浆和固结灌浆系统，使混凝土和溶洞外岩体形成整体，所述回填体结构(3)包括回填混凝土内布置的多层灌浆交通排水廊道(31)。2.根据权利要求1所述的一种近坝大型溶洞处理结构，其特征在于：所述支挡结构(2)内设置排水孔，排水孔底部设置排水沟，所述排水孔外裹工业滤布。3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述一种近坝大型溶洞处理结构的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，顶部设置封闭排水结构：首先在溶洞顶部的溶蚀洼地回填石渣(11)，形成由山侧至江侧的平顺坡，然后在石渣(11)表面喷混凝土，形成混凝土层(12)、在混凝土层(12)上铺设复合土工膜(13)、在溶蚀洼地周边设截水沟(14)，溶蚀洼地汇水依次通过截水沟(14)、坡面排水沟(41)汇入边坡截水沟(42)；步骤2，中部设置支挡结构：在溶洞中部的颈缩段(5)布置支挡结构(2)，支挡结构(2)以上溶洞充填物保留；支挡结构(2)通过颈缩段(5)自上而下分层开挖、分层回填混凝土形成；步骤2，下部设置回填体结构：支挡结构(2)以下充填物开挖后回填混凝土，并在洞壁布置接触灌浆和固结灌浆系统，使混凝土和溶洞外岩体形成整体；回填混凝土内布置多层灌浆交通排水廊道(31)，将排水层层下引至边坡；溶洞下部开挖与围岩固结灌浆同步进行，即每开挖一层进行一次固结灌浆；由此，形成了顶部采用封闭排水、中部设置支挡结构和下部开挖回填的近坝大型溶洞处理方法。4.根据权利要求3中所述一种近坝大型溶洞处理结构的处理方法，其特征在于，步骤2中，支挡结构(2)内设置排水孔，排水孔采用圆形塑料盲沟，排水孔外裹工业滤布，排水孔(21)底部设置排水沟。

技术总结
本发明公开了一种近坝大型溶洞处理结构，涉及水利水电工程中的地质缺陷处理技术领域。它包括封闭排水结构、支挡结构和回填体结构,封闭排水结构包括石渣、混凝土层、复合土工膜和截水沟；支挡结构以上溶洞充填物保留，以下充填物开挖后回填混凝土、并在洞壁布置接触灌浆和固结灌浆系统，使混凝土和溶洞外岩体形成整体，回填体结构包括多层灌浆交通排水廊道。本发明通过在溶洞中部设置支挡结构，可保证支挡结构上、下同步施工，降低了上下交叉作业的施工安全风险、施工难度；同时，减少了支挡结构上部的充填物开挖、混凝土置换与洞壁灌浆，工程量大幅简化，节约了工程投资。本发明还涉及这种近坝大型溶洞处理结构的处理方法。这种近坝大型溶洞处理结构的处理方法。这种近坝大型溶洞处理结构的处理方法。


技术研发人员：曹去修 周华 陈东斌 赵鲲鹏 江义兰 班红艳 乐江华
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/10/6