一种岩溶地区大型溶洞的复合防渗结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利水电工程技术领域，涉及一种岩溶地区水利水电工程建设中的有充填大型溶洞防渗技术，尤其是涉及一种岩溶地区大型溶洞的复合防渗结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]溶洞属于众多岩溶形态的一种类型，是地下水长期溶蚀的结果，即在地壳升降相对稳定期岩溶作用形成的近于水平的地下水通道，后经地壳上升运动形成的洞穴。溶洞分类方法较多，按形状分为厅堂式、管道式及裂隙式溶洞，按溶洞高度分为巨型(高度大于1m)、大型(高度5?1m)、中(高度3?5m)、小型(高度小于3m)溶洞，按充填情况分为全充填、半充填及无充填型溶洞。
[0003]在喀斯特地区的水利水电工程建设过程中，经常会遇到各种类型、大小不等的溶洞，这些溶洞有可能危及建筑物安全，更多的则成为库水外漏的通道，严重影响工程效益。喀斯特溶洞如何处理没有专门的规程规范，一般是由工程设计单位根据溶洞的规模、类型等实际情况及工程影响提出处理方案，处理方法多以清除溶洞内的充填物后再回填混凝土或其它材料为主，即采用清挖回填法，或通过修改防渗线路的方法，清挖回填法适用于中小型溶洞，修改防渗线路法则一般在工程对建筑物安全有较大影响时适用。对于水利水电工程防渗处理过程中遇到的大型或特大型喀斯特溶洞来讲，采用清挖回填法来处理，工程量大、投资大、施工面多，如果临时修改防渗线路，则需要重新进行防渗设计，除了上述缺点外，还会耗费更多的人力财力，工期难以保证。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种岩溶地区大型溶洞的复合防渗结构及其施工方法，从而达到有效防渗，减少施工面，降低工程投入的效果，解决喀斯特地区水利水电工程中的溶洞防渗处理问题。
[0005]本发明是通过如下技术方案予以实现的。
[0006]—种岩溶地区大型溶洞的复合防渗结构，包括基岩和溶洞，所述溶洞位于基岩内，所述溶洞下段填充形成溶洞充填区，所述溶洞充填区内竖向布设若干充填物旋喷孔或钢管粧，所述充填物旋喷孔或钢管粧沿防渗轴线成排间隔布置；溶洞充填区上表面设有过渡垫层，所述钢管粧上方设置混凝土防渗墙，所述混凝土防渗墙上游侧的空腔回填形成回填区。
[0007]所述混凝土防渗墙内设有灌浆廊道。
[0008]所述钢管粧中设有至少两排长孔口管，长孔口管下端或钢管粧及长孔口管下端均深入基岩3?5m，钢管粧及长孔口管中均灌注有混凝土。
[0009]所述溶洞顶壁上设有锚杆区，锚杆区位于混凝土防渗墙上游侧，包括若干水平插入溶洞顶壁一侧的锚杆。
[0010]所述溶洞上方的基岩中预留灌浆平洞，灌浆平洞与混凝土防渗墙的延伸方向平行。
[0011]所述混凝土防渗墙正上方的溶洞顶上设有溶洞顶板衔接槽，混凝土防渗墙与溶洞顶板衔接槽连接，溶洞顶板衔接槽通过基岩帷幕灌浆孔与灌浆平洞连通。
[0012]所述钢管粧和长孔口管在水平方向上成排或成格状整齐排列。
[0013]—种岩溶地区大型溶洞的复合防渗结构的施工方法，包括如下步骤:
[0014]①对溶洞表面进行清理，换填碎石形成溶洞充填区；
[0015]②在溶洞充填区上，关于防渗轴线对称布设至少两排充填物旋喷孔或钢管粧，在钢管粧中安装长孔口管，使长孔口管下端或钢管粧及长孔口管下端均深入基岩3?5m，向钢管粧及长孔口管中高压浇筑混凝土，同时，向充填物旋喷孔中高压浇筑混凝土，使其与溶洞充填区上表面平齐；
[0016]③在溶洞充填区及钢管粧上浇筑碎石及素混凝土形成过渡垫层；
[0017]④在溶洞顶板衔接槽上方的基岩中开设与混凝土防渗墙平行的灌浆平洞，并设置基岩帷幕灌浆孔与其下方的溶洞连通；若溶洞顶板衔接槽上方的基岩较薄，则不预留灌浆平洞，直接从地面通过基岩帷幕灌浆孔与其下方的溶洞连通；
[0018]⑤在溶洞顶部上游侧洞壁上预埋若干锚杆或锚粧，形成锚杆区；
[0019]⑥清理过渡垫层表面，沿防渗轴线浇筑溶洞空腔内的混凝土防渗墙，并在混凝土防渗墙内预留帷幕灌浆廊道；
[0020]⑦当混凝土防渗墙施工至锚杆区时，在充填物旋喷孔正上方开设溶洞顶板衔接槽，使溶洞顶板衔接槽的延伸方向与混凝土防渗墙平行；
[0021 ] ⑧继续浇筑混凝土防渗墙，使混凝土防渗墙顶端高度达到溶洞顶板衔接槽处；
[0022]⑨向混凝土防渗墙上游侧的溶洞空腔内回填素混凝土形成回填区；
[0023]⑩从灌浆平洞中通过基岩帷幕灌浆孔对溶洞顶板衔接槽进行帷幕灌浆，完成施工。
[0024]所述步骤②中，向钢管粧和长孔口管中浇筑混凝土时，采用高压灌注工艺，向充填物旋喷孔中浇筑混凝土时，采用高压旋喷工艺。
[0025]本发明的有益效果是:
[0026]本发明所述的一种岩溶地区大型溶洞的复合防渗结构的施工方法，是针对大型甚至巨型有充填溶洞的一种经济、高效的防渗处理技术，通过采取合理的施工方法，在溶洞中建混凝土防渗墙，并通过顶部的溶洞顶板衔接槽结构及通过灌浆平洞灌浆的方法，达到了很好的隔断和封闭效果；其结构和方法简单、防渗效果显著、投入材料少、施工强度小，大幅度提高了施工工效，同时降低了工程总投资，很好地解决了岩溶地区大型甚至巨型溶洞的防渗问题。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的结构示意图。
[0028]图中:1-基岩，2-溶洞，3-溶洞充填区，4-溶洞空腔，5-溶洞下灌浆帷幕，6_钢管粧，7-充填物旋喷孔，8-灌浆长孔，9-过渡垫层，10-混凝土防渗墙，11-灌浆廊道，12-回填区，13-锚杆区，14-溶洞顶板衔接槽，15-基岩帷幕灌浆孔，16-灌浆平洞。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0030]如图1所示，本发明所述的一种岩溶地区大型溶洞的复合防渗结构，包括基岩I和溶洞2，所述溶洞2位于基岩内，所述溶洞2下段填充形成溶洞充填区3，所述溶洞充填区3内竖向布设若干充填物旋喷孔7或钢管粧6，所述充填物旋喷孔7或钢管粧6沿防渗轴线成排间隔布置；溶洞充填区3上表面设有过渡垫层9，所述钢管粧6上方设置混凝土防渗墙10，所述混凝土防渗墙10上游侧的空腔回填形成回填区12。
[0031]所述混凝土防渗墙10内设有灌浆廊道11。
[0032]所述钢管粧6中设有至少两排长孔口管8，长孔口管8下端或钢管粧6及长孔口管8下端均深入基岩3?5m，钢管粧6及长孔口管8中均灌注有混凝土。
[0033]所述溶洞2顶壁上设有锚杆区13，锚杆区13位于混凝土防渗墙10上游侧，包括若干水平插入溶洞2顶壁一侧的锚杆。
[0034]所述溶洞2上方的基岩I中预留灌浆平洞16，灌浆平洞16与混凝土防渗墙10的延伸方向平行。
[0035]所述混凝土防渗墙10正上方的溶洞2顶上设有溶洞顶板衔接槽14，混凝土防渗墙10与溶洞顶板衔接槽14连接，溶洞顶板衔接槽14通过基岩帷幕灌浆孔15与灌浆平洞16连通。
[0036]所述钢管粧6和长孔口管8在水平方向上成排或成格状整齐排列。
[0037]图1展示了本技术方案的结构布设，从图中可以看到，本技术方案要处理的是大型甚至巨型有充填的溶洞2，该溶洞2位于预建防渗工程的基岩I中。
[0038]首先，查明溶洞的发育规模、充填物的性质、顶底板高程等参数，并划分溶洞类型，然后按照下述步骤进行施工:
[0039]①对溶洞2表面进行清理，换填碎石形成溶洞充填区3 ;
[0040]②在溶洞充填区3上，关于防渗轴线对称布设至少两排充填物旋喷孔7或钢管粧6，在钢管粧6中安装长孔口管8，使长孔口管8下端或钢管粧6及长孔口管8下端均深入基岩3?5m，采用高压灌注工艺，向钢管粧6及长孔口管8中高压浇筑混凝土，使其与溶洞充填区3上表面平齐；同时，采用高压旋喷工艺，向充填物旋喷孔7中进行高压旋喷；另外，亦可采用钢管粧6加长作为长孔口管8，长孔口管8主要是用于溶洞下灌浆帷幕5的灌浆施工；
[0041]③在溶洞充填区3及钢管粧6上浇筑碎石及素混凝土形成过渡垫层9 ;
[0042]④在溶洞顶板衔接槽14上方的基岩I中开设与混凝土防渗墙10平行的灌浆平洞16，并设置基岩帷幕灌浆孔15与其下方的溶洞2连通；若溶洞顶板衔接槽14上方的基岩I较薄，则不预留灌浆平洞16，直接从地面通过基岩帷幕灌浆孔15与其下方的溶洞2连通；
[0043]⑤在溶洞2顶部上游侧洞壁上预埋若干锚杆或锚粧，形成锚杆区13 ;
[0044]⑥清理过渡垫层9表面，沿防渗轴线浇筑溶洞2空腔内的混凝土防渗墙10，并在混凝土防渗墙10内预留帷幕灌浆廊道11 ；
[0045]⑦当混凝土防渗墙10施工至锚杆区13时，在充填物旋喷孔7正上方开设溶洞顶板衔接槽14，使溶洞顶板衔接槽14的延伸方向与混凝土防渗墙10平行；
[0046]⑧继续浇筑混凝土防渗墙10，使混凝土防渗墙10顶端高度达到溶洞顶板衔接槽14处；<