1、前言：
    我国碳酸盐出露面积约95万km2，主要分布在贵州、广西、滇东、湘西和鄂西，吕梁山、太行山、鲁西地区也有大面积出露，这些地区蕴藏着丰富的水电资源。深埋藏、大渗漏量、高流速溶洞管道在可溶岩分布区的已建或待建水库中普遍存在，如何经济、有效地封堵岩溶管道和进行岩溶地层防渗是目前世界上公认的难题。研究岩溶地层探测、堵漏、防渗等一整套技术，对于岩溶地区筑坝减少防渗帷幕工作量、已建电站发挥其应有的工程效益具有十分重大的经济和社会效益。1998年国家电力公司立项，中国水利水电科学研究院负责，贵阳勘测设计研究院岩土公司、贵州华天水电有限责任公司、贵州红枫发电总厂、葛洲坝集团基础公司等单位共同参加，对溶洞地层的溶洞精确探测、动水下不分散灌浆材料及工艺进行了系统研究，开发了一套适合于大漏量、高流速的动水条件下进行防渗处理的灌浆材料和灌浆工艺。本项目于1998年立项，研究成果在“西电东送”工程贵州引子渡水电工程及贵州索封营水电工程得到应用推广，取得很好效果，2002年8月19日在北京国家电力公司主持，对该项目进行了验收，验收专家委员会一致同意该项目通过验收。本文只对项目取得的成果进行简单介绍。

2、溶洞精确探测技术研究
     2.1通过对猫跳河四级水电站水库和坝址岩溶渗漏研究资料的收集和综合分析，有效地确定了猫跳河四级水电站水库和坝址岩溶四条集中渗漏通道，有效地确定了精确探测的区域，为后续进行的高精度探测奠定了基础。

     2.2溶洞物探精确探测方法与技术：因溶洞发育的随机性和溶洞周围岩性的多样性，决定了必须有选择地运用物探技术和方法，物探层析成像技术具有探测分辨率和精度与勘探深度无关的特点，为了达到米量级的分辨率，主要进行了以下技术的研究：
①物探层析成像辅助反演技术：公轭梯度、卷积重建技术，各向异性处理技术，钻孔精确测斜与边界反演技术，计算机模拟正反演判定溶洞边界技术等。
②井间斯通滤波探测溶洞：ST波动探测溶洞，射线法确定溶洞边界，小波分析判断溶洞及裂隙型异常。
③物探技术的综合分析。
④新一代钻井电视摄像仪的研制。
     2.3深埋溶洞潜流水的流速流向测试技术：研究了测试深埋地下水流流速、流向测试的方法和技术:①噪声监测测试地下水流速，该技术主要由“噪声—流速”率定关系曲线，声波分析，率定曲线对比确定。噪声监测测速的特点是：工作效率高（可进行全孔、多孔测试），监测范围大（可监测钻孔四周的地下水流动情况），测试孔径小（要求测试孔径不小于38mm），但测试进度不高，干扰因素多。②光电式流速仪，可测试大流速，能准确测定孔内揭示溶洞的水流速，特点是操作简单，动态范围大，不受测试深度的影响，是溶洞探测的推荐方法。③同位素示踪测试渗流流速，是地下水流速慢的地段有效的测试方法。
     2.4研究成果在实际工程中的应用
    ①溶洞精确探测技术应用于猫跳河四级工程：确定76-89m范围大溶洞，测试溶洞剖面面积约48m2, 溶洞水流速0.1～0.68m/s, 平均0.3m/s, 并确定了溶洞水流向，估算溶洞水流量14.4m3/s, 经过投放物料试验验证此溶洞为主要的漏水通道，解决了多年来存在争议的漏水通道问题。
  ②溶洞精确探测技术应用于引子渡溶洞堵漏工程：引子渡水电站厂房基坑开挖后，由于断层穿过厂房基坑，发生了围堰地基溶洞涌水，流量大于1700m3/h，估算流速为2.6—2.8m/s，溶洞精确探测技术探测出溶洞走向、规模、充填物等，为溶洞堵漏的顺利进行奠定了基础。
3. 溶洞地层堵漏材料研究
    3.1模袋灌浆材料：
通过试验可以发现模袋灌浆有着其独特的优点：耐高速水流，在高速水流下，保证水泥不分散，不被冲走；水泥浆经模袋析水后，不但硬化速度加快，而且固化强度有着很大提高。模袋材料在压力下膨胀，适应不同形状，可以堵塞不同形状的漏洞。模袋灌浆的关键是压力和灌浆速率的控制；为降低堵漏工程造价，对水泥固化土材料进行了试验研究；其它如水泥粉煤灰浆材也可应用于模袋灌浆工程。
    3.2水泥化学混合灌浆材料:AC-MS是性能良好的堵漏灌浆材料，有很好的可灌性，其凝胶体具有较好的粘结性和弹性，以及水中膨胀性，和水泥合并使用，可使浆液速凝，凝胶体粘结强度和抗冲性能较好，可以用于封堵较高流速和较大流量的涌水, 适合溶洞地层及碎石级配料的灌浆堵漏。
    3.3水泥基速凝材料：适当水灰比的铝酸盐水泥和硅酸盐水泥的混合水泥浆液具有凝结快、早期强度高等特点，可在无水或静水溶洞或大节理裂隙岩体灌浆处理中作为灌浆材料使用。适当配比的铝酸盐和硅酸盐的混合水泥膏浆具有在动水条件下能凝结且凝结时间较短，早期强度高，能抵御一定水流的冲击等特点，可在一定流速、一定流量的溶洞中作堵漏材料使用。水泥膏浆在大节理裂隙岩体灌浆工程中可以避免浆液灌注到不需要灌的较远地区，因此水泥膏浆灌浆可以控制灌浆的范围，在达到灌浆目的的同时可以节省很多的灌浆材料和时间。
    3.4沥青灌浆材料：沥青灌浆施工的主要关键技术是热沥青的输送技术和输送管道的隔热保温问题，通过市场调查和现场应用，通过热传导理论计算，并经现场试验验证，热沥青的输送管道采用保温软管、充填保温料的双层钢管、钢管外套保温软管等三种方法，都是可行的，在冬季，输送管较长或积水较深的情况下要采取这些保温措施。在某些条件下可直接采用钢管输送而不需保温。从技术性能看，100#和60#石油沥青及水工石油沥青都可作灌浆材料，但水工沥青的塑性变形能力和粘结力较其它两种沥青都强，在要求具有较强的粘结力或要求有较好的塑性变形能力的情况下，可优先考虑选用水工沥青作灌浆材料。但从成本上考虑，水工沥青单价约是100＃道路沥青的2倍，因此，综合考虑，也可选用100＃道路石油沥青。通过对沥青灌浆材料和施工工艺的研究，对解决水工筑物各种大渗漏的补救处理，有了一种又快又好又省的解决方法。
    3.5堵漏粒料：优选并制备出能在水中悬浮并随水流流到漏水部位的粒料，经室内试验，可用于模袋堵漏后，剩余的小缝隙。
    3.6PMC封堵材料。研制出抗水流冲击、快凝型PMC材料，其凝结时间从7～8分钟到2小时；2小时抗压强度10.78 MPa，抗拉强度1.51MPa.；七天抗压强度35.79 MPa ，抗拉强度3.16 Mpa，是一种速凝性高分子复合材料，可用于级配料或堵漏粒料的防渗堵漏灌浆。
    这6种动水下不分散灌浆材料，其具有一定的流动性、遇水具不分散性和高凝结性、强度增长较快、价格低廉、来源广等性能特点。并进行了室内动水模拟试验验证。

4、灌浆工艺研究：
    4.1模袋灌浆材料灌浆工艺：研究了模袋缝制、捆绑等工艺，灌浆压力、填充速度控制等。
    4.2碎石级配料下灌浆材料的灌浆工艺：试验证明，采用AC-MS水泥双液灌浆，进行动水下碎石级配料防渗堵漏是可行的，双液灌浆工艺能够保证浆液快速凝胶，凝胶体具有优异力学性能和防渗性能，从而达到防渗堵漏很好效果。
    4.3水泥基充填材料灌浆工艺：采用双液灌浆、水泥膏浆技术，使水泥浆材达到速凝、抗水流冲击的目的，应用于静水、低流速溶洞、大裂隙溶洞地层灌浆是可行的。
    4.4现场布置、水面或廊道钻进、布孔技术、专用设备研制等施工技术研究等。针对猫跳河四级工程提出了施工组织设计，针对引子渡溶洞堵漏工程，自制双液灌浆压力稳定包，自制双液灌浆混合灌浆塞。

5、研究成果在实际工程中的应用：
    5.1工程简介
引子渡水电站位于平坝、织金两县交界处三岔河上，是七个首批开工的“西电东送”工程之一，装机容量36万千瓦。在厂房基坑开挖到963m高程时，出现溶洞涌水，大量的水涌入基坑，迅速淹没基坑，基坑、发电岔洞施工被迫停止。据有关测试，溶洞口径约80cm，流量大于1700m3/h，估算流速为2.6—2.8m/s。2001年9月—10月，贵阳勘测设计研究院贵州华天水利电力工程有限责任公司，采用模袋灌浆技术、AC-MS灌浆材料及控制灌浆技术，高精度溶洞探测技术，对基坑进行了溶洞精确探测和防渗堵漏处理。
    5.2溶洞精确探测及防渗堵漏处理
    5.2.1溶洞出水口模袋堵漏
由于出水口被淹，首先由潜水员把连有灌浆管的模袋从出水口放入溶洞中，固定好后，进行灌浆。在一定压力下，浆液中的水被挤出，浆液留在模袋内，当模袋被灌满后继续保持压力灌注30min进行泌水，然后进行屏浆处理。通过36h的施工，进行了两个模袋的灌浆，完成了出水口封堵。经测试，涌水流量减少了60%，原先看到的基坑内的涌泉消失。然后，对出口进行压渣处理并抽水。基坑、发电岔洞第三天恢复施工。
    5.2.2临时处理断面的高精度溶洞探测
由于出水口溶洞堵漏受堵漏条件的限制，无法继续进行出水口堵漏施工，为达到彻底的防渗堵漏效果，必须从溶洞通道进行封堵，为探明溶洞规模及走向，首先进行了CT溶洞精确探测。在临时处理断面钻孔，间距为10m、孔深20m，进行CT溶洞精确探测，其成果如图1所示，从图中可以看出溶洞的位置和强渗漏带位置。通过钻孔，验证了异常1为空溶洞，高度90cm，5、6为小溶洞，异常2、3、4、7、8、9为充填溶洞。

             图1


    5.2.3钻孔内溶洞模袋灌浆及控制灌浆处理
    对空溶洞，由于水流速大，无论是水泥浆，还是采用双液控制灌浆灌入后，迅速从基坑中冲出。为此，采用了土工模袋灌浆施工，处理后，基坑涌水量又有明显的减少，流量不足350m3/h。对小溶洞，水流速仍较大，一般的灌浆工艺和浆材不能达到效果。经试验研究，采用双液控制灌浆工艺，浆材分别为含纤维水泥砂浆和AC-MS—水泥浆液。AC-MS—水泥双液灌浆，采用孔口混合，凝胶时间控制在5～8s, 保证浆液出口即已初凝，浆材在孔洞内扩散并迅速凝固，达到了堵漏目的。在AC-MS双液灌浆过程中，为保证灌浆双管压力、流量的稳定，特制稳压包进行控制，取得了很好效果。
   充填溶洞和裂隙发育的强渗漏带，采用双液控制灌浆工艺，浆材分别水泥浆和水玻璃，孔口混合，浆液经管内流出后20S凝固，在一定压力下灌注，最后，溶洞漏水被完全堵住，基坑开挖后，在经过处理的地带，岩壁干燥，没有一点渗漏。

6、项目参加单位及人员
    本项目由中国水利水电科学研究院负责，参加单位贵阳勘测设计研究院、贵州省电力公司红枫发电总厂、葛洲坝集团基础工程有限公司。具体分工如下：
     中国水利水电科学研究院中水科工程总公司地基工程分公司：模袋灌浆材料、水泥基速凝材料、水泥化学混合灌浆材料、模袋灌浆材料灌浆工艺；碎石级配料下灌浆材料的灌浆工艺；水泥基充填材料灌浆工艺。
     负责人：郑亚平、杨晓东
参加人：郑亚平、杨晓东、张金接、符平、赵宇、赵玉霞、汪小刚、陈宛平、葛中华、邢京平、刘志珍、马智杰
     中国水利水电科学研究院中水科工程总公司科海利新材料公司：堵漏粒料、PMC封堵材料。
     负责人：买淑芳
     参加人：买淑芳、吴怀国
     贵阳勘测设计研究院岩土工程公司、贵州省电力公司红枫发电总厂：溶洞精确探测技术。
     负责人：周喜德、王波、陈昌巩
     参加人：
     贵阳勘测设计研究院:
     周喜德、王波、楼加丁、封云亚、郑治、肖万春、黄首生、吴涛
     贵州省电力公司红枫发电总厂：
     陈昌巩、徐向阳、张荣贵、代振炎、毛恩涯、卢启友、王有才
     葛洲坝集团基础工程有限公司：沥青灌浆材料。协作单位：南京水利科学研究院材料结构研究所、宜昌高强岩土工程技术公司
     负责人：焦家训、吴哲
     参加人：焦家训、吴哲、叶铭勋、陈迅捷、刘树卿、张玉莉、汪传松、费玉琴、张霞林、多化信、邹春华、张芳蓉
     现场试验由中国水利水电科学研究院，贵州华天水利电力工程有限责任公司、贵州省电力公司红枫发电总厂、贵阳勘测设计研究院岩土工程公司共同完成。

7、结语
    纵观本项目自1998年立项以来的工作进展情况，我们认为项目执行到目前已经基本上完成立项初期的工作目标，达到了项目进程预期成果要求。
     最后，对于贵州省电力公司在本项目进行过程中给予的帮助和支持，表示深切的感谢。