韓艷偉，謝 安

(云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

1 工程概況

滇中引水工程是近年來(lái)云南省最大的引水工程項(xiàng)目。建設(shè)任務(wù)以解決滇中受水區(qū)城鎮(zhèn)生活與工業(yè)缺水為主，同時(shí)兼顧生態(tài)用水和農(nóng)業(yè)用水。滇中引水工程二期工程是在一期的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)受水區(qū)進(jìn)行分解細(xì)化，完善引水工程水資源配置。而楚雄州二期工程作為整個(gè)滇中引水重要組成部分，在實(shí)際勘察過(guò)程中，工程地質(zhì)問(wèn)題繁雜，亟待解決。本文以楚雄州二期工程觀易干渠為例對(duì)所遇到的工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出解決措施，以期為后續(xù)工作提代參考和建議。

觀易干渠為滇中引水楚雄州二期工程重要組成部分，其對(duì)應(yīng)受水區(qū)為祿豐羅茨受水區(qū)。引水線(xiàn)路起于滇中引水一期工程觀音山分水口，終止于祿豐縣土官鎮(zhèn)老鴉關(guān)水庫(kù)，線(xiàn)路總長(zhǎng)76.87km，建筑物形式有輸水管、隧洞、倒虹吸及泵站。其中，輸水管長(zhǎng)60.334km，占線(xiàn)路總長(zhǎng)的77.52%；倒虹吸3座，長(zhǎng)10.421km，占線(xiàn)路總長(zhǎng)的13.39%；隧洞2座，長(zhǎng)7.077km，占線(xiàn)路總長(zhǎng)的9.09%，泵站7座。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

3 基本地質(zhì)條件

3.1 地層巖性

(1)非可溶巖

區(qū)內(nèi)非可溶巖地層廣泛分布于測(cè)區(qū)中部及南部，占測(cè)區(qū)分布地層的75%以上。主要有第四系(Q)松散層；上第三系(N2s)砂巖、泥巖等半成巖，線(xiàn)路穿越段總長(zhǎng)度約3.2m，占線(xiàn)路段總長(zhǎng)度的42.2%；白堊系下統(tǒng)～三疊系上統(tǒng)(k1～T3)泥巖、粉砂巖、砂礫巖及礫巖，線(xiàn)路穿越段總長(zhǎng)度約7.6m，占線(xiàn)路段總長(zhǎng)度的42.2%；寒武系下統(tǒng)筇竹寺組(∈1q)頁(yè)巖線(xiàn)路穿越段總長(zhǎng)度約2.4m，占線(xiàn)路段總長(zhǎng)度的3.1%；震旦系澄江組(Zac)雜砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖，線(xiàn)路穿越段總長(zhǎng)度約5.0km，占線(xiàn)路段總長(zhǎng)度的6.6%，下元古界昆陽(yáng)群鵝頭廠組(Pt1e)板巖夾透鏡狀白云巖，線(xiàn)路穿越段總長(zhǎng)度約2.0km，占線(xiàn)路段總長(zhǎng)度的2.6%，美黨組(Pt1m)板巖線(xiàn)路穿越段總長(zhǎng)度約8.6km，占線(xiàn)路段總長(zhǎng)度的11.2%。

(2)可溶巖

工程區(qū)可溶巖分布面積較小，占測(cè)區(qū)分布地層的20%左右。主要出露地層震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)白云質(zhì)、硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)、灰質(zhì)白云巖，線(xiàn)路穿越段總長(zhǎng)度約3.1km，占線(xiàn)路段總長(zhǎng)度的4.1%；震旦系上統(tǒng)陡山沱組(Zbd)白云巖夾硅質(zhì)白云巖，線(xiàn)路穿越段總長(zhǎng)度約0.3km，占線(xiàn)路段總長(zhǎng)度的0.4%。

3.2 構(gòu)造

工程區(qū)位于武定-石屏隆斷束，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，空間展布以南北向、北北東向?yàn)橹?，多為壓扭性斷層，?jiàn)表1。湯郎-易門(mén)活動(dòng)性斷裂為區(qū)域性大斷裂，為由一條主干斷層與多條分支斷層共同組成的斷裂組，其在晚第三紀(jì)時(shí)期均有活動(dòng)，其表現(xiàn)式為差異性升降運(yùn)動(dòng)和地震。

3.3 水文地質(zhì)

沿線(xiàn)巖性、構(gòu)造復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育情況差異較大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。根據(jù)巖體透水性的差異，沿線(xiàn)分布的泥質(zhì)巖類(lèi)、板巖類(lèi)，由于裂隙相對(duì)閉合且多為泥質(zhì)充填，透水性差，為相對(duì)隔水層；砂質(zhì)巖類(lèi)、白云巖類(lèi)及第三、四系松散層等透水性好，為主要含水層。按地下水賦存的介質(zhì)條件不同，含水層又可分為基巖裂隙含水層、第三、四系松散層孔隙含水層及觀音山分水口一帶的可溶巖含水層。相應(yīng)的地下水類(lèi)型主要有3種：松散層孔隙潛水(包括第四系、第三系)、基巖裂隙潛水及巖溶水。

(1)松散層孔隙潛水

賦存于線(xiàn)路沿線(xiàn)第四系、第三系松散層孔隙中，一般以盆地中的沖積砂卵石層及山麓沖溝口處堆積的洪積碎、塊石及卵礫石層含水較為豐富。觀易干渠楚雄段除甸山頭隧洞、簸箕山隧洞外，線(xiàn)路基本沿羅茨盆地邊緣及勤豐河、沙龍河、祿脿河等河流沿岸布設(shè)。線(xiàn)路沿線(xiàn)處于區(qū)內(nèi)地下水排泄及徑流區(qū)，加之沿線(xiàn)大部地形平緩，地形坡度一般在5～15°，地下水位埋深0～5m。沖洪積層組成物質(zhì)一般顆粒較粗，砂卵礫石含量高，松散-稍密，土體透水性較強(qiáng)，滲透系數(shù)一般在1×10-2～1×10-1cm/s之間，屬?gòu)?qiáng)透水層，階地部位組成物質(zhì)以粉、粘粒為主，土體透水性相對(duì)較弱，滲透系數(shù)一般在1×10-3～5×10-3cm/s之間，屬中等透水層。羅茨盆地第三系地層半成巖，呈土狀，滲透系數(shù)一般在1×10-2～5×10-4cm/s之間，屬中等透水層。

(2)基巖裂隙潛水

基巖裂隙水賦存于沿線(xiàn)基巖裂隙中，總體富水性較差，受大氣降水補(bǔ)給，向溝谷排泄。線(xiàn)路區(qū)以板巖、泥巖、粉砂巖及頁(yè)巖為主的地層(N2s、K、J2z、T3s+J1f、∈1q、Pt1e、Pt1m)透水性普遍較弱，以灰?guī)r、砂巖、為主的地層(Zbdn、Zbd、Zac)透水性中等。線(xiàn)路區(qū)強(qiáng)風(fēng)化巖體整體屬?gòu)?qiáng)-極強(qiáng)透水層，弱-微風(fēng)化巖體透水性弱-中等。隧洞鉆孔壓注水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 近場(chǎng)區(qū)主要斷裂性質(zhì)表

表2 觀易干渠楚雄段隧洞巖體滲透性成果統(tǒng)計(jì)表

(3)巖溶水

巖溶水賦存于沿線(xiàn)局部出露的碳酸鹽巖區(qū)段，沿線(xiàn)僅局部地段存在巖溶及巖溶水

4 引水線(xiàn)路主要工程地質(zhì)問(wèn)題

4.1 湯郎-易門(mén)斷裂對(duì)引水線(xiàn)路的影響

湯郎-易門(mén)斷裂為晚更新世活動(dòng)的正斷裂，由北往南分為3段，觀易干渠處于該斷裂中部的羅茨斷裂影響帶內(nèi)。工程區(qū)內(nèi)斷裂長(zhǎng)44km，出露寬度約60m，斷裂產(chǎn)狀為308°～313°∠50°～85°，具拉張-左旋運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，活動(dòng)類(lèi)型以粘滑為主，水平滑動(dòng)速率1.0～3.5mm/a，平均2.2mm/a，垂直滑動(dòng)速率0.8～1.5mm/a，平均1.2mm/a。未來(lái)百年可能發(fā)生地震震級(jí)6.6級(jí)，經(jīng)計(jì)算得到的最大水平位錯(cuò)量為1.4m(范圍值為0.8～1.4m)，垂直位錯(cuò)量0.25m，影響帶寬度約200m。該斷裂100年蠕滑位移設(shè)防建議值水平位錯(cuò)量為0.7m(范圍值為0.49～0.7m)，垂直位移量為0.13m(范圍值為0.09～0.13m)。

觀易干渠引水線(xiàn)路走向與湯郎-易門(mén)斷裂走向近平行，甚至線(xiàn)路9次穿越該斷裂。對(duì)于埋管段來(lái)講，穿越活動(dòng)性斷裂存在以下問(wèn)題：①活動(dòng)斷裂發(fā)生強(qiáng)震時(shí)，斷裂沿線(xiàn)淺地表位錯(cuò)而產(chǎn)生的輸水管抗剪斷問(wèn)題及震中區(qū)輸水管遭受高地震烈度問(wèn)題。②活動(dòng)斷裂蠕滑而產(chǎn)生的累積位移對(duì)輸水管結(jié)構(gòu)的剪切破壞。對(duì)于近斷裂隧洞來(lái)講，則存在圍巖失穩(wěn)塌方的問(wèn)題。因此，對(duì)于與輸水線(xiàn)路相交活動(dòng)斷裂必須加強(qiáng)地質(zhì)學(xué)研究和工程影響分析預(yù)測(cè)，研究與并采取有效工程抗震及抗剪斷應(yīng)對(duì)措施。

4.2 隧洞涌水量分析預(yù)測(cè)

觀易干渠全線(xiàn)共布置甸山頭、簸箕山兩條隧洞。隧洞段位于湯郎-易門(mén)斷裂東側(cè)，F(xiàn)c- 407、Fc- 412、Fc- 416三條次級(jí)斷裂及數(shù)個(gè)小型褶皺與之相交。洞身圍巖為昆陽(yáng)群美黨組(Pt1m)砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖及澄江組(Zac)含礫長(zhǎng)石石英砂巖夾粉砂巖。隧洞除進(jìn)、出口段外，洞身大部位于地下水位以下，鉆孔壓水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，巖體透水率0.50～42.31Lu，以中等透水率為主，局部中等～強(qiáng)。斷裂帶及褶皺核部形成的含水構(gòu)造易成涌水、突水、突泥問(wèn)題。

根據(jù)地形地貌條件、含水層地下水分布及賦存情況，結(jié)合線(xiàn)路鉆孔壓注水試驗(yàn)，選用大氣降雨入滲法及地下水動(dòng)力學(xué)方法，參照SL 629—2014《引調(diào)水線(xiàn)路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》、TB 10049—2004《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式和地下水動(dòng)力學(xué)法公式，對(duì)隧洞涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，隧洞施工涌水量預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

按照隧洞涌水量劃分標(biāo)準(zhǔn)，觀易干渠甸山頭隧洞中段涌水量預(yù)測(cè)為大量涌水級(jí)別，簸箕山隧洞中段涌水量預(yù)測(cè)為中等-大量涌水級(jí)別，較嚴(yán)重影響施工，局部段危及設(shè)備及人身事故安全，排水較困難。甸山頭隧洞、簸箕山隧洞均屬施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)重點(diǎn)區(qū)段。

4.3 施工開(kāi)挖基坑涌水及坑壁穩(wěn)定問(wèn)題

觀易干渠地面建筑物主要為輸水管，線(xiàn)路基本沿西河、勤豐河、沙龍河、祿脿河河流沿岸布設(shè)。地層巖性為第四系沖洪積層(Qalp)及上第三系(N2s)半成巖，物理力學(xué)性質(zhì)差。沿線(xiàn)地表水體分布廣泛，地下水位埋深多在地表以下0～5m范圍內(nèi)。開(kāi)挖坑壁大部為第四系沖、洪積層及第三系半成巖類(lèi)，基礎(chǔ)深度一般在4～6m，地面建筑物開(kāi)挖基坑涌水及邊坡(坑壁)穩(wěn)定問(wèn)題突出。建議施工時(shí)應(yīng)采取有效的排水、截滲措施。

表3 觀易干渠隧洞洞身段涌水量預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

4.4 膨脹土(巖)問(wèn)題

羅茨盆地分布的第三系地層自由膨脹率13.20%～202.50%，均值61.46%，其中自由膨脹率≥40%的膨脹土占比59%，平均值87.66%，局部土層自由膨脹率>90%，羅茨盆地第三系地層大部分具有弱-中等膨脹性，局部具有強(qiáng)膨脹性。觀易干渠引水線(xiàn)路自觀音山分水口至甸山頭隧洞入口基本位于羅茨盆地中，因此，引水線(xiàn)路存在膨脹性土問(wèn)題。建議膨脹土基礎(chǔ)開(kāi)挖施工嚴(yán)格控制含水量變化，基礎(chǔ)埋深大于1.5m，建基面開(kāi)挖預(yù)留20cm厚保護(hù)層并及時(shí)清理封閉，開(kāi)挖邊坡建議坡比放緩，坡面防止干濕變化。

5 結(jié)論

工程區(qū)大致位于楚雄紅巖高原亞區(qū)和昆明巖溶高原湖盆亞區(qū)兩個(gè)地貌單元交界位置。沿線(xiàn)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性差，褶皺及活動(dòng)性斷裂發(fā)育，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)問(wèn)題較繁多。通過(guò)對(duì)羅易干渠地質(zhì)條件及工程地質(zhì)問(wèn)題分析研究，可對(duì)后期工程施工提供指導(dǎo)，亦可為此地區(qū)內(nèi)的其他工程建設(shè)項(xiàng)目提供借鑒。