滇中引水楚雄州二期工程觀易干渠主要工程地質(zhì)問題分析

韓艷偉，謝 安

(云南省水利水電勘測設(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)際勘察過程中，工程地質(zhì)問題繁雜，亟待解決。本文以楚雄州二期工程觀易干渠為例對所遇到的工程地質(zhì)問題進(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，其對應(yīng)受水區(qū)為祿豐羅茨受水區(qū)。引水線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，線路總長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60.334km，占線路總長的77.52%；倒虹吸3座，長10.421km，占線路總長的13.39%；隧洞2座，長7.077km，占線路總長的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區(qū)中部及南部，占測區(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，線路穿越段總長度約3.2m，占線路段總長度的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，線路穿越段總長度約7.6m，占線路段總長度的42.2%；寒武系下統(tǒng)筇竹寺組(∈1q)頁巖線路穿越段總長度約2.4m，占線路段總長度的3.1%；震旦系澄江組(Zac)雜砂巖、長石石英砂巖，線路穿越段總長度約5.0km，占線路段總長度的6.6%，下元古界昆陽群鵝頭廠組(Pt1e)板巖夾透鏡狀白云巖，線路穿越段總長度約2.0km，占線路段總長度的2.6%，美黨組(Pt1m)板巖線路穿越段總長度約8.6km，占線路段總長度的11.2%。

(2)可溶巖

工程區(qū)可溶巖分布面積較小，占測區(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，線路穿越段總長度約3.1km，占線路段總長度的4.1%；震旦系上統(tǒng)陡山沱組(Zbd)白云巖夾硅質(zhì)白云巖，線路穿越段總長度約0.3km，占線路段總長度的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，見?。湯郎-易門活動(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，沿線分布的泥質(zhì)巖類、板巖類，由于裂隙相對閉合且多為泥質(zhì)充填，透水性差，為相對隔水層；砂質(zhì)巖類、白云巖類及第三、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

賦存于線路沿線第四系、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)。線路沿線處于區(qū)內(nèi)地下水排泄及徑流區(qū)，加之沿線大部地形平緩，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，屬強(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。線路區(qū)以板巖、泥巖、粉砂巖及頁巖為主的地層(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。線路區(qū)強(qiáng)風(fēng)化巖體整體屬強(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)果見表2。

表1 近場區(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

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

4 引水線路主要工程地質(zhì)問題

4.1 湯郎-易門斷裂對引水線路的影響

湯郎-易門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。未來百年可能發(fā)生地震震級6.6級，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)。

觀易干渠引水線路走向與湯郎-易門斷裂走向近平行，甚至線路9次穿越該斷裂。對于埋管段來講，穿越活動(dòng)性斷裂存在以下問題：①活動(dòng)斷裂發(fā)生強(qiáng)震時(shí)，斷裂沿線淺地表位錯(cuò)而產(chǎn)生的輸水管抗剪斷問題及震中區(qū)輸水管遭受高地震烈度問題。②活動(dòng)斷裂蠕滑而產(chǎn)生的累積位移對輸水管結(jié)構(gòu)的剪切破壞。對于近斷裂隧洞來講，則存在圍巖失穩(wěn)塌方的問題。因此，對于與輸水線路相交活動(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，研究與并采取有效工程抗震及抗剪斷應(yīng)對措施。

4.2 隧洞涌水量分析預(yù)測

觀易干渠全線共布置甸山頭、簸箕山兩條隧洞。隧洞段位于湯郎-易門斷裂東側(cè)，F(xiàn)c- 407、Fc- 412、Fc- 416三條次級斷裂及數(shù)個(gè)小型褶皺與之相交。洞身圍巖為昆陽群美黨組(Pt1m)砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖及澄江組(Zac)含礫長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，對隧洞涌水量進(jìn)行預(yù)測評價(jià)，隧洞施工涌水量預(yù)測統(tǒng)計(jì)見表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)測為大量涌水級別，簸箕山隧洞中段涌水量預(yù)測為中等-大量涌水級別，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 施工開挖基坑涌水及坑壁穩(wěn)定問題

觀易干渠地面建筑物主要為輸水管，線路基本沿西河、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)。開挖坑壁大部為第四系沖、洪積層及第三系半成巖類，基礎(chǔ)深度一般在4～6m，地面建筑物開挖基坑涌水及邊坡(坑壁)穩(wěn)定問題突出。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)測統(tǒng)計(jì)表

4.4 膨脹土(巖)問題

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，引水線路存在膨脹性土問題。建議膨脹土基礎(chǔ)開挖施工嚴(yán)格控制含水量變化，基礎(chǔ)埋深大于1.5m，建基面開挖預(yù)留20cm厚保護(hù)層并及時(shí)清理封閉，開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)問題較繁多。通過對羅易干渠地質(zhì)條件及工程地質(zhì)問題分析研究，可對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。