高堂茂

榆神供水隧洞地質(zhì)分析

高堂茂

（陜西省榆林市榆陽(yáng)區(qū)興源水電工程有限公司，陜西榆林719300）

榆神供水隧洞穿越黃土高原和沙漠過(guò)渡區(qū)，線路里程長(zhǎng)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物理力學(xué)性質(zhì)差異巨大，對(duì)隧洞所處的地質(zhì)、地形、巖性以及不良地質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果認(rèn)為：工程區(qū)無(wú)斷裂構(gòu)造，隧洞區(qū)出露地層自新至老分別第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積層及三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組砂、泥巖和砂泥巖互層等，主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為崩塌，地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。需對(duì)崩塌隱患進(jìn)行處理，確保工程順利施工。

榆神供水工程；隧洞；地質(zhì)；分析

1 概況

榆神供水工程計(jì)劃在黃河右岸神木縣萬(wàn)鎮(zhèn)上下游西豆峪至界牌19.36 km范圍內(nèi)修建22眼黃河漫灘水水源井抽取地下水，經(jīng)集水管道匯集至一級(jí)泵站前池，經(jīng)一級(jí)泵站提升后經(jīng)過(guò)1#隧洞輸送至陰會(huì)溝泥沙庫(kù)沉沙后再經(jīng)數(shù)級(jí)泵站提升，通過(guò)隧洞及壓力管道，輸送至榆神工業(yè)區(qū)進(jìn)行處理使用。

隧洞穿越區(qū)域溝谷縱橫，地面侵蝕劇烈，地形極其破碎。地面侵蝕主要受禿尾河、陰會(huì)溝控制，洞線大體與禿尾河左岸的一系列沖溝正交，兩谷之間的黃土梁峁地面高程一般在1050 m～1150 m，與谷底高差在200 m左右。洞線右側(cè)往東北方向，靠近禿尾河與陰會(huì)溝分水嶺，地面高程增加，洞線左側(cè)往西南方向，靠近禿尾河谷，地面高程漸低。為確保供水隧洞施工安全，需對(duì)隧洞地質(zhì)的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行分析評(píng)估。

2 工程地質(zhì)

榆神供水隧洞為整個(gè)供水工程的核心部分。經(jīng)過(guò)野外勘探和地質(zhì)勘察，其地質(zhì)主要情況為：

2.1 地層巖性

勘察區(qū)位于黃土高原與毛烏素沙漠的過(guò)渡地帶，新生代在晚白堊紀(jì)緩慢上升背景上大面積拱起，處于抬升剝蝕區(qū)。自新至老分別為第四系（Q）、新近系（N）、侏羅系（J）、三疊系（T），其中第四系全新統(tǒng)風(fēng)積砂層（Q4eol）主要分布于高家堡以西梁峁表層，巖性為粉細(xì)砂，黃褐色，松散，無(wú)層理，局部見(jiàn)垂直節(jié)理，該層一般厚度約1～15 m，局部大于20 m。新近系上新統(tǒng)靜樂(lè)組半膠結(jié)泥巖（N2j）為一套深紅色粉砂質(zhì)粘土夾鈣質(zhì)結(jié)核層，粘土致密，堅(jiān)硬，潮濕后粘性好，鐵錳質(zhì)薄膜及結(jié)核發(fā)育。侏羅系主要出露地層有侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）和下統(tǒng)富縣組（J1f），巖性上部為薄層黑色泥巖、粉砂巖，下部為中粒石英砂巖，淺灰白色、微帶淺灰褐色，泥質(zhì)膠結(jié)。厚度2.91～28.20 m，西北部厚而東南部薄，平均厚度8.44 m。三疊系僅出露上統(tǒng)，出露地層有瓦窯堡組（T3w）和延長(zhǎng)組（T3y），巖性為一套灰綠、黃綠色厚層狀細(xì)砂巖、粉砂巖與泥巖互層，黃綠、灰黑色泥巖與砂巖、粉砂巖互層，局部夾煤層或煤線。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于中朝大陸板塊之西部、鄂爾多斯拗陷盆地伊陜單斜區(qū)之內(nèi)，基底為堅(jiān)固的前震旦系結(jié)晶巖系，表現(xiàn)在以垂向運(yùn)動(dòng)為主，僅形成一系列沉積間斷假整合面。工程區(qū)構(gòu)造極其簡(jiǎn)單，構(gòu)造變形微弱，為相對(duì)穩(wěn)定的地塊。基巖呈單斜構(gòu)造，巖層傾向西，傾角小于3°，無(wú)構(gòu)造斷裂跡象，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以整體緩慢抬升為主。

2.3 地震

本區(qū)位于鄂爾多斯臺(tái)向斜寬緩的東翼—陜北斜坡上，地殼活動(dòng)相對(duì)微弱，地震烈度僅在2.5度，屬無(wú)震區(qū)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

2.4 水文地質(zhì)

按含水介質(zhì)及水力性質(zhì)，區(qū)內(nèi)地下水可分為第四系松散巖類(lèi)孔隙、裂隙潛水和碎屑巖類(lèi)裂隙水兩大類(lèi)。第四系沖積層孔隙潛水含水層豐要為河漫灘和一級(jí)階地堆積的砂卵石層含水層厚5.0 m～15.0 m不等，水位埋深0.5 m～5.0 m。碎屑巖類(lèi)裂隙潛水賦存于第四系下伏的砂巖風(fēng)化裂隙中，發(fā)育深度差別較大，一般10 m～30 m，河谷區(qū)最深可達(dá)50 m。碎屑巖類(lèi)裂隙承壓水位于碎屑巖類(lèi)風(fēng)化裂隙層之下，巖層裂隙不發(fā)育，受其間泥巖阻隔，碎屑巖類(lèi)砂巖裂隙中賦古的地下水具有承壓性，單井涌水最大多小于l0 m3/d，且水質(zhì)差，礦化度多人于lg/L，對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

3 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、水文及不良地質(zhì)現(xiàn)象，將隧洞路線經(jīng)過(guò)地段劃分為黃土梁峁溝壑區(qū)（Ⅰ）、河流湖泊侵蝕堆積區(qū)（Ⅱ）、山麓斜坡堆積區(qū)（Ⅲ），分別進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 黃土梁峁溝壑區(qū)（Ⅰ）

本區(qū)按地表覆蓋物的不同劃分為無(wú)黃土覆蓋基巖亞區(qū)和黃土覆蓋基巖亞區(qū)。供水隧洞通過(guò)的黃土梁峁溝壑區(qū)，位于喬岔灘至黃河岸邊，海拔高度730 m～1125 m。除緊臨黃河岸邊一帶，均為黃土覆蓋。覆蓋層厚度差異較大，在距離黃河較遠(yuǎn)的地帶，一般梁峁頂部均有較厚的黃土覆蓋，在緊臨黃河岸邊，基巖裸露。受地質(zhì)構(gòu)造及流水切割影響，區(qū)內(nèi)峁渾圓、梁狹長(zhǎng)、溝深切、坡腳崩積物發(fā)育，溝谷沖蝕切割嚴(yán)重。區(qū)內(nèi)管線以無(wú)壓隧道形式通過(guò)，存在主要工程地質(zhì)問(wèn)題為黃土濕陷、崩塌、基巖谷坡風(fēng)化崩塌、風(fēng)化巖體滲漏、半膠泥巖脹縮、隧道淺埋、偏壓等。

對(duì)擬建隧道來(lái)說(shuō)，在洞門(mén)部位應(yīng)充分考慮基巖風(fēng)化崩塌、黃土崩塌、淺埋、偏壓情況；在洞身段，應(yīng)考慮風(fēng)化巖體滲漏問(wèn)題。在埋深較大的地段，隧道處在地下水位以下，輸水隧洞沿程會(huì)得到地下水的補(bǔ)給，對(duì)供水水量有利；處于地下水位以上的地段，輸水隧洞沿程會(huì)有一部分水滲漏補(bǔ)給地下水，對(duì)供水水量不利。

輸水隧洞沿途穿越禿尾河左岸幾條較大的支溝，溝谷深切，隧洞在穿越溝心部位，可能出現(xiàn)淺埋、暴露。設(shè)計(jì)階段應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)件，對(duì)淺埋隧道應(yīng)充分考慮洪水沖刷深度，對(duì)暴露段溝內(nèi)洪水水位有充分估計(jì)，使渡槽或管橋處在洪水位以上通過(guò)。

3.2 河流侵蝕堆積區(qū)（Ⅱ）

本區(qū)主要包括黃河右岸漫灘及禿尾河漫灘、一級(jí)階地，區(qū)內(nèi)存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題包括開(kāi)挖時(shí)滲水、流砂、管涌，地下水土腐蝕、河流沖刷、黃土濕陷等，在施工中，應(yīng)作好灰土墊層防滲。在階地區(qū)，一般分布有村莊、公路等，人類(lèi)活動(dòng)頻繁，交叉干擾大，需在設(shè)計(jì)階段精心布線。

3.3 山麓斜坡堆積區(qū)（Ⅲ）

主要分布于黃土梁峁溝壑區(qū)谷坡坡腳地帶，可分為沖洪積亞區(qū)（Ⅲ1）及崩坡積亞區(qū)（Ⅲ2）。

沖洪積亞區(qū)多為在暴雨時(shí)沿坡面面流形成的堆積，一般分布范圍小，厚度小，巖性受谷坡出露巖性制約，多為黃土狀土、塊碎石，工程地質(zhì)性能差異較大；殘坡積亞區(qū)在區(qū)內(nèi)分布范圍廣，厚度大，巖性以塊石據(jù)多。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，許多崩積物堆積區(qū)，形成巖堆，目前仍在發(fā)育，作為工程建設(shè)場(chǎng)地，受崩塌危脅較大，需對(duì)上部崩塌體進(jìn)行治理后再使用。

3.4 巖土體工程地質(zhì)類(lèi)型及特征

3.4.1 巖土體工程地質(zhì)類(lèi)型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，隧洞區(qū)巖土體按其成因特征，物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等，可分為巖體、半膠結(jié)巖體、土體三大類(lèi)。按巖石堅(jiān)硬程度又可分為較硬巖、較軟巖和軟巖。土體包含了第四系沖洪積、殘坡積、崩積、風(fēng)積等各類(lèi)成因的土層，物理力學(xué)性質(zhì)差異大。

3.4.2 巖土體工程地質(zhì)特征

隧洞線路里程長(zhǎng)，物理力學(xué)性質(zhì)差異巨大。其中風(fēng)積砂土（Q4eol）主要分布于高家堡以西二級(jí)階地及梁峁表層。巖性為粉細(xì)砂，黃褐色，松散，無(wú)層理，土質(zhì)均勻，局部見(jiàn)垂直節(jié)理，厚度變化較大，一般厚度1 m～15 m，局部大于20 m，分布不連續(xù)。一般具非自重或自重濕陷性。壓縮性中等，承載力低，工程地質(zhì)性能較差。碎石土（Q4cl+dl）主要分布于斜坡及坡腳地帶，雜色，稍密，粒徑變化較大，一般粒徑5 cm～50 cm，級(jí)配較差，一般呈棱角狀，母巖成分主要為砂巖、泥巖，成因主要為崩坡積物。該層厚度變化較大，一般厚度1.0 m～5.0 m，分布不連續(xù)。壓縮性較低，承載力中等，工程地質(zhì)性能較差。砂礫卵石土（Q4al+pl）主要分布于河流漫灘、一級(jí)階地及山前洪積扇，可分為砂、礫石、卵石等。級(jí)配較好，母巖成分主要為砂巖、泥巖。該層一般厚度2.0 m～15.0 m，分布較連續(xù)、穩(wěn)定，壓縮性低，承載力高，工程地質(zhì)性能較好。

3.5 不良地質(zhì)現(xiàn)象

隧洞區(qū)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為崩塌，滑坡、泥石流等地質(zhì)現(xiàn)象少見(jiàn)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，禿尾河流域及黃河岸邊物理風(fēng)化程度強(qiáng)裂。極端嚴(yán)寒的氣候條件，是形成物理風(fēng)化的主要原因。特別是冬季，坡面受降水入滲產(chǎn)生凍結(jié)，巨大的凍胨壓力使巖體產(chǎn)生分離、破碎，春季消融時(shí)是崩塌現(xiàn)象的高發(fā)期。由于地層產(chǎn)狀水平，由巖性差異產(chǎn)生的隔層風(fēng)化現(xiàn)象發(fā)育。隔層風(fēng)化后沿巖石絕壁形成大量的崩塌體。崩塌體規(guī)模大。崩塌受風(fēng)化及地形地貌條件控制，谷坡的垂直高度，節(jié)理裂隙及層面與坡面的不利組合等亦是形成崩塌的主要控制條件。

4 結(jié)論

榆神供水工訲隧洞總長(zhǎng)度29.78 km，占整個(gè)供水線路總長(zhǎng)度53.87 km的55.28%。通過(guò)分析評(píng)估得出以下結(jié)論：

（1）工程區(qū)無(wú)斷裂構(gòu)造，層內(nèi)發(fā)育寬緩的波狀起伏及鼻狀隆起、節(jié)理等構(gòu)造。區(qū)內(nèi)黃土多呈披覆狀與下伏地層接觸，其產(chǎn)狀受原始地形控制，隨原始地形起伏。在黃土內(nèi)，垂直節(jié)理發(fā)育，特別是在陡坎邊緣，尤其可見(jiàn)張開(kāi)的垂直節(jié)理。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工程地質(zhì)勘探，隧洞區(qū)出露地層自新至老分別第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積層及三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組砂、泥巖和砂泥巖互層等。

（3）隧洞區(qū)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為崩塌，滑坡、泥石流等地質(zhì)現(xiàn)象少見(jiàn)。擬建隧洞進(jìn)口位于陰會(huì)溝右岸基巖谷坡上部，隧洞出口位于劉魯則溝左岸基巖谷坡下部，均存在崩塌隱患，應(yīng)對(duì)有危險(xiǎn)的崩塌隱患采取必要的工程治理措施。

（4）根據(jù)水質(zhì)分析成果，地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

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1673-9000（2017）02-0181-02

2017-01-05

高堂茂（1971-），男，陜西神木人，工程師，主要從事水利建筑工程施工、設(shè)計(jì)工作。