南水北調配套工程入老觀寨水庫隧洞工程地質條件分析與評價

□王海旺 □祁安嶺

（1湯陰縣水務局湯河庫渠管理所；2河南省水利勘測有限公司）

0 引言

南水北調供水配套工程19號線入老觀寨水庫方案原設計為西壩頭壩下穿管方案，施工期設計根據業主要求對入庫方案進行了調整，初步選定在東壩頭東側隧洞入庫方案，線路長約1000m，設計洞高4.30m，洞寬3.60m，洞底板高程138.68～143.24m。

1 工程地質概況

工程場區位于松散土覆蓋崗地上，揭露地層巖性主要為第四系松散層和上第三系中新統洛陽組軟巖，分為7個巖土體單元，分述如下：①黃土狀輕壤土（alplQ3）：褐黃色，可塑，針狀孔隙發育，含少量鈣質結核，層厚0.60～5.10m。②重粉質壤土（dlplQ2）：棕黃、淺棕紅色，硬塑，含有鈣質結核，層厚0.60～2.80 m。③粘土巖（N1L）：棕紅、棕黃色，硬塑，含較多白色鈣質團塊，成巖差，層厚 0.70～5.60m。④粉砂巖（N1L）：灰黃色，含鈣質團塊，成巖較差，未膠結，層厚 6.90～19.40m。④-1粘土巖（N1L）：棕黃色，硬塑狀，含大量鈣質團塊，成巖差，層厚2.50～11.30m。⑤砂質粘土巖（N1L）：棕紅、棕黃色，堅硬至硬塑，含大量鈣質團塊，成巖差，層厚1.40～8.20m。⑥細砂巖（N1L）：灰黃至灰白色，偶見小礫石，局部鈣質微膠結，最大揭露厚度10.30m。⑥-1粘土巖（N1L）：棕紅色，堅硬至硬塑狀，見有鈣質團塊，成巖差，層厚0.90～1.50 m。⑦粘土巖：棕黃、棕紅色，硬塑，見有鈣質團塊，局部成巖較好，最大揭露厚度6.60m。各巖土體物理、力學性指標建議值見表1。

2 水文地質概況

場區地下水分為第四系潛水、上第三系裂隙水及承壓水。第四系潛水和第三系裂隙水為混合水，賦存于黃土狀輕壤土底部和粘土巖及粉砂巖中，水位高程132.58～153.15m。第三系承壓水賦存在細砂巖中，頂板高程134.80～140.30m，承壓水頭9.20～16.50m。場區地表水、地下水對混凝土和鋼筋均無腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。各土巖體滲透試驗成果見表2。

表1 巖土體物理、力學性能指標表

表2 巖土體滲透試驗成果表

3 地質構造和地震基本烈度

場區大地構造分區位于華北準地臺黃淮海坳陷西南部，新構造分區位于豫皖隆起至坳陷區中部，地震動峰值加速度為0.10g，相當于地震基本烈度Ⅶ度區。

4 主要工程地質問題分析

工程場區主要工程地質問題有：施工降排水問題、承壓水頂托破壞問題、圍巖穩定問題、邊坡穩定問題。

4.1 施工降排水問題

場區第四系孔隙潛水水位高程132.58～153.15m。開挖埋管段潛水水位高程約132.58m，建基面高程130.38m，潛水位高于基礎底面1～2m；隧洞段，洞底板高程138.68～143.24m，底板位于潛水位之下；進水塔段潛水水位高程151.18m，建基面高程141.74m，位于潛水位以下，基坑臨近庫區，建基面低于庫水位?？梢钥闯觯核矶淳€全線施工均存在施工降排水問題。

4.2 承壓水頂托破壞問題

隧洞段存在上第三系軟巖承壓水，細砂巖為承壓水含水層，砂質粘土巖為承壓水隔水層頂板，頂板高程134.80～140.30m，承壓水頭9.20～16.50m。該段洞底高程139.00～143.24m，底板以下隔水層厚度局部僅1.20m。根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）附錄W進行抗滲流穩定性計算，結果列于表3：

γm（t+Δt）/pw≥1.1

式中：γm—透水層以上土的飽和重度（kN/m3）。

t+Δt—透水層頂面距基坑底面的深度（m）。

pw—含水層水壓力（kPa）。

表3 抗滲流穩定性計算成果表

可以看出：樁號0+341.50～0+957.10隧洞段洞底板抗滲流穩定性安全系數＜1.10，存在承壓水頂托破壞問題。另外，進水塔樁基礎施工需穿透承壓水頂板，承壓水頭高于建基面，樁基施工時需考慮下部承壓水的影響。

4.3 隧洞圍巖穩定性問題

隧洞1段(樁號0+171.50～0+267.65)：洞身圍巖黃土狀輕壤土具有輕微濕陷性，重粉質壤土、粘土巖具膨脹潛勢，雨水入滲或干濕交替會導致土體強度降低，在重力作用下易產生崩塌或冒頂，影響隧洞洞體穩定。

隧洞2段(樁號0+267.70～0+957.10)：洞身圍巖粘土巖大部分具中等膨脹潛勢，干濕交替易產生膨脹破壞，粉砂巖大部分未膠結，在施工開挖過程中易出現坍塌、冒頂等穩定問題。洞底板距承壓水頂板1.20～16m，大部分隧洞底板存在承壓水頂托破壞問題。

4.4 邊坡穩定問題

進、出口洞臉和進水塔段基坑均為土巖雙層結構邊坡，進水塔段基坑開挖深度15～20m，屬于高邊坡、深基坑，構成邊坡的黃土狀輕壤土豎向裂隙發育，具輕微濕陷性，重粉質壤土和粘土巖具弱至中等膨脹潛勢，干濕交替易產生膨脹破壞，邊坡穩定性差。

5 工程地質條件及評價

5.1 進口埋管段

進口埋管段基礎持力層為粘土巖、粉砂巖，承載力標準值分別為300kPa和350kPa，承載力較高。溝槽開挖深度3～7m，存在臨時邊坡穩定問題，建議邊坡施工采用分段快速作業法，必要時采取支護措施。建議臨時邊坡比：黃土狀輕壤土1：1.25～1：1.50，重粉質壤土和粘土巖 1：1.50～1：1.75。基坑底板位于地下水位以下，建議采取降排水措施。

5.2 隧洞段

隧洞1段(樁號0+171.50～0+267.65)：該段隧洞底板大部分位于潛水位之下，存在施工降排水問題，建議采取洞室降排水措施。洞身圍巖巖性主要為黃土狀輕壤土和重粉質壤土、粘土巖，雨水入滲或干濕交替會導致土體強度降低，易產生崩塌或冒頂，存在洞身圍巖穩定性問題，建議采用“邊掘進邊支護”的快速作業法。

隧洞2段(樁號0+267.70～0+603.80)：該段隧洞底板大部分位于粘土巖和粉砂巖層中，位于潛水位之下，且樁號0+341.50至0+957.10段底板距承壓水頂板僅1.20至9.70m，抗滲流穩定性安全系數＜1.10，存在承壓水頂托破壞問題。建議隧洞開挖前先采取降排水措施，尤其是預先降低下部的承壓水水位，防止承壓水頂托破壞。該段洞身圍巖粘土巖具中等膨脹潛勢，粉砂巖大部分未膠結，易產生坍塌或冒頂，存在洞身圍巖穩定問題，建議采用“邊掘進邊支護”的快速作業法。另外粉砂巖局部存在鈣質膠結層，掘進施工較困難。

隧洞進、出口洞臉：存在邊坡穩定問題，建議采用適宜的邊坡支護措施。建議永久邊坡坡比≥1：2.00，黃土狀輕壤土基坑臨時邊坡采用1：1.25至1：1.50，重粉質壤土和粘土巖采用1：1.50 至 1：1.75。

5.3 進水塔

進水塔建基面巖性為粉砂巖和粘土巖，承載力標準值分別為300kPa、350kPa，承載力較高，但是粘土巖具中等膨脹潛勢，應注意粘土巖地基的保護，建議采取快速開挖封閉作業法。進水塔建基面位于地下水位以下，且距離水庫較近，建基面處于庫水位以下，建議采取基坑降排水措施。進水塔基坑臨時邊坡為土巖雙層結構，深度大、邊坡穩定性差，建議采取邊坡支護措施。另外，進水塔樁基礎施工需穿透第三系軟巖承壓水頂板，承壓水頭高于進水塔基礎底板，樁基施工時需考慮下部承壓水的影響。