南水北调配套工程入老观寨水库隧洞工程地质条件分析与评价

□王海旺 □祁安岭

（1汤阴县水务局汤河库渠管理所；2河南省水利勘测有限公司）

0 引言

南水北调供水配套工程19号线入老观寨水库方案原设计为西坝头坝下穿管方案，施工期设计根据业主要求对入库方案进行了调整，初步选定在东坝头东侧隧洞入库方案，线路长约1000m，设计洞高4.30m，洞宽3.60m，洞底板高程138.68～143.24m。

1 工程地质概况

工程场区位于松散土覆盖岗地上，揭露地层岩性主要为第四系松散层和上第三系中新统洛阳组软岩，分为7个岩土体单元，分述如下：①黄土状轻壤土（alplQ3）：褐黄色，可塑，针状孔隙发育，含少量钙质结核，层厚0.60～5.10m。②重粉质壤土（dlplQ2）：棕黄、浅棕红色，硬塑，含有钙质结核，层厚0.60～2.80 m。③粘土岩（N1L）：棕红、棕黄色，硬塑，含较多白色钙质团块，成岩差，层厚 0.70～5.60m。④粉砂岩（N1L）：灰黄色，含钙质团块，成岩较差，未胶结，层厚 6.90～19.40m。④-1粘土岩（N1L）：棕黄色，硬塑状，含大量钙质团块，成岩差，层厚2.50～11.30m。⑤砂质粘土岩（N1L）：棕红、棕黄色，坚硬至硬塑，含大量钙质团块，成岩差，层厚1.40～8.20m。⑥细砂岩（N1L）：灰黄至灰白色，偶见小砾石，局部钙质微胶结，最大揭露厚度10.30m。⑥-1粘土岩（N1L）：棕红色，坚硬至硬塑状，见有钙质团块，成岩差，层厚0.90～1.50 m。⑦粘土岩：棕黄、棕红色，硬塑，见有钙质团块，局部成岩较好，最大揭露厚度6.60m。各岩土体物理、力学性指标建议值见表1。

2 水文地质概况

场区地下水分为第四系潜水、上第三系裂隙水及承压水。第四系潜水和第三系裂隙水为混合水，赋存于黄土状轻壤土底部和粘土岩及粉砂岩中，水位高程132.58～153.15m。第三系承压水赋存在细砂岩中，顶板高程134.80～140.30m，承压水头9.20～16.50m。场区地表水、地下水对混凝土和钢筋均无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。各土岩体渗透试验成果见表2。

表1 岩土体物理、力学性能指标表

表2 岩土体渗透试验成果表

3 地质构造和地震基本烈度

场区大地构造分区位于华北准地台黄淮海坳陷西南部，新构造分区位于豫皖隆起至坳陷区中部，地震动峰值加速度为0.10g，相当于地震基本烈度Ⅶ度区。

4 主要工程地质问题分析

工程场区主要工程地质问题有：施工降排水问题、承压水顶托破坏问题、围岩稳定问题、边坡稳定问题。

4.1 施工降排水问题

场区第四系孔隙潜水水位高程132.58～153.15m。开挖埋管段潜水水位高程约132.58m，建基面高程130.38m，潜水位高于基础底面1～2m；隧洞段，洞底板高程138.68～143.24m，底板位于潜水位之下；进水塔段潜水水位高程151.18m，建基面高程141.74m，位于潜水位以下，基坑临近库区，建基面低于库水位。可以看出：隧洞线全线施工均存在施工降排水问题。

4.2 承压水顶托破坏问题

隧洞段存在上第三系软岩承压水，细砂岩为承压水含水层，砂质粘土岩为承压水隔水层顶板，顶板高程134.80～140.30m，承压水头9.20～16.50m。该段洞底高程139.00～143.24m，底板以下隔水层厚度局部仅1.20m。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）附录W进行抗渗流稳定性计算，结果列于表3：

γm（t+Δt）/pw≥1.1

式中：γm—透水层以上土的饱和重度（kN/m3）。

t+Δt—透水层顶面距基坑底面的深度（m）。

pw—含水层水压力（kPa）。

表3 抗渗流稳定性计算成果表

可以看出：桩号0+341.50～0+957.10隧洞段洞底板抗渗流稳定性安全系数＜1.10，存在承压水顶托破坏问题。另外，进水塔桩基础施工需穿透承压水顶板，承压水头高于建基面，桩基施工时需考虑下部承压水的影响。

4.3 隧洞围岩稳定性问题

隧洞1段(桩号0+171.50～0+267.65)：洞身围岩黄土状轻壤土具有轻微湿陷性，重粉质壤土、粘土岩具膨胀潜势，雨水入渗或干湿交替会导致土体强度降低，在重力作用下易产生崩塌或冒顶，影响隧洞洞体稳定。

隧洞2段(桩号0+267.70～0+957.10)：洞身围岩粘土岩大部分具中等膨胀潜势，干湿交替易产生膨胀破坏，粉砂岩大部分未胶结，在施工开挖过程中易出现坍塌、冒顶等稳定问题。洞底板距承压水顶板1.20～16m，大部分隧洞底板存在承压水顶托破坏问题。

4.4 边坡稳定问题

进、出口洞脸和进水塔段基坑均为土岩双层结构边坡，进水塔段基坑开挖深度15～20m，属于高边坡、深基坑，构成边坡的黄土状轻壤土竖向裂隙发育，具轻微湿陷性，重粉质壤土和粘土岩具弱至中等膨胀潜势，干湿交替易产生膨胀破坏，边坡稳定性差。

5 工程地质条件及评价

5.1 进口埋管段

进口埋管段基础持力层为粘土岩、粉砂岩，承载力标准值分别为300kPa和350kPa，承载力较高。沟槽开挖深度3～7m，存在临时边坡稳定问题，建议边坡施工采用分段快速作业法，必要时采取支护措施。建议临时边坡比：黄土状轻壤土1：1.25～1：1.50，重粉质壤土和粘土岩 1：1.50～1：1.75。基坑底板位于地下水位以下，建议采取降排水措施。

5.2 隧洞段

隧洞1段(桩号0+171.50～0+267.65)：该段隧洞底板大部分位于潜水位之下，存在施工降排水问题，建议采取洞室降排水措施。洞身围岩岩性主要为黄土状轻壤土和重粉质壤土、粘土岩，雨水入渗或干湿交替会导致土体强度降低，易产生崩塌或冒顶，存在洞身围岩稳定性问题，建议采用“边掘进边支护”的快速作业法。

隧洞2段(桩号0+267.70～0+603.80)：该段隧洞底板大部分位于粘土岩和粉砂岩层中，位于潜水位之下，且桩号0+341.50至0+957.10段底板距承压水顶板仅1.20至9.70m，抗渗流稳定性安全系数＜1.10，存在承压水顶托破坏问题。建议隧洞开挖前先采取降排水措施，尤其是预先降低下部的承压水水位，防止承压水顶托破坏。该段洞身围岩粘土岩具中等膨胀潜势，粉砂岩大部分未胶结，易产生坍塌或冒顶，存在洞身围岩稳定问题，建议采用“边掘进边支护”的快速作业法。另外粉砂岩局部存在钙质胶结层，掘进施工较困难。

隧洞进、出口洞脸：存在边坡稳定问题，建议采用适宜的边坡支护措施。建议永久边坡坡比≥1：2.00，黄土状轻壤土基坑临时边坡采用1：1.25至1：1.50，重粉质壤土和粘土岩采用1：1.50 至 1：1.75。

5.3 进水塔

进水塔建基面岩性为粉砂岩和粘土岩，承载力标准值分别为300kPa、350kPa，承载力较高，但是粘土岩具中等膨胀潜势，应注意粘土岩地基的保护，建议采取快速开挖封闭作业法。进水塔建基面位于地下水位以下，且距离水库较近，建基面处于库水位以下，建议采取基坑降排水措施。进水塔基坑临时边坡为土岩双层结构，深度大、边坡稳定性差，建议采取边坡支护措施。另外，进水塔桩基础施工需穿透第三系软岩承压水顶板，承压水头高于进水塔基础底板，桩基施工时需考虑下部承压水的影响。