东山供水工程1#隧洞过马厩宽河谷浅埋洞段存在的工程地质问题及建议处理措施

胡绞脐

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 工程地质条件概述

东山供水工程1#隧洞进口位于左权县辽阳镇西河义村西北的清漳西源右岸坡脚，出口位于榆社县箕城镇梁峪村东右岸一冲沟沟口。隧洞进口底高程1 105 m，出口底高程1 095 m，全长30.1 km。

沿线河流及冲沟发育，沿线经过的河流自东向西有马厩河（石柳线）、程家庄河、赤土河等；较大的冲沟有东长义沟、冀家沟、庙沟、川脑沟、马池沟等。隧洞进口处地面高程1 106 m，沿线二兰山山顶最高高程为1 471 m，隧洞出口处地面高程1 093 m，相对高差约378 m，为低中山区。

沿线地层岩性为二叠系下统下石盒子组（P1x）泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、中细砂岩为主，夹铝质泥岩；二叠系上统上石盒子组（P2s）砂岩、页岩、砂质泥岩夹砂质页岩，夹燧石层；二叠系上统石千峰组（∏2ση）紫红色泥岩、砂质泥岩夹中细粒长石砂岩，顶部为厚层中细粒长石砂岩夹紫红色泥岩；三叠系下统刘家沟组（T11）浅灰、紫红色、浅紫色薄～中厚层细粒长石砂岩夹紫红色泥岩间砾岩数层；三叠系下统和尚沟组（T1η）紫红、砖红色泥岩，砂质泥岩夹薄层细粒长石砂岩；三叠系中统二马营组第一亚组（T2e1）厚、中薄层中细粒长石砂岩夹紫红色泥岩及灰绿色页岩；第四系中更新统（Q2p1）淡红色低液限黏土。第四系全新统洪冲积（ Θ4παλ）卵石混合土、级配不良砾（ 砂）夹低液限粉土。

该段引水线路断裂构造不发育，发育宽缓的相间褶皱，主要有任家庄背斜，背斜轴部位于任家庄附近，轴向N20～30°E，延伸长度为32～35 km。主要发育两组节理裂隙：①N20～40°E/NW或SE∠75～88°，裂隙面平直，宽度1～5 mm，多无充填，延伸一般3～8 m，裂隙间距为0.5～2 m；②N40～55°W/NE或SW∠75～85°，裂隙面较粗糙，宽度0.5～1 mm，有少量泥质充填，裂隙间距为1.2～3 m。

地下水类型主要为二叠、三叠系砂岩裂隙水、第四系松散岩类孔隙水。砂岩节理裂隙发育，为主要含水岩层，富水性中等一般。泥岩为相对隔水层，砂岩和泥岩相间，砂岩各含水层间的垂向水力联系较弱。松散岩类孔隙水主要分布于清漳河西源、浊漳河以及云竹河两岸及沟谷中。含水层主要为卵石混合土、级配不良砂、级配不良砾等。富水性较好。地下水主要接受大气降水补给。一般情况下，二叠三叠系砂岩裂隙水补给第四系松散岩类孔隙水。隧洞段岩体透水率为1.0～9.0 Lu，为弱透水性。

隧洞段环境水水化学分析：pH值为7.34～7.69，侵蚀性CO2含量为0，水化学类型为HCO3-Ca型、HCO3-SO4-Ca型。环境水对混凝土无腐蚀性，对混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

砂岩单轴干抗压强度为68.1～122.7 MPa，饱和抗压强度为58.6～102 MPa，抗剪断强度凝聚力（C）为5.54～14.5 MPa、内摩擦角（ φ）为33.2～43.7°。 泥岩单轴干抗压强度为48.9～49.4 MPa，饱和抗压强度为23.0～39.9 MPa，抗剪断强度凝聚力（C）为1.72～5.98 MPa、内摩擦角（ φ）为34.1～49.3°。

2 过马厩宽河谷浅埋洞段存在的工程地质问题及评价

1#隧洞过马厩宽河谷浅埋洞段位于左权县石匣镇马厩村南，起点桩号4+000，终点桩号4+600，全长约600 m。该段隧洞洞底高程1 103.51～1 103.64 m，洞顶高程1 107.41～1 107.54 m，洞高约3.9 m，隧洞断面呈马蹄型。1#隧洞过马厩宽河谷浅埋洞段工程地质剖面见图1。

图1 1#隧洞过马厩宽河谷浅埋洞段工程地质剖面图

1#隧洞过马厩宽河谷浅埋洞段地处清漳河西源支流中，河谷平缓宽阔，谷底宽600～800 m，主河床靠右岸，为长年有水河流，主河床处地面高程1 124 m，左、右两岸坡脚处地面高程1 130 m，隧洞依次下穿主河床、石柳线，河床部位洞顶以上岩土层最薄约为16.5 m，向左、右两岸坡脚处最厚约为22.5 m。

据钻探资料，马厩宽河谷浅埋洞段上覆地层岩性为第四系全新统洪冲积（），表层为淡黄色低液限粉土，其下为卵石混合土、级配不良砾、级配不良砂层，覆盖层总厚15.5～19.9 m，其平均渗透系数在10～20 m/d之间，属强透水层。下伏地层岩性为二叠系上统上石盒子组（P2s）紫红、灰绿、杏黄色泥岩为主夹薄层浅灰紫色粉、细砂岩，其透水率在1.48～8.90 Lu之间，属弱透水岩体。岩层产状N20～30°E/NW∠10～15°。岩体中主要发育N30～40°E和N45～50°W两组高倾角节理裂隙。基岩强风化层厚1～3 m。地下水位埋深1～5 m。

马厩宽河谷浅埋洞段基岩面高程1 107.69～1 110.30 m，地下水位标高1 123.65～1 126.25 m，洞顶高程1 107.41～1 107.54 m，洞顶以上岩体厚度约为0.28～2.76 m，其上土层厚度为15.5～19.9 m，河谷中部洞顶围岩较薄，向左右两岸洞顶围岩逐渐变厚。综合分析，该段围岩类别为Ⅴ类。

马厩宽河谷浅埋洞段的地质条件及成洞条件极差，主要表现在：一是洞顶基岩太薄，洞顶高程略低于基岩面高程，且多为泥岩类软弱岩层和强风化层，岩体强度极差；二是洞顶以上第四系覆盖层较薄，且多为松散的卵石混合土、级配不良砾、级配不良砂层；三是第四系覆盖层中地下水位高，属强透水层，地下水富水性强；四是该段隧洞从常年有水的河流下穿过，另外还从石柳线下穿过。由此带来的主要工程地质问题有两个：一是洞顶围岩太薄，其上为松散覆盖层，且在地下水作用下，从洞顶薄弱部位处上覆饱水卵石混合土、级配不良砾、级配不良砂极易流入隧洞内，施工时极易发生冒顶、坍塌，并造成地面塌陷；二是隧洞位于地下水位之下，洞顶以上第四系松散层富水性强，属强透水层，施工时存在渗水或涌水问题，特别是下穿主河床段时。

3 建议处理措施

针对马厩宽河谷浅埋洞段存在的工程地质问题，建议施工时采取以下工程措施。

洞内处理措施：一是建议采用钢支撑并浇筑混凝土衬砌，并喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，这是《水利水电工程地质勘察规范》GB50487—2008附录N围岩工程地质分类对Ⅴ类围岩支护类型的常规要求。二是考虑到该段隧洞地质条件的复杂性，对该段隧洞还应采用超前锚杆、超前小导管注浆措施，做好超前预支护。在施工过程中一定要按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则进行。

洞外处理措施：一是沿该段隧洞两侧布置适量抽水井，对洞顶以上松散层中地下水进行抽排，降低隧洞沿线的地下水位，减少地下水对隧洞施工的不利影响，同时对松散层也起到了一定的固结压密作用，其强度也有一定程度的提高。二是对隧洞沿线洞顶以上的松散层进行高压旋喷注浆，增大松散层土的摩擦力及凝聚力，提高洞顶以上部位松散层的强度。

在隧洞具体施工时，洞内处理措施是必要的和必不可少的；洞外处理措施视隧洞开挖情况可任选一种方法即可（对其处理效果、投资等比较后确定），如洞内处理措施效果良好，则洞外处理措施也可不予考虑。