胶河调水工程输水隧道地质勘察研究

姜学峰 姜善恩 黄宗章 贾 鹏

(1.胶州市水利局，山东 胶州 266300； 2.青岛三峰路桥工程有限公司，山东 青岛 266000)

1 概述

调水工程是解决水资源空间分布不均问题的有效途径[1]。为缓解胶州城区多年的缺水状况，胶州市拟通过拦蓄胶河地表水，建设引水渠道，使胶河水自西向东输送至山洲水库，增大后者向胶州城区的供水能力。在项目建设之前，首先要对工程的地质条件进行勘察，评价其承载建设的稳定性。

2 工程概况

拟建输水隧道起点位于里岔镇胡家村东南侧，终点位于张应镇周家小庄东北侧，输水线路全长16.38 km。根据SL 252—2017水利水电工程等级划分及洪水标准[2]的规定，该工程级别为Ⅲ级，水工建筑物级别为3级，水工隧洞结构安全级别为Ⅱ级。工程场地位于中生代胶莱凹陷盆地中段偏南地带，区域稳定性良好，基岩为白垩系上统王氏群张应组砂砾岩(KwZ)，构造类型为单斜构造，产状为NW320°～NW330°，倾角为25°～30°，上覆第四纪堆积物。该地段抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，所属的设计地震分组为第三组，场地土的标准冻结深度为0.49 m。

3 勘察手段

勘察采取5台S150型小钻机进行野外钻探,采用武汉岩土力学研究所生产的RSM24FD工程动测仪进行波速测试，采用DH-90点荷载仪测定岩石抗压强度，采用孔内压水试验测定洞室地段岩体的渗透系数，同时通过野外踏勘了解隧洞沿线的地形地貌及物理地质现象及其分布，测定出主要岩层的倾向、走向及倾角等参数。

在充分搜集隧洞沿线的地质资料的基础上，结合有关的规范及相关部门的要求，本次勘察点沿引水隧洞轴线均匀布置，勘探孔间距控制在100 m左右，局部异常地段适当加密了部分勘探点，勘察孔深度控制在隧道底标高以下8 m～15 m，孔深30 m～39 m。勘察点是根据青岛水利勘测设计研究院提供的胶河调水工程测量图及其坐标值测量而定，钻孔孔口标高采用黄海高程系统，各高程点采用水准仪测量确定，坐标系采用城市独立坐标系统。

4 勘察结果分析

4.1 地形、地貌特征

该场地地形为中间低两侧高，西侧为岩石悬壁，高差8 m左右，向东地势相对平缓，高差为3 m左右。地貌类型属河谷地貌，基岩埋深较浅，西侧为1 m左右，局部地段基岩裸露，东侧地段基岩埋深为2 m～4 m，性质单一，未发现断裂构造及其他不良地质作用。

4.2 岩土层分析

根据钻探资料，在勘察深度范围内，地基土自上而下可分为四个主要岩层：粉土、砂砾岩、粉砂岩、泥岩。取岩芯做抗压强度点荷载试验，所得数据统计如表1所示。

表1 各岩层岩芯荷载试验检测结果

其中的物理力学指标按下列公式统计：

(1)

(2)

其中，φm为承载力平均值；σf为标准差；φi为岩土的物理学指标参数；n为区段或层位范围内数据的个数。

求得平均值和标准差以后，可用来检验统计数据中应当舍弃的带有粗差的数据，剔除粗差采用±3倍标准差方法。

岩土参数的变异、修正系数按下式确定：

(3)

(4)

其中，δ为岩土参数的变异系数;γs为统计修正系数。

最终的计算得到承载力标准值φk为：

φk=γsφm

(5)

根据钻探、标准贯入试验、室内土工试验及地区勘察经验综合确定，各岩土层承载力特征值见表2。

表2 各岩层物理力学参数一览表

4.3 地下水特征

该场地地下水较为贫乏，地下水类型为孔隙潜水，主要含水层为全风化—强风化的各类岩层，其中西部全风化—强风化砂砾岩段含水量相对较大，东段泥岩及粉砂岩部分含水量较少，静止水位埋深约7.0 m，主要补给来源为大气降水。取水样进行检测，其化学成分主要项目如表3所示。

表3 地下水化学成分表

根据DB33/T 1065—2009岩土工程勘察规范(2015)[3]中有关规定进行评价：场地环境水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替环境中有弱腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。

4.4 场地地震效应

本次隧洞工程勘察共完成波速测试孔18个，完成波速测试323 m。根据波速测试数据，按照SL 203—1997水工建筑物抗震设计规范[4]中有关规定，该场地土类型为坚硬场地土，建筑场地类别为Ⅰ类，该场地为建筑抗震有利地段。

4.5 隧洞围岩稳定性分析

拟建区段地形起伏不大，西部较为平坦，很少有冲沟发育，东部泥岩地区冲沟较为发育，地形地貌破坏较为严重。地貌类型属于低山丘陵地貌，通过现场踏勘及所收集的区域地质资料，该场地未发现活动性断裂构造，区域稳定性良好。基岩为沉积岩，埋藏较浅，第四系覆盖层较薄，厚度较大，但因成岩时间较短，力学性质较差，且岩体中含有较多的粘粒成分，暴露后容易崩解，造成破坏，岩层的结构面走向与隧道轴线的夹角在45°左右，不够稳定，应采取较为完善的支护措施。

4.6 围岩渗透性分析

为测定隧洞围岩的渗透系数，本次勘察共布置了4个压水试验孔，分别是zk58,zk63,zk73,zk77，试验数据统计如表4所示。通过压水试验数据可判定，该场区砂砾岩段(zk73号孔以西)围岩属于弱透水性，泥岩段(zk73号孔以东)围岩属于微透水～不透水层。

表4 压水试验结果

5 结论与建议

1)该场地区域稳定性良好，基岩为上统王氏群张应组沉积岩(KwZ)，构造裂隙不发育，稳定性较好，基岩透水性较弱。2)该场地地下水较为贫乏，地下水类型为孔隙潜水，主要含水层为各类全风化～强风化岩体中，静止水位约7.0 m，主要补给来源为大气降水。场地环境水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替环境中有弱腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。3)隧洞施工过程中应设置安全观测，洞内观测应包括围岩变形、围岩压力、渗透压力及支护结构的应力应变等。洞外观测应包括地表及边坡的变化情况，如沉陷、位移、震动、地下水位变化及渗漏情况等。如发现安全隐患及时通知相关部门研究解决。4)根据该场地岩土层的工程地质、水文地质特征及拟建隧道的特点，建议拟建隧洞的支护类型采用锚喷挂网支护，必要时采取二次支护或衬砌。