龍泉水庫引水線路及庫區工程地質評價

李新善，馬軍衛

（1.重慶水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 400020；2.山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

山西省萬家寨引黃南干寧武供水工程的供水范圍為寧武縣，其建設任務是：向寧武縣提供新增工業和城鎮供水。本工程從萬家寨引黃南干線7#隧洞的小狗兒澗支洞取水，沿支洞底埋設管道至洞口外，選擇在洞口下游1.5 km處的原小狗兒澗村興建龍泉水庫進行水量調節，以解決萬家寨樞紐每年8—9月份排洪調沙期間不能引水的問題。

龍泉水庫位于神池縣的小狗兒澗村附近，此水庫作為調節水庫，采用土工膜庫盆全防滲，正常蓄水位1 450 m，總庫容400萬m3。該流域面積為4.4 km2，河道長度4.03 km，河道縱坡59.1‰。龍泉水庫是海河流域永定河水系恢河支流上的一座調蓄水庫，其作用是保證下游用水。

2 龍泉水庫引水線路工程地質情況

2.1 龍泉水庫引水線路工程地質描述

龍泉水庫設計擬從萬家寨引黃南干線7#隧洞的小狗兒澗支洞取水，通過管道輸水至龍泉水庫。輸水線路位于小狗兒澗溝近源頭部位，沿線地勢起伏不平，沖溝發育，地面高程1 450～1 510 m。輸水線路全長1.85 km。

管線段發育的地層巖性由上到下依次為：

（1）第四系全新統洪沖積卵石混合土，卵礫石成分主要為灰巖、白云巖，漂石含量5%～8%，卵石含量20%～30%，礫含量30%～45%，砂含量18%～25%，粉黏粒含量2%～5%。厚0～6 m。分布于小狗兒澗溝谷底。

（2）第四系上更新統坡洪積物（Q3pdl），巖性淡黃色低液限粉土，結構松散，多呈硬塑狀，土質不均。其物理力學指標天然狀態下含水率：5.5%～17.8%，平均值為10.0%，天然密度：1.39～1.66g/cm3，平均值為 1.48g/cm3，干密度 1.23～1.55g/cm3，平均值為 1.35 g/cm3，孔隙比：0.737～1.185，平均值為1.003，天然壓縮系數av值0.13～0.64MPa-1，平均值為 0.38MPa-1，飽和壓縮系數 av值 0.19～1.25MPa-1，平均值為0.70 MPa-1，屬中等～高壓縮性土。垂直滲透系數：1.99×10-4～1.04×10-3cm/s，平均值：5.31×10-4cm/s，水平滲透系數：3.52×10-4～1.78×10-3cm/s，平均值：5.31×10-4cm/s，具中等～弱透水性。飽和抗剪強度凝聚力c值：10.8～27.7 kPa，平均值15.3 kPa，內摩擦角 φ 值：18.0°～25.0°，平均值：20.6°。自重濕陷系數：0.004～0.039，濕陷系數：0.006～0.056，具濕陷性，厚 2～12m。

（3）奧陶系中統上馬家溝組，巖性為淺灰色中厚～厚層白云質灰巖、灰巖。區內地質構造簡單，主要為單斜巖層，塊狀構造，巖溶較發育，主要為溶隙和溶孔，局部發育管道狀巖溶，巖層產狀N15°E/SE∠25°～29°。巖體中主要發育兩組節理裂隙：①N50°～60°W/NE 或 SW∠65°～85°，②N35°～45°E/NW 或 SE∠65°～80°，裂隙面多平直光滑，延伸較長，裂隙寬一般為0.1～0.3 cm，裂隙間距一般為0.5～2.0 m，泥或鈣質充填、半充填，部分裂隙閉合，局部有寬大張性裂隙，寬1.0～2.5 cm。厚度大于50 m，主要分布于小狗兒澗兩岸及谷底。沿線地下水位埋深大，對工程無影響。

2.2 龍泉水庫引水線路工程地質評價

水平距離0+000～0+286 m段，進水線路沿小狗兒澗支洞洞底布置，管基置于奧陶系上馬家組灰巖，工程地質特性好；水平距離0+286～1+850 m，進水線路基本沿小狗兒澗溝布置，管基埋深3～5 m，管基置于第四系上更新統坡洪積低液限粉土層。低液限粉土具有濕陷性，濕陷性土層厚約7.0 m，根據場地的濕陷性評價，場地屬自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級，建議采取相應的處理措施，以消除地基濕陷性。建議臨時開挖坡度：基巖1∶0.3，低液限粉土1∶0.75。地基承載力建議值：基巖1.0～1.5 MPa，低液限粉土70～80 kPa。

3 龍泉水庫庫區地質情況

3.1 龍泉水庫庫區地質描述

龍泉水庫位于寧武縣斗溝村北約1.0 km。二級公路崞五線南側小狗兒澗溝上游處，設計擬修建均質土壩，水庫正常蓄水位1 050 m時，水庫回水長度約0.9 km，庫容400萬m3。

3.1.1 庫區工程地質條件

龍泉水庫位于恢河一支流小狗兒澗上游，其流向N77°E，兩岸山體不對稱，右岸山體雄厚，山頂高程為1 550～1 600之間，左岸為一突出山包，山頂高程1 467 m。地面高程1 440 m以下溝谷峽窄，呈“V”型，溝谷寬 20～50 m，兩岸坡度較陡，一般 50°～70°；地面高程1 440 m以上地勢寬緩，兩岸地面坡度10°～20°。庫區兩岸及庫尾沖溝較發育，呈樹枝狀，支溝溝底坡降較大。沖溝無流水，僅在雨季有洪水。在庫尾現有一水塘。

庫區出露的地層為古生界奧陶系和新生界第四系地層。現將地層巖性由老至新分述如下：

（1）奧陶系中統上馬家溝組（O2S）。巖性為淺灰色中厚～厚層白云質灰巖、灰巖，巖性堅硬，巖溶較發育，主要為溶隙、溶孔等，底部角礫狀泥灰巖，巖性較軟弱。本組厚度約200 m，主要分布于小狗兒澗溝谷底部及兩岸。

（2）第四系上更新統坡洪積（Q3dpl）。淡黃色低液限粉土，含砂低液限粉土，多呈硬塑狀，結構松散，厚2～12 m，分布于溝谷兩岸。

（3）第四系全新統洪沖積（Q4pal）。巖性為卵石混合土、級配不良礫，卵礫石成分主要為灰巖、白云巖，顆粒組成漂卵石含量20%～45%，礫含量30%～55%，砂含量15%～25%，粉黏粒含量1%～5%，不均一。據滲水試驗資料，卵石混合土、級配不良礫層滲透系數5～18 m/d。厚0～4 m，主要分布于小狗兒澗谷底。

（4）人工堆積物。巖性為低液限粉土、碎石土，厚0～4 m，主要分布于庫尾小水庫壩址及壩址采石場一帶。

水庫區地質構造較簡單，斷裂構造不發育，為單斜巖層，巖層產狀N15°E/SE∠25°～29°。巖體中主要發育兩組節理裂隙，其產狀分別為：①N50°～60°W/NE 或 SW∠65°～85°，②N35°～45°E/NW或SE∠65°～80°，裂隙面多平直光滑，延伸較長，裂隙寬一般0.1～0.3 cm，裂隙間距一般0.5～2.0 m，泥或鈣質充填、半充填，部分裂隙閉合，局部有寬大張性裂隙，寬1.0～2.5 cm。

3.1.2 水文地質條件

根據地下水的賦存條件，水庫區內地下水類型可分為：松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水兩種類型。

松散巖類孔隙水主要賦存于庫區兩岸及河床松散地層中。地下水主要接受大氣降水補給。

碳酸鹽巖類裂隙巖溶水賦存于庫區奧陶系碳酸鹽巖地層中。其補給來源主要為大氣降水補給，其富水性主要受地層巖性、地質構造、巖溶發育程度和地形地貌等因素制約，一般富水性較好，水量較豐富。庫區屬碳酸鹽巖類裂隙巖溶水補給、徑流區，地下水主要向恢河方向徑流排泄。庫區內地下水位埋深大，鉆孔深度范圍內均未能揭露。

庫區第四系上更新統坡洪積物低液限粉土天然狀態下含水率：4.5%～18.7%，平均值為：9.5%，天然密度：1.44～1.63 g/cm3，平均值為：1.54g/cm3，干密度：1.26～1.53g/cm3，平均值為：1.41g/cm3，孔隙比：0.756～1.139，平均值為：0.917，天然壓縮系數av1-2值：0.13～0.65 MPa-1，平均值為：0.26 MPa-1，飽和壓縮系數av1-2值0.20～1.01 MPa-1，平均值為：0.43 MPa-1，屬中等～高壓縮性土。垂直滲透系數：8.38×10-5～5.41×10-4cm/s，平均值：3.46×10-4cm/s，水平滲透系數：4.03×10-4～9.31×10-4cm/s，平均值：6.09×10-4cm/s，滲透性等級為中等透水。飽和抗剪強度凝聚力c值7.0～27.0 kPa，平均值：12.2 kPa，內摩擦角 φ 值：18.0°～25.0°，平均值：21.7°。自重濕陷系數：0.004～0.039，濕陷系數：0.006～0.056，具濕陷性。該層厚度：6～15 m，分布于庫區兩岸。

3.2 龍泉水庫庫區地質問題及評價

3.2.1 庫區滲漏

水庫兩岸在正常蓄水位以下地層主要為上更新統坡洪積低液限粉土，溝底為全新統洪沖積卵石混合土，溝底及兩岸側壁部分段奧陶系上統上馬家溝組白云質灰巖裸露。

低液限粉土滲透系數8.38×10-5～5.41×10-4cm/s，滲透性等級為弱～中等透水性；河床卵石混合土滲透系數8～18 m/d，滲透性等級為中等～強透水性；奧陶系灰巖節理裂隙和巖溶發育，據鉆孔壓水試驗單位透水率28～158 Lu，滲透性等級為中等～強透水性。且庫內地下水位埋深較大，鉆探深度內未能揭露。庫區存在永久滲漏問題，且滲漏量較大，建議采取水平防滲方式對全庫盆進行防滲，確保水庫蓄水。

3.2.2 庫岸穩定

在庫區回水范圍內，兩岸多為土質岸坡，僅近壩址處左岸部分為巖質岸坡。土層為上更新統坡洪積（Q3dpl），巖性多為低液限粉土、低液限黏土層。基巖為奧陶系中統上馬家溝組白云質灰巖，巖層產狀 N15°E/SE∠25°～29°，傾向溝內偏下游側。

水庫區兩岸土質為低液限粉土層，土質較疏松，兩岸邊坡坡30°～60°，多大于10°，水庫兩岸土質邊坡存在坍岸問題，建議結合庫區防滲進行削坡。庫區近壩址區左岸基巖裸露，巖層傾向溝內，且傾角較大，存在岸坡穩定問題，建議削坡。此處，庫區兩岸Q3dpl低液限粉土具濕陷性，應采取必要措施進行處理。

3.2.3 庫區淹沒與浸沒

水庫庫區范圍內無工礦企業、居民點、墳墓和重要的地下礦產分布等。

4 結束語

通過對龍泉水庫引水線路及庫區范圍的工程地質描述，及其工程地質評價，論證了工程地質的合理性，為工程的順利實施提供了地質情況參考。