引畛濟澗工程施工豎井工程地質條件分析

屈　龍, 閆思泉, 岳永峰, 劉振紅

(黃河勘測規劃設計有限公司,河南 鄭州　450003)

0　引言

新安縣引畛濟澗工程位于河南省洛陽市新安縣境內,自黃河支流畛河引小浪底庫水經過引水隧洞進入新安縣城南側的澗河。工程任務為新安縣城生產、生活供水,恢復澗河灌區。取水口位于小浪底水庫畛河支庫,出口位于縣城南上河村附近澗河邊。根據設計方案,引畛濟澗工程主要采用自流引水,從小浪底庫區最大支流畛河引水至新安縣澗河。供水隧洞長度13.60 km,整個引水線路長約18.66 km,由浮船式泵站及供水管道、引水樞紐和供水隧洞等三大部分組成。按照工程施工總體布置方案,隧洞沿線共布置了6個施工豎井。

1　地質背景

供水隧洞區地貌單元主要屬于黃土塬區,地形起伏大,溝谷切割劇烈,大部分地區被第四系松散地層覆蓋。供水隧洞區出露二疊系、三疊系及新第三系、第四系地層。

二疊系地層巖性由老到新分別為:①山西組(P1s)灰白色厚層粗粒長石石英砂巖,砂質頁巖、硅質泥巖;下部含二1煤層,平均厚度4.81 m。②下石盒子組(P1x)底部為灰白色石英砂巖,其上以砂質頁巖(或泥巖)為主,夾長石石英砂巖。含七2可開采煤層,厚度0.5 m左右,在畛河邊局部出露,為洞子崖煤礦等地方煤礦主要開采煤層。③上石盒子組(P2s)下段以粉砂質泥巖(頁巖)為主,夾灰白色、黃綠色砂巖;中段以灰白色砂巖為主夾紫紅色粉砂質泥巖,本段俗稱平頂山砂巖或馬頭山砂巖;上段暗紫紅色粉砂質泥巖與黃綠色長石石英砂巖組成的韻律沉積層。④上統石千峰組(P2sh)底部為紫灰色灰質礫(結核狀同生礫)巖;下部為較鮮艷的磚紅色粉砂質泥巖;上部為紫紅色粉砂質泥巖夾灰綠色鈣質細砂巖。

三疊系(T)地層下部為紫紅色粉砂巖、粉砂質泥巖與細粒石英砂巖互層,夾透鏡狀礫巖及層間礫巖。中上部為紫紅色、暗紫紅色砂巖、粉砂巖夾粉砂質泥巖(頁巖)。

第三系(N)地層巖性為礫巖、砂礫巖、粉砂巖與紫紅色、淺黃褐色粘土巖互層,韻律層厚度40 m左右,頂部為灰白色泥灰巖。

第四系(Q)中更新統下部為紫紅色、紅褐色富鈣質結核重粉質壤土、粉質粘土,局部地段底部為土加礫石層,上部為黃紅色、棕紅色重粉質壤土夾少量鈣質結核。上更新統為黃褐色黃土狀重粉質壤土夾紅褐色重粉質壤土,底部見碎石或砂礫石透鏡體。全新統以沖洪積的砂、砂礫石及含礫重粉質壤土、重粉質壤土等為主。

工程區地質構造簡單,為單斜構造,地層傾向南東,傾向140°～160°,傾角7°～13°。供水隧洞區內覆蓋嚴重,王良斷層(F1)從工程區穿過。根據區域資料,王良斷層北起焦枝鐵路黃河大橋南岸附近,向215°方向延伸,露頭斷續,經王良抵獅子院以后,為中更新統第一組沖積、洪積層所覆蓋。斷層上盤為三疊系下統劉家溝組,下盤為上第三系砂礫石層與粉砂質泥巖。王良斷層(F1)在供水隧洞區的印溝水庫庫尾出露,斷層以北基巖地層為三疊系劉家溝組,以南為新第三系為主。區內其它地方未見其出露。平頂山砂巖中發育三組優勢節理:第一組0°～35°∠75°～85°,第二組100°～125°∠75°～80°,第三組290°～310°∠80°～85°,節理面一般平直、閉合,多數無充填,密度一般1～2條/m,局部較密達3～4條/m,延伸長度1～8 m。

2　巖體主要物理力學特征及圍巖分類

根據鉆孔巖芯室內物理力學性質試驗結果,新第三系洛陽組(N1l)泥巖為極軟巖;三疊系劉家溝組(T1l)粉砂巖為較硬巖,石英砂巖為堅硬巖;二疊系石千峰組(P2sh)粉砂質泥巖為軟巖;二疊系上石盒子組中段(P2s2)石英砂巖為堅硬巖;二疊系上石盒子組下段(P2s1)砂巖為堅硬巖,粉砂巖與泥質粉砂巖均為較軟巖。為查明隧洞沿線新第三系砂礫巖和第四系砂礫石的密實度,在鉆孔內進行了超重型動力觸探試驗,試驗結果表明,新第三系砂礫巖(N1l)以密實—很密為主,局部稍密—中密;第四系上更新統沖洪積砂礫石層(Q3al+pl)以松散—中密為主,局部密實—很密。

本工程為地下工程,依據《中小型水利水電工程地質勘察規范》(SL55—2005,附錄A),參考《水利水電工程地質勘察規范》(GB50487—2008,附錄N)對引水隧洞及豎井圍巖進行詳細分類。圍巖分類以巖石強度、巖層結構、巖體完整程度為基本依據,以巖層走向與洞軸線的關系、水文地質條件為輔助依據,對引水隧洞及豎井涉及的主要巖組進行了分類。

引水隧洞及豎井圍巖為二疊系下石盒子組。上石盒子組下段、中段和上段,石千峰組、三疊系劉家溝組巖性為石英砂巖、粉砂巖、泥巖的組合,局部夾有煤層。新鮮薄—中厚層石英砂巖夾泥巖圍巖以Ⅲ類為主,粉砂質泥巖(頁巖)夾薄層砂巖圍巖以Ⅳ類為主,三疊系劉家溝組砂巖夾粉砂巖以Ⅱ類為主,中新統(N1l)和上更新統(Q3)主要為Ⅴ類,王良斷層帶為Ⅴ類圍巖,進口段由于局部受采空區及小浪底庫水的影響較大,圍巖類別降低為Ⅴ類。

3　豎井工程地質條件

新安縣引畛濟澗工程引水隧洞全長13.6 km,按照工程施工總體布置方案,隧洞沿線共布置了6個施工豎井。

3.1　1#豎井

布置于畛河右岸半坡(樁號K0+418),豎井呈圓筒型,直徑5m,井口高程369.0 m,井深116.0 m。從上到下可分為兩層,第一層埋深0～54 m,地層巖性為二疊系上統上石盒子組下段(P2s1)粉砂質泥巖夾薄層砂巖,表層巖石風化強烈,呈砂土狀,節理裂隙不發育;埋深0～10 m圍巖類別為Ⅴ類,埋深10～54 m圍巖類別為Ⅳ類。第二層埋深54 m以下,為二疊系下統下石盒子組(P1x)黃綠色砂質頁巖、頁巖(或泥巖)為主,夾長石石英砂巖,埋深90 m處七2煤層可開采,煤層厚度0.48～0.77 m,為地方小煤礦采空區。埋深54～75 m、100 m至井底圍巖類別為Ⅳ類,埋深75～100 m圍巖類別為Ⅴ類。

3.2　2#豎井

布置于鑫地煤礦南側耕地內(隧洞樁號K3+006),豎井呈圓筒型,直徑5m,井口高程392.0 m,井深約140.0 m。豎井穿越地層自上而下可分為7層:第一層0～5 m,為第四系中更新統沖洪積(Q2al+pl)壤土層,厚度5 m左右,圍巖類別為Ⅴ類。第二層5～46.6 m,為二疊系上統上石盒子組中段(P2s2)灰白色砂巖,砂巖堅硬,硅質膠結,厚度約41.6 m,埋深17.5～22.4 m處夾粉砂質泥巖。巖層傾角10°左右,巖體較破碎,發育兩組高傾角節理,沿節理面砂巖弱風化,其中弱風化垂直埋深46.6 m,圍巖類別為Ⅲ類。第三層46.6～52.35 m,為二疊系上統上石盒子組下段(P2s1)泥巖,厚度約5.75 m,圍巖類別為Ⅳ類。第四層52.35～65.3 m,為二疊系上統上石盒子組下段(P2s1)青灰色砂巖,厚度約12.95 m,巖體完整,圍巖類別為Ⅱ類。第五層65.3～140.8 m,為二疊系上統上石盒子組下段(P2s1)砂巖與粉砂質泥巖互層,厚度約75.5 m,巖體較完整,局部段較破碎,圍巖類別為Ⅳ類。第六層140.8～153 m,為二疊系上統上石盒子組下段(P2s1)砂巖夾粉砂質泥巖,厚度約12.2 m,巖體較完整,圍巖類別為Ⅲ類。第七層153～155 m,為二疊系下統上石盒子組(P1x)灰白色砂巖夾少量紫灰色粉砂質泥巖,夾有煤層,厚度約1 m,巖體較完整,圍巖類別為Ⅲ類,施工中應進行有害氣體監測。

3.3　3#豎井

3.4　4#豎井

3.5　5#豎井

布置于陳溝灣村北側山坡耕地內(隧洞樁號K9+122),進口部位地形坡度較緩,平均坡度12°左右。豎井呈圓筒型,直徑5 m,井口高程365.0 m,井深約112.0 m。

3.6　6#豎井

布置于連霍高速以北、S246省道路基東側的果園內(隧洞樁號K11+080)。豎井呈圓筒型,直徑5 m,井口高程352.2 m,井深102.0 m。

4　各豎井工程地質問題及處理措施

各施工豎井由于穿越地層不同所存在的工程地質問題也不盡相同,綜合來看主要問題有圍巖穩定問題、涌水問題、有害氣體問題、老采空區問題?？傮w來說,1#～4#豎井條件相對較好,但局部圍巖類別較差;5#、6#豎井成井條件較差。各豎井工程地質問題及處理措施見表1。

表1　豎井圍巖分類及工程地質問題一覽表

5　結語

從地質條件來看引畛濟澗工程隧洞和豎井穿越的地層巖性主要是砂巖、泥巖、頁巖、礫巖、泥灰巖,多數為較軟巖或軟巖,圍巖條件不理想;穿越采空區,存在涌水、有毒氣體等工程地質問題。本文重點分析了施工豎井的工程地質條件、工程地質問題及處理措施。引水工程重點是引水隧洞,而施工豎井的順利完成是保證工程全面展開和完成的必要條件。豎井在開挖過程中,應高度重視所存在的工程地質問題,及時采取有效的處理措施,以免造成不必要的損失。

參考文獻：

[1]閆思泉,劉振紅,岳永峰,等.新安縣引畛濟澗工程初步設計階段工程地質勘察報告[R].鄭州:黃河勘測規劃設計有限公司地質工程院,2013.

[2]工程地質手冊編寫委員會.工程地質手冊[M].第四版.北京:中國建筑工業出版社,2007.