黃土地區引調水線路主要工程地質問題及完善策略探討

□王小兵（新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所）

0 引言

所謂的引調水工程就是為了能夠滿足部分地區在供水、灌溉、生態用水等方面的需求，修建的一種跨水系、跨區域的水資源優化配置工程。目前比較典型的調水工程主要有江水北調、引黃濟青以及南水北調等。引調水工程主要包括調出區、調入區、受水區以及輸水線路區等。具體有首部取水樞紐、輸水建筑物、控制建筑物以及各種交叉建筑物和調蓄水庫等組成。取水方式分為自流式與提水式兩種。在建設過程中，必定會出現一定程度的工程地質問題，特別是黃土地區。

1 黃土地區概述

黃土具有明顯的物理力學性質，最主要的特征表現在成分上，其成分主要以粉粒為主，碳酸鈣成分與孔隙較多，正是因為在成分與結構上的特性決定了其工程地質性質，具體見表1。結合黃土地區的農業、工業的發展現狀來看，其都呈現出一定程度的增長，經濟增長的同時水資源的緊缺問題也愈發明顯，再加上人口的增長，生活用水的增加，最近關于黃土地區第五引調水線路的勘察工作也在進行。但是關于黃土地區的工程地質問題的研究卻嚴重不足，雖然進行了一定程度的勘察工作，但是由于沒有具體的勘察標準其最終的勘察結果難以成為有效憑證。

2 黃土地區引調水線路主要工程地質問題

2.1 黃土渠道地質問題

2.1.1 渠道滲漏

新建的黃土渠道工程，在最初期的通水過程中，經常發生水未到達目的地就已經滲完。在資料收集的過程中發現，部分引調水工程已經采用了各種措施防止其滲透，但是其滲漏問題仍然比較嚴重。渠道滲漏的長期存在會引發一系列的工程地質問題。

表1 第四系全新統洪積黃土物理力學性質指標統計表

2.1.2 渠道濕陷變形

具體表現為地表下沉、邊坡塌陷等。主要原因為當渠道的設置通過存在濕陷的新黃土或者是最近堆積的黃土，在通水的過程中因為滲漏問題導致黃土浸潤而出現濕陷。

2.1.3 渠基不穩

發生渠基不穩的主要階段是黃土陡峻斜坡地段，具體表現為渠基出現了位移以及渠堤出現決口現象，這類工程地質問題不僅存在于濕陷較為嚴重的地區，也出現在濕陷不敏感地區，區別在于主要表現形式不同。導致這種問題的發生是因為泥石流的影響以及滑坡現象，特別是在新堆積的黃土斜坡與滑坡體處。

2.1.4 高邊坡不穩

主要是設計施工中存在缺陷，導致高邊坡出現崩塌現象，如果遇到暴雨或者地震等災害就會引發滑坡。該地質問題輕則掩埋渠槽，重則摧毀渠道。

2.2 黃土隧洞地質問題

2.2.1 濕陷性黃土隧洞問題

該地質問題的出現主要是因為隧洞地基遇水導致隧道襯砌遭到破壞。

2.2.2 飽和黃土隧洞問題

該類地質問題主要的破壞形式表現為片幫、塌方、管涌、底鼓等。其導致的破壞主要有兩種形式，一種是當飽和黃土隧洞在開挖之后，整個洞室內的土體處于一種凌空狀態，其應力發生改變，再加上動水壓力的作用，出現滲透破壞。另一種形式則是在開挖之后，地下水流態發生變化，由原來的平靜狀態變成向洞室內排泄狀態，水力坡降突然升高，在承受了較大的動水壓力作用下出現變形破壞。

2.3 黃土邊坡地質問題

邊坡坡比問題。坡型、坡高以及坡比之間是存在關聯的，在一定的地質條件下，總坡比與總坡高要形成一定的比例關系才能夠保持坡體的穩定。邊坡過高，需要設置平臺才能夠保證排水等工作的順利進行。低邊坡可以采用直線型或者是梯形。坡型的選擇十分重要，其對邊坡的穩定有著重要影響。

2.4 渠系建筑物

不同的引調水工程采用的渠系建筑物也不同。關于渠系建筑物的工程地質問題，其主要因素還是黃土地基的濕陷變形，具體表現為渠系建筑物對黃土地基有一定的負荷，如果是非自重濕陷性黃土在渠系建筑物的載荷下就會導致濕陷變形的發生，如果是自重濕陷其變形將更加嚴重。

3 有效解決黃土地區引調水線路工程地質問題的措施

3.1 有效解決黃土渠道問題的措施

3.1.1 針對自重濕陷黃土渠道地基的處理

第一步采用小斷面形式開挖渠道，同時將已經出現的黃土洞穴和裂隙等問題進行處理；第二步，將渠槽浸入水中，使其濕陷；第三步，根據設計圖紙對渠道進行斷面施工，針對Ⅱ級非自重濕陷黃土渠道以及Ⅲ級自重濕陷黃土渠道采用原土翻夯1m，增加3:7的灰土30 cm，針對Ⅲ級以上的自重濕陷黃土渠道采用原土翻夯1.50～2m，增設3:7的灰土50 cm；第四步，做好防滲防沖襯砌工作；第五步，完成通水。

3.1.2 針對非自重濕陷黃土地基的處理

第一步，進行渠道開挖工作，處理洞穴隱患；第二步，進行試通水；第三步，做好防滲、防沖襯砌工作；第四步，正式通水。

3.1.3 黃土洞穴隱患處理，做好回填工作

針對渠基泉水處理，可以采用泉眼倒流、分層排水、明溝排水等方式。針對濕陷變形出現的渠道裂縫處理采用翻土夯實、封閉處理。

3.2 有效解決黃土隧洞問題的措施

3.2.1 關于飽和黃土隧洞的穩定問題

采用排水固結飽和土隧洞方式是一種較為有效的方法。具體說明，陜西某高層建筑地基為飽和黃土，為解決穩定問題，采用井點降水方式，開挖了4個直徑1.50m，深25m的降水井，該方式使得土層得到固結，其強度得到提高，承載力提高，同時又有效排除了地下水。

3.2.2 關于濕陷黃土隧洞穩定問題的解決措施

甘肅省某隧洞在濕陷性黃土地區采用了全斷面掛兩層鋼絲網抹3 cm厚400#水泥砂漿，形成一個剛性防滲層，防滲效果良好。

3.3 有效解決黃土邊坡問題的措施

3.3.1 排水處理

具體可以采用天溝、側溝、平臺排水溝三種方式。其中的平臺排水溝需要根據具體的當地降雨量設計。天溝就是在邊坡的頂部具體開口線10m處設置排水天溝。側溝則是設置在高邊坡地段的邊界。平臺排水溝主要是設置在年降雨量超過300mm的地區。

3.3.2 護坡處理

暖溫帶半干旱半濕潤地區采用植物防護，中溫帶半濕潤地區采用工程與植物防護結合的方式。中溫帶干旱氣候采用工程防護。

3.4 有效解決渠系建筑物的措施

針對濕陷性黃土地基應該根據渠系建筑物的具體濕陷類型、濕陷黃土的厚度、濕陷系數、自重濕陷系數進行處理，主要的處理方法有墊層法、夯實法、擠密法、預浸水法和化學加固法。

4 結語

總之，針對黃土地區第五引調水線路中主要工程地質問題，需要做到具體問題具體分析與解決。同時還需要考慮到當地的具體地質條件以及環境因素，結合已有的工程經驗有效提高引調水工程的有效性。

[1]尚彥軍,曲永新,周昆叔，等.南水北調中線工程沿線文物分布特征及其受渠道工程影響的模糊評價[J].工程地質學報,2012,11(2):102.

[2]咸付生,柴寶.山西萬家寨引黃工程總干線濕陷性黃土工程地質特征及隧洞變形破壞的工程處理[J].工程地質學報,2013,17(4):152-153.

[3]張永雙,曲永新,周瑞光.南水北調中線工程上第三系膨脹性硬粘土的工程地質特性研究[J].工程地質學報,2013,16(4):132-133.

[4]黃志全,劉建周,王學潮，等.南水北調西線一期工程的主要工程地質問題[J].中國地質災害與防治學報,2013,21(3):186.

[5]譚成軒,胡秋韻,秦向輝，等.日本M_W9.0級大地震前后華北和東北地區現今構造應力作用調整過程與研究意義探討[J].地學前緣,2015,13(1):149.

[6]杜建軍,黎敦朋,馬寅生，等.18.7萬年前的高速遠程古滑坡:來自陜西華縣蓮花寺滑坡體上覆黃土光釋光(OSL)測年的證據[J].第四紀研究,2013,17(5):385-386.