出流改道工程地質問題及成因分析與處理措施研究

白文學

（云南能陽水利水電勘察設計有限公司，云南曲靖 655000）

1.工程概況

星云湖、撫仙湖位于云南省玉溪市江川、澄江、華寧三縣境內，是云南省九大高原湖泊中的兩個姐妹湖，屬南盤江水系。星云湖通過唯一出流通道隔河流至撫仙湖。為達到保護撫仙湖、治理星云湖及合理配置玉溪市水資源目的。通過長距離引水工程（出流改道），將水質較差的星云湖水引至玉溪城區，解決了星云湖劣類水流入污染撫仙湖。本工程引水線路進口星云湖邊至九溪出口段長11.88km（隧洞長6491m），引水規模9.2m3/s，包括水利樞紐（含進出口閘、暗渠、頂管和隧洞等）和水質處理（含挺水植物帶和人工濕地）兩部分。工程總投資3.75億元。

2.地質概況

出流改道引水工程區地處云南高原中部，區域構造位于云南山字型構造前弧內，介于普渡河斷裂與小江斷裂之間。引水線受區域斷裂影響，地質構造復雜，次一級斷裂和構造裂隙發育。引水工程穿越地貌單元多，由進口至出口先后經過了湖積盆地、斜坡丘陵、中低山和河谷小盆地；整條引水線既經過了較新的第四系湖積層（Ql）、沖洪積層（QPal）和上第三系（N）地層，又經過較老的震旦系（Z）上統陡山沱組（Zbd）、南沱組（Zbn）、下統澄江組（Zac）地層，經過的地層巖性復雜；引水線跨越了孔隙水、基巖構造裂水和巖溶水等不同的水文地質單元，斷層交匯、構造復雜，其軟基、軟巖、半成巖、斷層破碎帶、涌水涌沙和突水突泥及塌方等不良工程地質問題較多。

3.工程地質問題

出流改道工程建筑物總體布置為：進口挺水植物帶、進水閘、暗渠段（位于星云湖湖積盆地內）、涵管段（星云湖湖積盆地及斜坡丘陵上）中部隧洞段（位于中低山分水嶺區）及出口明渠段、出口閘段、除藻池、人工濕地（位于九溪河谷盆地）。

3.1 進口段工程地質問題

進口段里程樁號分別為：（K0-397～K0-205）挺水植物帶、（K0-205～K0-136）明渠過渡段、（K0-136～K0-104m）閘室段、（K0＋790～K4＋509m）頂（涵）管段，位于星云湖湖積盆地內及斜坡丘陵上，地面高程1720m～1740m。

3.1.1 淤泥質軟基

（K0-397～K0＋790）段為進口挺水植物帶、進水閘、暗渠段，本段長1187.0m，建筑物埋深較淺，施工采取明挖。工程建筑物挺水植物帶―暗渠段，經過地層主要為湖積層（Ql）：粉土、粉質粘土、粉細砂含螺殼、夾軟土或淤泥質透鏡體，粉細砂呈飽和狀。本段建筑物埋深淺，基礎開挖部份地段遇到了軟土、淤泥質及淤泥質土，地基承載力fk＜50kPa，存在基礎承載力較低和不均勻沉陷軟基不良地質問題。

3.1.2 涌水與涌沙

（K0＋790～K4＋509m）頂管段：本段長3719.0m，建筑物較深，采取頂管法施工。由于湖積盆地飽和粉細砂層中的地下水埋藏淺、水位較高，富水性較強（滲透系數K＝5.9×10-2cm/s），施工過程存在涌水與涌沙不良地質問題，較明挖施工難度增大。

3.1.3 地震液化

根據飽和無粘性土或少粘性土的液化破壞機理，場區第四系地層粉細砂層和粉土中，第三系半成巖地層呈粉土和粉細砂狀，宜根椐標準貫入錘擊數復判法，依以下公式判別。當N63.5＜Ncr，地震時砂土會發生液化。

經計算判別：第四系粉細砂層和粉土層中，地表以下0m～15.0m內，標準貫入試驗平均值9.8，小于臨界值平均值14.4擊，存在地震砂土液化問題；15.0m以下砂土相對密實，標貫擊數達17～24擊，大于臨界值，不會產生砂土液化。上第三系半成巖粉細砂巖、粉砂巖、泥巖，標貫擊數達17～29擊，平均值23.1擊，大于臨界值平均值13.5擊，不會發生砂土液化。

3.2 中部隧洞段工程地質問題

里程（K4＋509～K11＋000）為隧洞段。本段總長6491m，地面高程1740m～1910m，隧洞埋深（上覆巖體厚）60m～170m。根據隧洞穿越不同圍巖的工程地質條件，分為10大段，主要工程地質問題有：半成巖軟巖的邊墻擠脹變形，斷層破碎帶涌水涌沙，突水突泥，全強風化帶、斷層破碎帶、不整合接觸帶及Ⅳ、Ⅴ類圍巖的塌方問題等。

3.2.1 軟巖擠脹變形

里程（K4＋509～K4＋730.63）為隧洞進口段，位于上第三系（N）與震旦系（Z）分界的不整合接觸帶上。圍巖為上第三系粉砂巖、細砂巖、泥巖，局部有細礫巖及褐煤線，成巖程度淺，較為疏松。在地表呈陡坡和直立壁狀，一般多可掰碎或捏成散砂及土狀。在洞頂以上地面標貫試驗N＝16～20擊，孔內聲波測試縱波速VP=1200m/s～1400m/s。動泊松比μd為0.38，動彈模Ed為0.4×104MPa，動剪模Gd為0.2×104MPa。

3.2.2 涌水與突水突泥

里程（K6＋470～K7＋099.34）隧洞段長629.34m，為F2-1斷層破碎影響帶，F2-1斷層與隧洞呈30°～40°相交，斷層寬1.5m～2.0m，破碎帶與洞線相交較長，影響帶寬400m～600m，巖性為澄江組（Zac）長石石英砂巖與粉砂質泥巖互層。洞身上下巖體透水率q最大達202Lu，呈中等～強透水、地下水位高、富水性和透水性強。施工時于此部位發生涌水，涌水量達50m3/h,并伴隨大量的泥沙涌出。

里程（10+299～K11+000）隧洞段長701m，隧洞最大埋深90m，地下水高于隧洞底板60m～90m，隧洞處于震旦系下統澄江組（Zac）長石巖屑石英砂巖與上統南沱組（Zbn）冰磧礫巖、泥礫巖和粉砂質頁巖及陡山沱組（Zbd）白云巖的接觸帶及區域大斷層F1及F2-2、F2-3三條斷層交匯帶中。地質條件復雜，構造發育，應力集中，巖層強烈褶皺和扭曲，地層傾角變陡或倒轉，Zac地層逆轉超覆于Zbd之上。其斷層破碎帶及其影響帶寬達388m～400m。斷層帶及影響帶內巖體極破碎，呈散體結構，無自穩能力或自穩能力較差。斷層兩盤為Zbd白云巖夾石英砂巖及Zbn冰磧礫巖含水層，地下水豐富，外水壓力大，承受于隧洞上部的靜水頭達90m。斷層為含水構造，斷層含水富水性強。施工時于此部位發生涌突水，涌水量達100m3/h,并伴隨大量的泥沙涌突出。

4.處理措施

進口段位于星云湖湖積盆地內及斜坡丘陵地帶，所遇到或所出現的工程地質問題主要為：明（暗）渠段與閘室段的淤泥質軟基軟基及飽和沙土地震液化。因埋深較淺，建筑物荷載不是太大，因此對基礎采取木樁與碎石樁基處理。中部隧洞段因埋深較大，地質及構造復雜，尤其是處于斷層交匯帶、不整合接觸帶、強富水性地帶、外水壓力較大、上第三系粘土巖半成巖等洞段，所遇到或所出現的工程地質問題較多。由最初圍巖的擠脹變形、涌水與涌沙、突水與突泥，近而發展和形成塌方。對于管些洞段形成的塌方，主要所采取以下工程處理措施。

通過采用排水降壓以增強圍巖強度，減少其不穩定性。施工中一般采用超前排水管，管長≥6m，間距1.5m～2.0m，水量較大的地方采取深孔超前排水(一般要求≥6m)，在洞室周邊作淺孔排水(一般要求≥2m)，排水段用打孔花管，為避免砂泥質堵塞和流沙細粒物被水帶走而形成空腔，可于其前端用透水的土工布堵塞。采用噴錨、洞頂超前管棚支護3m～6m，并加強橫向和縱向鋼拱架支護，在變形較明顯的地段及時作鋼筋混凝土襯砌及封底支護。

5.結語

本文通過對該工程勘察設計與施工過程中出現的軟土與淤泥質軟基礎、飽和砂土與半成巖地震液化、斷層破碎帶涌水涌沙、突水與突泥、膨脹、擠脹變形、塌方等不良工程地質問題及成因與處理措施，進行了分析與研究，對類似于該工程不良地質問題的分析與處理提供了寶貴經驗，對同行技術人員具有借鑒作用。