地下水位變化對渠道基礎的影響分析

吳 超

（新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

1 工程概況

新疆北疆供水一期工程位于阿勒泰地區福?？h境內，全長約134 km，是一項以解決烏魯木齊經濟區、北疆油田的城市供水和工業用水及沿線生態用水的跨流域、長距離調水工程。渠道引水流量為68 m3/s，加大75 m3/s，工程規模屬大型二等工程。渠道設計上口寬24 m，底寬4 m，渠深5.4～6.2 m，邊坡 1 ∶2，渠道縱坡為 1/10000～1/12500。

2 基本工程地質條件

（1）地形地貌：渠道位于準噶爾盆地西北部邊緣，渠線先后穿越E河Ⅳ級階地和剝蝕起伏的平原地貌。地形總體東高西低，北高南低，由北東向南西逐漸降低，屬剝蝕起伏的平原，觀測渠道段主要分布在軟弱平緩的古近系地層之上，地形平坦開闊，局部段有沖洪溝穿越渠道，沖溝1～2 m深，寬2～5 m不等。

（2）地層巖性：觀測段渠道廣泛分布有古近系、第四系地層，僅渠首段分布有古生界泥盆系地層，為泥盆統北塔山組（D2b）凝灰質粉砂巖、石英砂巖，巖層產狀 310°SW∠75°，D2b與石炭系地層呈斷層接觸，與上覆古近系地層呈角度不整合接觸，該地層主要分布在渠道樁號2+000～4+750段。渠道樁號4+750以后渠道段廣泛分布古近系漸新統烏倫古河組（E2～3w）地層，巖性為灰、桔黃夾磚紅色、桔黃、褐、灰色泥質砂巖、砂質泥巖、石英砂巖、含礫石英砂巖，產狀為60°NW∠3～5°。第四系上更新統沖積物（Q3al），巖性為砂礫石，厚3～5 m，主要分布在渠首河床Ⅳ級階地處。全新統洪坡積物（Q4pl+dl），巖性為含礫粉土質砂、厚1～5 m，主要分布在各級臺地斜坡地帶及沖溝內。全新統殘積物（Q4el）：巖性為含礫粉土質砂，厚0.5～2 m不等，主要分布在剝蝕起伏的平臺前緣及坡麓地帶。

（3）地質構造：渠道位于準噶爾坳陷盆地西北邊緣隆起部位，工程區內主要發育古近系地層，地層產狀60°NW∠3°～5°，近水平，經受構造活動次數少，區域構造相對簡單。根據渠線地面地質測繪及隧洞，渠道施工開挖揭露出一些小構造裂隙，以走向 310°～320°的裂隙較發育：其次是走向 60°～70°的張性和張扭性裂隙。E河斷裂在渠線樁號1+953～2+193處通過，斷層產狀 290°NE∠75°～85°，與渠道走向交角 70°。

（4）水文地質條件：在渠道施工開挖情況看，沿渠道基本未見地下水出露，個別地段地層潮濕，有少許基巖裂隙潛水?；鶐r裂隙水分布于古近系的泥巖、砂巖、砂礫巖中。泥巖的滲透系數在 2.1×10-7～8.8×10-8cm/s之間，為極微透水層，砂巖滲透系數在1.8×10-6～8.9×10-7cm/s之間，為微透水～極微透水層；砂礫巖、含礫砂巖地層滲透系數在 1.4×10-4～7.1×10-4cm/s、3.5×10-5～9.4×10-5cm/s，為中等透水～弱透水層。據勘察資料渠道沿線施工深度范圍基本無地下水或有少許的基巖裂隙水。在渠道所經過的一些洼地、沖溝，由于地表暫時性洪流的入滲，加之下部水平泥巖的阻水作用，局部段形成上層滯水，埋藏深淺與相對不透水層有關，水量貧乏。

3 渠道基礎地下水位變化分析及對渠道的破壞影響

針對渠道53 km以前，基礎以泥巖、砂巖為主渠道段，每到春季融雪期或秋季渠道停水期均有渠道滑坡、變形破壞現象發生。本次結合渠道挖、填方形式及襯砌破壞、滑坡情況確定16個斷面，總計布置了63眼觀測孔，每個斷面布置3～4眼觀測孔，渠道左右岸各2眼，其中1眼布置于渠堤上，井深設計為12 m，另1眼布置于渠體外側，井深設計為15 m。對各觀測孔的水位進行一年觀測。本文選取其中具有代表性的典型斷面之一進行分析。

該斷面位于渠道樁號6+862處，該段渠道為半挖半填渠道，據孔巖芯資料可知，該段渠道渠體部分上部為人工填筑砂或含細粒土砂，其成分為風化砂巖或含礫砂巖，深度在1.8～2.4 m，以下至孔底為風化砂巖或泥質砂巖，其中砂巖的滲透系數為1.9×10-6cm/s，泥質砂巖的滲透系數為6.1×10-7cm/s。該斷面觀測孔布設完成時渠道尚未通水，根據勘察資料可知（見圖1）：①孔內地下水位左岸接近渠底，略高于渠底高程，右岸孔內地下水位低于渠底高程，總體表現為向右岸方向補給（渠道內無水）；②左岸ZG38號孔水位略高于ZG37孔水位，表現為渠道下部水向左岸邊補給趨勢；③右岸渠堤外地形低洼，ZG39孔水位高于ZG40孔水位，表現為向右岸地形低洼方向補給。對觀測孔長觀一年后可知（見圖2～5）：①5月渠道通水后，觀測孔水位明顯升高，9月渠道停水后，觀測孔水位明顯下降，觀測孔水位與渠道水位有明顯的同步性，且略有滯后，說明渠道有一定滲漏量產生。②由于渠堤兩側地層滲透系數小，觀測孔水位低于渠水位1.5～2.5 m；③在渠道停水后（9月中旬～10份）以后觀測孔水位表現為緩慢下降，這時地下水補給渠水。

圖1 渠道樁號6+682段橫剖面圖

圖2 觀測孔水位與渠道水位對比圖

圖3 觀測孔水位與渠道水位對比圖

圖4 觀測孔水位與渠道水位對比圖

圖5 觀測孔水位與渠道水位對比圖

通過上述看出該段渠道基礎主要以泥巖、砂巖為主，滲透系數較小，基礎范圍內地層中基本無地下水位。渠道運行過程中受渠道滲漏入滲補給影響，在渠體基礎地層范圍內形成了局部上層滯水，此時為渠道水補給地下水，徑流方向為渠道水向兩岸方向徑流。渠道停水以后，由于失去了補給水源，地下水徑流方向發生了翻轉，改由渠道兩岸向渠道內徑流。由于兩岸地層向渠道內滲水，且渠底未設置排水設施，導致滲水無法及時從渠體內排出，造成泥巖基礎膨脹，砂巖基礎浸水軟化，土體強度降低，從而形成渠道滑坡破壞或變形破壞。

4 結論

通過對該段渠道基礎內地下水位一年的觀測看出，渠體基礎受渠道滲漏影響而產生局部上層滯水，在以泥巖、砂巖為基礎的渠道中，該部分上層滯水會在渠道停水后反滲回渠道內，影響渠道邊坡穩定。要抑制此種破壞產生，可在渠坡設置排水體，并在渠底設置排水設施，可及時將滲水排出保證渠道邊坡穩定。

[1]張斌.黔中水利樞紐桂松干渠下苑段軟基渠道工程地質評價[J].黑龍江水利科技,2015(2):73-74.

[2]李廣誠,嚴福章.南水北調工程概況及其主要工程地質問題[J].工程地質學報，2004(12):354-360.