滇中引水楚雄州二期工程觀易干渠主要工程地質問題分析

韓艷偉，謝 安

(云南省水利水電勘測設計研究院，云南 昆明 650021)

1 工程概況

滇中引水工程是近年來云南省最大的引水工程項目。建設任務以解決滇中受水區城鎮生活與工業缺水為主，同時兼顧生態用水和農業用水。滇中引水工程二期工程是在一期的基礎上，進一步對受水區進行分解細化，完善引水工程水資源配置。而楚雄州二期工程作為整個滇中引水重要組成部分，在實際勘察過程中，工程地質問題繁雜，亟待解決。本文以楚雄州二期工程觀易干渠為例對所遇到的工程地質問題進行分析，并提出解決措施，以期為后續工作提代參考和建議。

觀易干渠為滇中引水楚雄州二期工程重要組成部分，其對應受水區為祿豐羅茨受水區。引水線路起于滇中引水一期工程觀音山分水口，終止于祿豐縣土官鎮老鴉關水庫，線路總長76.87km，建筑物形式有輸水管、隧洞、倒虹吸及泵站。其中，輸水管長60.334km，占線路總長的77.52%；倒虹吸3座，長10.421km，占線路總長的13.39%；隧洞2座，長7.077km，占線路總長的9.09%，泵站7座。

2 區域地質概況

3 基本地質條件

3.1 地層巖性

(1)非可溶巖

區內非可溶巖地層廣泛分布于測區中部及南部，占測區分布地層的75%以上。主要有第四系(Q)松散層；上第三系(N2s)砂巖、泥巖等半成巖，線路穿越段總長度約3.2m，占線路段總長度的42.2%；白堊系下統～三疊系上統(k1～T3)泥巖、粉砂巖、砂礫巖及礫巖，線路穿越段總長度約7.6m，占線路段總長度的42.2%；寒武系下統筇竹寺組(∈1q)頁巖線路穿越段總長度約2.4m，占線路段總長度的3.1%；震旦系澄江組(Zac)雜砂巖、長石石英砂巖，線路穿越段總長度約5.0km，占線路段總長度的6.6%，下元古界昆陽群鵝頭廠組(Pt1e)板巖夾透鏡狀白云巖，線路穿越段總長度約2.0km，占線路段總長度的2.6%，美黨組(Pt1m)板巖線路穿越段總長度約8.6km，占線路段總長度的11.2%。

(2)可溶巖

工程區可溶巖分布面積較小，占測區分布地層的20%左右。主要出露地層震旦系上統燈影組(Zbdn)白云質、硅質灰巖、硅質、灰質白云巖，線路穿越段總長度約3.1km，占線路段總長度的4.1%；震旦系上統陡山沱組(Zbd)白云巖夾硅質白云巖，線路穿越段總長度約0.3km，占線路段總長度的0.4%。

3.2 構造

工程區位于武定-石屏隆斷束，斷裂構造較發育，空間展布以南北向、北北東向為主，多為壓扭性斷層，見表1。湯郎-易門活動性斷裂為區域性大斷裂，為由一條主干斷層與多條分支斷層共同組成的斷裂組，其在晚第三紀時期均有活動，其表現式為差異性升降運動和地震。

3.3 水文地質

沿線巖性、構造復雜，節理裂隙發育情況差異較大，水文地質條件復雜。根據巖體透水性的差異，沿線分布的泥質巖類、板巖類，由于裂隙相對閉合且多為泥質充填，透水性差，為相對隔水層；砂質巖類、白云巖類及第三、四系松散層等透水性好，為主要含水層。按地下水賦存的介質條件不同，含水層又可分為基巖裂隙含水層、第三、四系松散層孔隙含水層及觀音山分水口一帶的可溶巖含水層。相應的地下水類型主要有3種：松散層孔隙潛水(包括第四系、第三系)、基巖裂隙潛水及巖溶水。

(1)松散層孔隙潛水

賦存于線路沿線第四系、第三系松散層孔隙中，一般以盆地中的沖積砂卵石層及山麓沖溝口處堆積的洪積碎、塊石及卵礫石層含水較為豐富。觀易干渠楚雄段除甸山頭隧洞、簸箕山隧洞外，線路基本沿羅茨盆地邊緣及勤豐河、沙龍河、祿脿河等河流沿岸布設。線路沿線處于區內地下水排泄及徑流區，加之沿線大部地形平緩，地形坡度一般在5～15°，地下水位埋深0～5m。沖洪積層組成物質一般顆粒較粗，砂卵礫石含量高，松散-稍密，土體透水性較強，滲透系數一般在1×10-2～1×10-1cm/s之間，屬強透水層，階地部位組成物質以粉、粘粒為主，土體透水性相對較弱，滲透系數一般在1×10-3～5×10-3cm/s之間，屬中等透水層。羅茨盆地第三系地層半成巖，呈土狀，滲透系數一般在1×10-2～5×10-4cm/s之間，屬中等透水層。

(2)基巖裂隙潛水

基巖裂隙水賦存于沿線基巖裂隙中，總體富水性較差，受大氣降水補給，向溝谷排泄。線路區以板巖、泥巖、粉砂巖及頁巖為主的地層(N2s、K、J2z、T3s+J1f、∈1q、Pt1e、Pt1m)透水性普遍較弱，以灰巖、砂巖、為主的地層(Zbdn、Zbd、Zac)透水性中等。線路區強風化巖體整體屬強-極強透水層，弱-微風化巖體透水性弱-中等。隧洞鉆孔壓注水試驗結果見表2。

表1 近場區主要斷裂性質表

表2 觀易干渠楚雄段隧洞巖體滲透性成果統計表

(3)巖溶水

巖溶水賦存于沿線局部出露的碳酸鹽巖區段，沿線僅局部地段存在巖溶及巖溶水

4 引水線路主要工程地質問題

4.1 湯郎-易門斷裂對引水線路的影響

湯郎-易門斷裂為晚更新世活動的正斷裂，由北往南分為3段，觀易干渠處于該斷裂中部的羅茨斷裂影響帶內。工程區內斷裂長44km，出露寬度約60m，斷裂產狀為308°～313°∠50°～85°，具拉張-左旋運動性質，活動類型以粘滑為主，水平滑動速率1.0～3.5mm/a，平均2.2mm/a，垂直滑動速率0.8～1.5mm/a，平均1.2mm/a。未來百年可能發生地震震級6.6級，經計算得到的最大水平位錯量為1.4m(范圍值為0.8～1.4m)，垂直位錯量0.25m，影響帶寬度約200m。該斷裂100年蠕滑位移設防建議值水平位錯量為0.7m(范圍值為0.49～0.7m)，垂直位移量為0.13m(范圍值為0.09～0.13m)。

觀易干渠引水線路走向與湯郎-易門斷裂走向近平行，甚至線路9次穿越該斷裂。對于埋管段來講，穿越活動性斷裂存在以下問題：①活動斷裂發生強震時，斷裂沿線淺地表位錯而產生的輸水管抗剪斷問題及震中區輸水管遭受高地震烈度問題。②活動斷裂蠕滑而產生的累積位移對輸水管結構的剪切破壞。對于近斷裂隧洞來講，則存在圍巖失穩塌方的問題。因此，對于與輸水線路相交活動斷裂必須加強地質學研究和工程影響分析預測，研究與并采取有效工程抗震及抗剪斷應對措施。

4.2 隧洞涌水量分析預測

觀易干渠全線共布置甸山頭、簸箕山兩條隧洞。隧洞段位于湯郎-易門斷裂東側，Fc- 407、Fc- 412、Fc- 416三條次級斷裂及數個小型褶皺與之相交。洞身圍巖為昆陽群美黨組(Pt1m)砂質板巖、炭質板巖及澄江組(Zac)含礫長石石英砂巖夾粉砂巖。隧洞除進、出口段外，洞身大部位于地下水位以下，鉆孔壓水試驗統計結果表明，巖體透水率0.50～42.31Lu，以中等透水率為主，局部中等～強。斷裂帶及褶皺核部形成的含水構造易成涌水、突水、突泥問題。

根據地形地貌條件、含水層地下水分布及賦存情況，結合線路鉆孔壓注水試驗，選用大氣降雨入滲法及地下水動力學方法，參照SL 629—2014《引調水線路工程地質勘察規范》、TB 10049—2004《鐵路工程水文地質勘察規程》相關經驗公式和地下水動力學法公式，對隧洞涌水量進行預測評價，隧洞施工涌水量預測統計見表3。

按照隧洞涌水量劃分標準，觀易干渠甸山頭隧洞中段涌水量預測為大量涌水級別，簸箕山隧洞中段涌水量預測為中等-大量涌水級別，較嚴重影響施工，局部段危及設備及人身事故安全，排水較困難。甸山頭隧洞、簸箕山隧洞均屬施工地質超前預報重點區段。

4.3 施工開挖基坑涌水及坑壁穩定問題

觀易干渠地面建筑物主要為輸水管，線路基本沿西河、勤豐河、沙龍河、祿脿河河流沿岸布設。地層巖性為第四系沖洪積層(Qalp)及上第三系(N2s)半成巖，物理力學性質差。沿線地表水體分布廣泛，地下水位埋深多在地表以下0～5m范圍內。開挖坑壁大部為第四系沖、洪積層及第三系半成巖類，基礎深度一般在4～6m，地面建筑物開挖基坑涌水及邊坡(坑壁)穩定問題突出。建議施工時應采取有效的排水、截滲措施。

表3 觀易干渠隧洞洞身段涌水量預測統計表

4.4 膨脹土(巖)問題

羅茨盆地分布的第三系地層自由膨脹率13.20%～202.50%，均值61.46%，其中自由膨脹率≥40%的膨脹土占比59%，平均值87.66%，局部土層自由膨脹率>90%，羅茨盆地第三系地層大部分具有弱-中等膨脹性，局部具有強膨脹性。觀易干渠引水線路自觀音山分水口至甸山頭隧洞入口基本位于羅茨盆地中，因此，引水線路存在膨脹性土問題。建議膨脹土基礎開挖施工嚴格控制含水量變化，基礎埋深大于1.5m，建基面開挖預留20cm厚保護層并及時清理封閉，開挖邊坡建議坡比放緩，坡面防止干濕變化。

5 結論

工程區大致位于楚雄紅巖高原亞區和昆明巖溶高原湖盆亞區兩個地貌單元交界位置。沿線區域構造穩定性差，褶皺及活動性斷裂發育，水文地質條件復雜，地質問題較繁多。通過對羅易干渠地質條件及工程地質問題分析研究，可對后期工程施工提供指導，亦可為此地區內的其他工程建設項目提供借鑒。