膠河調水工程輸水隧道地質勘察研究

姜學峰 姜善恩 黃宗章 賈 鵬

(1.膠州市水利局，山東 膠州 266300； 2.青島三峰路橋工程有限公司，山東 青島 266000)

1 概述

調水工程是解決水資源空間分布不均問題的有效途徑[1]。為緩解膠州城區多年的缺水狀況，膠州市擬通過攔蓄膠河地表水，建設引水渠道，使膠河水自西向東輸送至山洲水庫，增大后者向膠州城區的供水能力。在項目建設之前，首先要對工程的地質條件進行勘察，評價其承載建設的穩定性。

2 工程概況

擬建輸水隧道起點位于里岔鎮胡家村東南側，終點位于張應鎮周家小莊東北側，輸水線路全長16.38 km。根據SL 252—2017水利水電工程等級劃分及洪水標準[2]的規定，該工程級別為Ⅲ級，水工建筑物級別為3級，水工隧洞結構安全級別為Ⅱ級。工程場地位于中生代膠萊凹陷盆地中段偏南地帶，區域穩定性良好，基巖為白堊系上統王氏群張應組砂礫巖(KwZ)，構造類型為單斜構造，產狀為NW320°～NW330°，傾角為25°～30°，上覆第四紀堆積物。該地段抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，所屬的設計地震分組為第三組，場地土的標準凍結深度為0.49 m。

3 勘察手段

勘察采取5臺S150型小鉆機進行野外鉆探,采用武漢巖土力學研究所生產的RSM24FD工程動測儀進行波速測試，采用DH-90點荷載儀測定巖石抗壓強度，采用孔內壓水試驗測定洞室地段巖體的滲透系數，同時通過野外踏勘了解隧洞沿線的地形地貌及物理地質現象及其分布，測定出主要巖層的傾向、走向及傾角等參數。

在充分搜集隧洞沿線的地質資料的基礎上，結合有關的規范及相關部門的要求，本次勘察點沿引水隧洞軸線均勻布置，勘探孔間距控制在100 m左右，局部異常地段適當加密了部分勘探點，勘察孔深度控制在隧道底標高以下8 m～15 m，孔深30 m～39 m。勘察點是根據青島水利勘測設計研究院提供的膠河調水工程測量圖及其坐標值測量而定，鉆孔孔口標高采用黃海高程系統，各高程點采用水準儀測量確定，坐標系采用城市獨立坐標系統。

4 勘察結果分析

4.1 地形、地貌特征

該場地地形為中間低兩側高，西側為巖石懸壁，高差8 m左右，向東地勢相對平緩，高差為3 m左右。地貌類型屬河谷地貌，基巖埋深較淺，西側為1 m左右，局部地段基巖裸露，東側地段基巖埋深為2 m～4 m，性質單一，未發現斷裂構造及其他不良地質作用。

4.2 巖土層分析

根據鉆探資料，在勘察深度范圍內，地基土自上而下可分為四個主要巖層：粉土、砂礫巖、粉砂巖、泥巖。取巖芯做抗壓強度點荷載試驗，所得數據統計如表1所示。

表1 各巖層巖芯荷載試驗檢測結果

其中的物理力學指標按下列公式統計：

(1)

(2)

其中，φm為承載力平均值；σf為標準差；φi為巖土的物理學指標參數；n為區段或層位范圍內數據的個數。

求得平均值和標準差以后，可用來檢驗統計數據中應當舍棄的帶有粗差的數據，剔除粗差采用±3倍標準差方法。

巖土參數的變異、修正系數按下式確定：

(3)

(4)

其中，δ為巖土參數的變異系數;γs為統計修正系數。

最終的計算得到承載力標準值φk為：

φk=γsφm

(5)

根據鉆探、標準貫入試驗、室內土工試驗及地區勘察經驗綜合確定，各巖土層承載力特征值見表2。

表2 各巖層物理力學參數一覽表

4.3 地下水特征

該場地地下水較為貧乏，地下水類型為孔隙潛水，主要含水層為全風化—強風化的各類巖層，其中西部全風化—強風化砂礫巖段含水量相對較大，東段泥巖及粉砂巖部分含水量較少，靜止水位埋深約7.0 m，主要補給來源為大氣降水。取水樣進行檢測，其化學成分主要項目如表3所示。

表3 地下水化學成分表

根據DB33/T 1065—2009巖土工程勘察規范(2015)[3]中有關規定進行評價：場地環境水對混凝土結構無腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋在干濕交替環境中有弱腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性。

4.4 場地地震效應

本次隧洞工程勘察共完成波速測試孔18個，完成波速測試323 m。根據波速測試數據，按照SL 203—1997水工建筑物抗震設計規范[4]中有關規定，該場地土類型為堅硬場地土，建筑場地類別為Ⅰ類，該場地為建筑抗震有利地段。

4.5 隧洞圍巖穩定性分析

擬建區段地形起伏不大，西部較為平坦，很少有沖溝發育，東部泥巖地區沖溝較為發育，地形地貌破壞較為嚴重。地貌類型屬于低山丘陵地貌，通過現場踏勘及所收集的區域地質資料，該場地未發現活動性斷裂構造，區域穩定性良好。基巖為沉積巖，埋藏較淺，第四系覆蓋層較薄，厚度較大，但因成巖時間較短，力學性質較差，且巖體中含有較多的粘粒成分，暴露后容易崩解，造成破壞，巖層的結構面走向與隧道軸線的夾角在45°左右，不夠穩定，應采取較為完善的支護措施。

4.6 圍巖滲透性分析

為測定隧洞圍巖的滲透系數，本次勘察共布置了4個壓水試驗孔，分別是zk58,zk63,zk73,zk77，試驗數據統計如表4所示。通過壓水試驗數據可判定，該場區砂礫巖段(zk73號孔以西)圍巖屬于弱透水性，泥巖段(zk73號孔以東)圍巖屬于微透水～不透水層。

表4 壓水試驗結果

5 結論與建議

1)該場地區域穩定性良好，基巖為上統王氏群張應組沉積巖(KwZ)，構造裂隙不發育，穩定性較好，基巖透水性較弱。2)該場地地下水較為貧乏，地下水類型為孔隙潛水，主要含水層為各類全風化～強風化巖體中，靜止水位約7.0 m，主要補給來源為大氣降水。場地環境水對混凝土結構無腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋在干濕交替環境中有弱腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性。3)隧洞施工過程中應設置安全觀測，洞內觀測應包括圍巖變形、圍巖壓力、滲透壓力及支護結構的應力應變等。洞外觀測應包括地表及邊坡的變化情況，如沉陷、位移、震動、地下水位變化及滲漏情況等。如發現安全隱患及時通知相關部門研究解決。4)根據該場地巖土層的工程地質、水文地質特征及擬建隧道的特點，建議擬建隧洞的支護類型采用錨噴掛網支護，必要時采取二次支護或襯砌。