馱英水庫灌區工程施工地質工作探討

李新利

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 概況

馱英水庫及灌區工程是國務院確定的172項重大節水供水重大水利工程之一，規劃灌溉面積84.12萬畝，灌區工程干渠和支渠總長748.21 km，是廣西左江旱片治理的重要組成部分。工程涉及崇左市江州區、扶綏縣和寧明縣的21個鄉鎮。規劃擬以新建馱英水庫為主要水源，通過修建輸水總干渠和寧明干渠、東干渠、西干渠、客蘭引水渠，連貫該灌區內現有的水源工程，形成一個水量充足、調配能力強和覆蓋面廣的灌溉區域，以實現該區域農業的旱澇保收和作物單產的提高乃至社會經濟的發展。

灌區工程共布置總干渠1條、干渠4條，總長度243.95 km；新建支渠26 條，總長度239.66 km；新建灌溉補水渠道15 條，總長度40.34 km；續建配套支渠24條，總長224.26 km。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

灌區北部為西大明山麓，峰頂海拔500～600 m；南部是十萬大山北坡，峰頂海拔400～600 m，西部為大青山，山頂海拔1256 m。灌區地形趨勢是：西部高，東部低，南北高，中部低。本區地貌明顯受巖性與構造控制，同時，由于測區自中三迭系末即隆起為陸地，各種外力作用對地貌的形成有很大影響。根據地貌的成因分為巖溶地貌及非巖溶地貌，巖溶地貌分為殘峰坡地、丘陵溶蝕谷地、峰林谷地地貌；非巖溶地貌分為低山丘陵地貌、紅層丘陵盆地地貌。地形地貌圖見圖1。

2.2 地層巖性

灌區地層發育較全，除寒武系及志留系外，泥盆系至第四系均有分布，其中石炭系、三迭系分布最廣，二迭系、侏羅系次之。自泥盆系下統上部至三迭系下統主要為碳酸鹽巖相，其余地層以碎屑巖相為主。此外，泥盆系中統至三迭系尚有火山巖夾層（見表1）。

2.3 地質構造

灌區地質構造復雜，初步劃分為：緯向構造、北東向構造。

（1）緯向構造。由崇左復式向斜、十萬大山復式向斜、寧明—上思構造盆地和近東西向的壓扭斷裂及其配套的北北西、北北東向和扭性斷裂組成。

（2）北東向構造。主要褶皺有東羅向斜、扶南山背斜、雷卡向斜；主要斷裂有江州斷裂、渠多斷裂、岜盆斷裂、岜羊斷裂、雷卡斷裂、岜儀斷層、岜儀南斷層等。

2.4 不良物理地質現象及主要工程地質問題

灌區內特殊性巖土主要為第三系巖土及殘坡積紅粘土，不良地質現象主要為巖土膨脹、巖溶塌陷、危巖等。

圖1 地形地貌圖

2.4.1 第三系邕寧群（E2-Ny）砂泥巖工程地質特征

總干渠明江—那佳（樁號Z23+910～Z28+595）和寧明干渠渠首約220 m為第三系邕寧群（E2-Ny）砂泥巖，第三系邕寧群泥巖地層具有膨脹性，并易風化剝蝕形成紅層丘陵，具有和一般性粘土不同的工程地質特征，主要表現在如下幾方面：

（1）土的力學強度比較高，壓縮性比較低。

（2）根據物探測試成果及現場工程地質測繪，該土層厚度變化較大，干渠沿線巖土層厚度為2～8 m。土層的厚度和下伏基巖巖性有密切關系。

（3）膨脹巖土。第三系邕寧群（E2-Ny）泥巖風化后具有脹縮性，對渠道開挖邊坡及渠道基礎穩定有一定的影響，邊坡開挖不能按常規的坡比放坡；根據試驗成果，干渠沿線第三系土層自由膨脹率45%～51%，膨脹潛勢為弱，發育深度一般為2～5 m。

第三系邕寧群地層風化土獨有的工程地質特征，引起的主要工程地質問題有產生裂隙和脹縮、邊坡穩定問題。對明渠開挖邊坡和基礎的穩定有一定的影響。

2.4.2 紅粘土工程地質特征

紅粘土主要分布于東干渠、西干渠、客蘭東干渠，為碳酸鹽巖地區碳酸鹽巖風化形成的殘坡積土。

（1）紅粘土特征。①物理力學性質基本特點：天然含水率、飽和度、塑性界限及天然孔隙比都很高，確具有較高的力學強度和較低的壓縮性；②土層厚度變化較大：根據物探測試和鉆孔揭露，各干渠沿線紅粘土層厚度一般為10～15 m，局部厚度達30 m。土層的厚度和下伏基巖巖性有密切關系，一般來說，石灰巖、白云質灰巖易于巖溶化，巖石表面起伏劇烈，上覆紅粘土層厚度變化很大；泥灰巖、泥質灰巖的巖溶化比較弱，巖體表面比較平整，上覆紅粘土層厚度變化比較小；③上硬下軟的現象：地層從地表向下由硬變軟，土的強度逐漸降低，壓縮性增大。根據勘探鉆孔揭露情況，干渠沿線地下水埋深較大，地下水多低于基巖面，上硬下軟現象不明顯。在羅白渡槽基巖接觸面附近存在相對較軟的下臥層；④脹縮性巖線紅黏土自由膨脹率為3%～90%，具有膨脹性土約占46.4%。根據膨脹潛勢統計：弱膨脹性約占87.9%；中等膨脹性約占11.1%；強膨脹性，約占1%。根據有關膨脹土相關規范，干渠沿線紅粘土主要為碳酸鹽巖風化形成的殘坡積土，紅粘土和次生紅粘土具有膨脹土的一些特征，但在渠道沿線各紅粘土和次生紅粘土分布區域內，土層內未發現有光滑面和擦痕的裂隙發育，在二級階地、山前或盆地邊緣丘陵地帶，地形坡度一般為10°～20°，可見因水流沖刷形成的自然陡坎，高度一般大于1.5 m；鄉村公路的邊坡比一般為1∶1，高度為1.5～3 m，僅見局部滑塌，大部分保存完好；另外，工程地質分區內也未發現因土層脹縮引起地基變形導致房屋破壞的現象。因此，渠道沿線

紅粘土和次生紅粘土雖然具有膨脹土的一些特征，但在土層含水量變化不大的情況下其所表現的脹縮性很弱。

系統階/組巖層代號厚度/m第四系 全新統更新統Qedl Qapl Qal Qp 3～30 4～7 10～17 7～29黃褐色砂土、砂礫石。上部粉質粘土、粘土、砂質土，下部砂礫石。亞粘土、砂礫層與洞穴堆積物。第三系白堊系下統上統邕寧群大坡組新隆組中統那蕩組侏羅系百姓組下統汪門組170～634 6～741 511 98～1278 534～650 294 524 167 330 342 697～1045中統百蓬組370～1581三疊系 二疊系 石炭系 泥盆系下統北泗組羅樓群下組馬腳嶺組E2-Ny2 E2-Ny1 K1d K1x J3 J2ntc J2ntb J2nta J1b2 J1b1 J1w ΠT2b T2b ΠT1b T1b T1lla T1 m 820 179 778 βT1 T1長興組合山組P2c上統下統上統中統茅口階棲霞階P2 h P2 P1 m P1qC3 C2 h下統黃龍組大埔組大塘階巖關階C2d C1d C1y上統D3b D3l 硅質巖中統下統東崗嶺組納標組塘丁組郁江組那高嶺組蓮花山組D3 a D2d D2n D1t D1y D1n D1l 359 26～76 48～116 0～160 187～620 196～282 304～617 84～318 40～174 29～283 0～183 269～-1050 90～410 48～150 173～410 40～147 59～64 136主要巖性及特征棕紅色、黃褐色紅粘土及含碎石紅粘土為主，局部為一般性粘土或碎石土。紫紅色泥巖、粉砂質泥巖夾泥質粉砂巖。灰白色中厚層細砂巖夾泥質粉砂巖、泥巖，底部砂礫石。灰白、紫紅色細砂巖夾泥質粉砂巖。紫紅色中厚層狀細砂巖、泥質細砂巖夾泥巖、礫巖。淺黃灰白厚層含長石石英砂巖夾泥巖，下部砂巖含礫巖。淺黃色中厚層花斑狀細砂巖夾泥質細砂巖、粉砂巖及泥巖。紫紅色薄層泥巖、粉砂質泥巖夾泥質細砂巖、粉砂巖。灰綠色中厚層長石石英砂巖、細砂巖及泥巖。灰黃、紫紅色薄層泥巖、細砂巖、粉砂巖，底部泥巖與含鈣質結核粉砂巖互層。紫紅色厚～中厚狀泥巖、粉砂巖夾泥巖。上部：紫紅色薄～中厚層泥巖、鈣質泥巖夾粉砂巖、細砂巖。下部：灰白、紫紅中厚層細砂巖、異粒砂巖夾含鈣泥巖、泥質粉砂巖及煤纖。酸性火山巖。灰綠色薄層頁巖、粉砂質泥巖、粉砂巖夾細砂巖。酸性火山巖（熔巖、凝灰熔巖、凝灰巖）。灰巖、白云巖、白云質灰巖夾頁巖、泥灰巖、硅質巖。砂巖、泥巖。灰巖、泥灰巖、頁巖夾砂巖。玄武巖。薄層灰巖、白云巖夾頁巖。灰巖、硅質巖。鐵質砂巖、泥巖、鐵鋁巖夾頁巖、硅質巖、菱鐵礦及煤層。鐵鋁巖、硅質灰巖、硅質巖。中厚層～厚層狀灰巖。中厚層～厚層狀灰巖、含硅質結核灰巖厚層狀灰巖夾白云質灰巖、白云巖厚層狀灰巖白云巖、白云質灰巖灰巖、白云質灰巖、白云巖灰巖、硅質巖灰巖白云巖灰巖夾白云巖白云巖、白云質灰巖白云巖、鈣質白云巖砂巖、頁巖頁巖細砂巖、粉砂巖

（2）主要工程地質問題。紅粘土引起的主要工程地質問題有地基不均勻沉降、承載力變化大、產生裂隙和脹縮、邊坡穩定等問題。對渠道基礎和開挖邊坡的穩定有一定的影響。

2.4.3 巖溶

東干渠、西干渠、客蘭東干渠碳酸鹽類巖石分布廣泛，灰巖、燧石灰巖及白云巖等碳酸鹽巖呈大面積連續分布，屬于巖溶發育弱～強烈巖組，東干渠巖溶強發育巖組約占沿線的44.6%，西干渠巖溶強發育巖組約占沿線的32.8%，客蘭干渠巖溶強發育巖組約占沿線的85.2%。

根據鉆孔揭露情況，東干渠鉆孔遇洞率為27.6%，鉆孔線溶率為10.23%，為巖溶強發育區；西干渠鉆孔遇洞率為44.3%，鉆孔線溶率為10.3%，為巖溶強發育區，揭露溶洞鉆孔主要分布在羅白渡槽一帶，該段巖溶較發育；客蘭東干渠覆蓋厚度較大，揭露基巖鉆孔較少，無法統計遇洞率和線溶率，沿線山體可見巖溶發育。

2.4.4 崩塌（危巖）

東干渠渠舊隧洞進出口、西干渠羅白隧洞進出口、客蘭東干渠局部傍山段山坡上存在松動塊體，尤其是灰巖石山的陡崖，易發生崩塌，掩埋或沖毀明渠，危及渠道安全。

3 施工地質主要工作[1]

水利水電工程施工地質工作對消除地質隱患，優化設計，選擇合理的施工方法，指導工程安全運行和充分發揮工程的目標效益，具有重要意義。根據有關規程規范的規定，施工地質工作主要要求如下：

（1）編錄、測繪施工揭露的地質現象，檢驗、修正前期工程地質勘察資料和評價結論。

（2）進行取樣和試驗，復核巖（土）體的物理力學參數。

（3）及時提出對不良工程地質問題的處理意見和建議。

（4）進行地質觀測及預報，在施工前或施工過程中，及時預報工程在某部位存在的不良工程地質問題，確保施工安全、順利進行，特別是在暗河發育部位施工時。

（5）參加地基、工程邊坡、隧洞及其它隱蔽工程的地質評價和驗收。

（6）提出運行期間的水文地質、工程地質觀測建議。

（7）料場情況發生變化或需新辟料場時，應查明或復查天然建筑材料的質量、儲量及開采條件。

（8）提出專門性勘察工作的建議。

（9）在施工地質過程中，建立“施工地質日志”，及時記錄有關施工地質事項，包括各建筑物實際開工日期、停工日期、復工日期、竣工日期、地質變異情況和工程重大事項、工程處理意見、實施結果、處理效果等。

（10）編制施工地質報告。

4 施工地質工作的關鍵

本工程干渠長度243.95 km，支渠和續建配套支渠長度504.26 km。工程線路長、跨越的地貌和地質單元多，主要建筑有明渠、隧洞、渡槽、倒虹吸、暗涵等。施工階段地質根據建筑物類別、地質條件、工程地質問題等因素應做好以下關鍵工作。

（1）明渠。本工程明渠的比重比較大，主要有開挖明渠、半挖半填渠、填方明渠。開挖明渠應關注開挖邊坡的穩定性問題，尤其關注高邊坡、存在不利構造組合的邊坡、紅黏土邊坡、膨脹巖土邊坡，開挖過程中應勤巡視、早預測，發現問題及時處理，并提供下一步開挖方案。

（2）隧洞。本工程的隧洞主要為砂泥巖隧洞，圍巖類別以Ⅴ～Ⅳ類為主；西干渠、東干渠、客蘭東干渠存在灰巖隧洞。砂泥巖隧洞巖層多為緩傾角，構造對洞身穩定性影響比較大，在地質巡視和預報是應關注陡傾角節理裂隙發育情況，并及時調整支護方案，確保圍巖穩定；灰巖隧洞圍巖類別一般相對較好，但存在不可預見的巖溶情況，尤其竹琴2#隧洞位于天坑周邊，巖溶發育強，施工地質工作應做好超前地質預報。

（3）渡槽。渡槽基礎地基穩定是施工地質工作的關鍵工作。對于砂泥巖地區，應根據前期勘察成果，檢查檢測建基面是否滿足基礎穩定性要求；對于灰巖地區，應結合前期勘察成果，采用釬探或超前地質鉆復核地基地質情況，確保基礎的穩定性。

（4）倒虹吸。倒虹吸施工地質工作應重點關注鎮墩工程地質條件，應根據前期勘察成果，檢查檢測建基面是否滿足基礎穩定性要求。

（5）暗涵。暗涵施工地質工作應重點關注承載力問題，應根據前期勘察成果，檢查檢測建基面是否滿足基礎穩定性要求。

5 其他建議

（1）本工程臨時開挖邊坡較多，局部臨時邊坡高陡，地質人員也應關注，進行巡視、預測，發現問題應建議增加或加強防護措施。

（2）本工程線路長，涉及工作面多，建議結合中國資源衛星日新圖和無人機技術實時進行巡視，提高巡視效率，對于施工過程中的地質問題早發現、早預報。

（3）注重安全，本工程工作面多，勞務隊伍水平參差不齊，施工地質工作應“以人為本，保障施工安全”為理念，及時發現問題，及時提供處理方案。