出流改道工程地质问题及成因分析与处理措施研究

白文学

（云南能阳水利水电勘察设计有限公司，云南曲靖 655000）

1.工程概况

星云湖、抚仙湖位于云南省玉溪市江川、澄江、华宁三县境内，是云南省九大高原湖泊中的两个姐妹湖，属南盘江水系。星云湖通过唯一出流通道隔河流至抚仙湖。为达到保护抚仙湖、治理星云湖及合理配置玉溪市水资源目的。通过长距离引水工程（出流改道），将水质较差的星云湖水引至玉溪城区，解决了星云湖劣类水流入污染抚仙湖。本工程引水线路进口星云湖边至九溪出口段长11.88km（隧洞长6491m），引水规模9.2m3/s，包括水利枢纽（含进出口闸、暗渠、顶管和隧洞等）和水质处理（含挺水植物带和人工湿地）两部分。工程总投资3.75亿元。

2.地质概况

出流改道引水工程区地处云南高原中部，区域构造位于云南山字型构造前弧内，介于普渡河断裂与小江断裂之间。引水线受区域断裂影响，地质构造复杂，次一级断裂和构造裂隙发育。引水工程穿越地貌单元多，由进口至出口先后经过了湖积盆地、斜坡丘陵、中低山和河谷小盆地；整条引水线既经过了较新的第四系湖积层（Ql）、冲洪积层（QPal）和上第三系（N）地层，又经过较老的震旦系（Z）上统陡山沱组（Zbd）、南沱组（Zbn）、下统澄江组（Zac）地层，经过的地层岩性复杂；引水线跨越了孔隙水、基岩构造裂水和岩溶水等不同的水文地质单元，断层交汇、构造复杂，其软基、软岩、半成岩、断层破碎带、涌水涌沙和突水突泥及塌方等不良工程地质问题较多。

3.工程地质问题

出流改道工程建筑物总体布置为：进口挺水植物带、进水闸、暗渠段（位于星云湖湖积盆地内）、涵管段（星云湖湖积盆地及斜坡丘陵上）中部隧洞段（位于中低山分水岭区）及出口明渠段、出口闸段、除藻池、人工湿地（位于九溪河谷盆地）。

3.1 进口段工程地质问题

进口段里程桩号分别为：（K0-397～K0-205）挺水植物带、（K0-205～K0-136）明渠过渡段、（K0-136～K0-104m）闸室段、（K0＋790～K4＋509m）顶（涵）管段，位于星云湖湖积盆地内及斜坡丘陵上，地面高程1720m～1740m。

3.1.1 淤泥质软基

（K0-397～K0＋790）段为进口挺水植物带、进水闸、暗渠段，本段长1187.0m，建筑物埋深较浅，施工采取明挖。工程建筑物挺水植物带―暗渠段，经过地层主要为湖积层（Ql）：粉土、粉质粘土、粉细砂含螺壳、夹软土或淤泥质透镜体，粉细砂呈饱和状。本段建筑物埋深浅，基础开挖部份地段遇到了软土、淤泥质及淤泥质土，地基承载力fk＜50kPa，存在基础承载力较低和不均匀沉陷软基不良地质问题。

3.1.2 涌水与涌沙

（K0＋790～K4＋509m）顶管段：本段长3719.0m，建筑物较深，采取顶管法施工。由于湖积盆地饱和粉细砂层中的地下水埋藏浅、水位较高，富水性较强（渗透系数K＝5.9×10-2cm/s），施工过程存在涌水与涌沙不良地质问题，较明挖施工难度增大。

3.1.3 地震液化

根据饱和无粘性土或少粘性土的液化破坏机理，场区第四系地层粉细砂层和粉土中，第三系半成岩地层呈粉土和粉细砂状，宜根椐标准贯入锤击数复判法，依以下公式判别。当N63.5＜Ncr，地震时砂土会发生液化。

经计算判别：第四系粉细砂层和粉土层中，地表以下0m～15.0m内，标准贯入试验平均值9.8，小于临界值平均值14.4击，存在地震砂土液化问题；15.0m以下砂土相对密实，标贯击数达17～24击，大于临界值，不会产生砂土液化。上第三系半成岩粉细砂岩、粉砂岩、泥岩，标贯击数达17～29击，平均值23.1击，大于临界值平均值13.5击，不会发生砂土液化。

3.2 中部隧洞段工程地质问题

里程（K4＋509～K11＋000）为隧洞段。本段总长6491m，地面高程1740m～1910m，隧洞埋深（上覆岩体厚）60m～170m。根据隧洞穿越不同围岩的工程地质条件，分为10大段，主要工程地质问题有：半成岩软岩的边墙挤胀变形，断层破碎带涌水涌沙，突水突泥，全强风化带、断层破碎带、不整合接触带及Ⅳ、Ⅴ类围岩的塌方问题等。

3.2.1 软岩挤胀变形

里程（K4＋509～K4＋730.63）为隧洞进口段，位于上第三系（N）与震旦系（Z）分界的不整合接触带上。围岩为上第三系粉砂岩、细砂岩、泥岩，局部有细砾岩及褐煤线，成岩程度浅，较为疏松。在地表呈陡坡和直立壁状，一般多可掰碎或捏成散砂及土状。在洞顶以上地面标贯试验N＝16～20击，孔内声波测试纵波速VP=1200m/s～1400m/s。动泊松比μd为0.38，动弹模Ed为0.4×104MPa，动剪模Gd为0.2×104MPa。

3.2.2 涌水与突水突泥

里程（K6＋470～K7＋099.34）隧洞段长629.34m，为F2-1断层破碎影响带，F2-1断层与隧洞呈30°～40°相交，断层宽1.5m～2.0m，破碎带与洞线相交较长，影响带宽400m～600m，岩性为澄江组（Zac）长石石英砂岩与粉砂质泥岩互层。洞身上下岩体透水率q最大达202Lu，呈中等～强透水、地下水位高、富水性和透水性强。施工时于此部位发生涌水，涌水量达50m3/h,并伴随大量的泥沙涌出。

里程（10+299～K11+000）隧洞段长701m，隧洞最大埋深90m，地下水高于隧洞底板60m～90m，隧洞处于震旦系下统澄江组（Zac）长石岩屑石英砂岩与上统南沱组（Zbn）冰碛砾岩、泥砾岩和粉砂质页岩及陡山沱组（Zbd）白云岩的接触带及区域大断层F1及F2-2、F2-3三条断层交汇带中。地质条件复杂，构造发育，应力集中，岩层强烈褶皱和扭曲，地层倾角变陡或倒转，Zac地层逆转超覆于Zbd之上。其断层破碎带及其影响带宽达388m～400m。断层带及影响带内岩体极破碎，呈散体结构，无自稳能力或自稳能力较差。断层两盘为Zbd白云岩夹石英砂岩及Zbn冰碛砾岩含水层，地下水丰富，外水压力大，承受于隧洞上部的静水头达90m。断层为含水构造，断层含水富水性强。施工时于此部位发生涌突水，涌水量达100m3/h,并伴随大量的泥沙涌突出。

4.处理措施

进口段位于星云湖湖积盆地内及斜坡丘陵地带，所遇到或所出现的工程地质问题主要为：明（暗）渠段与闸室段的淤泥质软基软基及饱和沙土地震液化。因埋深较浅，建筑物荷载不是太大，因此对基础采取木桩与碎石桩基处理。中部隧洞段因埋深较大，地质及构造复杂，尤其是处于断层交汇带、不整合接触带、强富水性地带、外水压力较大、上第三系粘土岩半成岩等洞段，所遇到或所出现的工程地质问题较多。由最初围岩的挤胀变形、涌水与涌沙、突水与突泥，近而发展和形成塌方。对于管些洞段形成的塌方，主要所采取以下工程处理措施。

通过采用排水降压以增强围岩强度，减少其不稳定性。施工中一般采用超前排水管，管长≥6m，间距1.5m～2.0m，水量较大的地方采取深孔超前排水(一般要求≥6m)，在洞室周边作浅孔排水(一般要求≥2m)，排水段用打孔花管，为避免砂泥质堵塞和流沙细粒物被水带走而形成空腔，可于其前端用透水的土工布堵塞。采用喷锚、洞顶超前管棚支护3m～6m，并加强横向和纵向钢拱架支护，在变形较明显的地段及时作钢筋混凝土衬砌及封底支护。

5.结语

本文通过对该工程勘察设计与施工过程中出现的软土与淤泥质软基础、饱和砂土与半成岩地震液化、断层破碎带涌水涌沙、突水与突泥、膨胀、挤胀变形、塌方等不良工程地质问题及成因与处理措施，进行了分析与研究，对类似于该工程不良地质问题的分析与处理提供了宝贵经验，对同行技术人员具有借鉴作用。