浅谈南水北调管道工程的地质问题及建议

李哲 等

摘要： 本文分析了管道工程场区的地形地貌、时代成因、区域构造、水文地质条件，并着重介绍了管道工程所涉及的主要工程地质问题及提出合理化建议。

Abstract： This paper analyzes the topography and geomorphology， time cause， regional structure， hydrogeological conditions of field area of pipeline engineering， and emphatically introduces the main engineering geological problems that the pipeline engineering involves and puts forward reasonable suggestions.

关键词： 管道；沉降变形；腐蚀性；边坡稳定性；液化；湿陷；冲刷

Key words： pipe；settlement deformation；corrosivity；slope stability；liquefied；saturated yielding；scour

中图分类号：TU81 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）03-0049-02

0 引言

随着国家加快水利改革发展，推进水利现代化建设政策的出台，水利工程良性运行机制基本形成，水利投入稳定增长，机制进一步完善，随之而来的大型水利工程也越来越多，就此我结合南水北调配套工程邢清干渠浅谈下大型水利管道工程的地质问题及建议。

邢清干渠是南水北调中线河北省配套工程的重要组成部分，起点为中线总干渠的赞善分水口，终点到清河水厂和南宫群英水库，受水区为邢台市的11个县市13个供水目标（分别是：沙河市3个，南和县、任县、平乡县、巨鹿县、南宫市、新河县、广宗县、威县、清河县、临西县）。干渠穿越较大河道、渠道19条次，穿铁路3条次，穿越高速公路、国道、省道等18条次，需建调压池1座、分水口门9座。干渠工程及设计拟布置的各类建筑物场地进行工程地质勘察，其目的是通过地质测绘、物探、钻探、原位测试、取样试验，查明干渠沿线及建筑物场地的工程地质及水文地质条件，提出土层物理力学指标，对主要工程地质问题进行评价，并提出处理意见。

1 地质概况

邢清干渠输水管线自西向东穿越不同地貌单元。京广铁路以西为山前丘陵及向平原过渡区，管线位于沙河高漫滩地貌区，地形起伏变化大。京广铁路以东为平原地貌，地势比较平坦，大致以南和县三召村为界，以西为洪积冲积倾斜平原、以东为冲积平原。总体地势自西向东及东北方向倾斜。

管线通过地区第四纪地层沉积厚度400～500m，其中全新世地层厚20～50m。在勘探深度范围内揭露的地层均为第四系松散堆积物，主要地层时代有：下更新统冰水积及湖积（fgl+lQ1）、中更新统冰碛（glQ2）、上更新统冲积及河湖积（al+lQ3）、上更新统冲洪积（al+plQ3）、全新统冲积及河湖积（al+lQ4）、全新统冲洪积（al+plQ4）、全新统冲积（alQ4）等。

区段位于Ⅰ级构造单元的中朝准地台（Ⅰ2），Ⅱ级构造单元的山西断隆（Ⅱ■■）和华北断坳（Ⅱ■■），Ⅲ级构造单元的太行拱断束（Ⅲ■■）、和临清台陷（Ⅲ■■），横向穿越Ⅳ级构造单元的武安凹断束（Ⅳ■■）、南和断凸（Ⅳ■■）、巨鹿断凸

（Ⅳ■■）、广宗断凸（Ⅳ■■）、南宫断凹（Ⅳ■■）。渠段沿线附近的断裂多为隐伏断裂，边界控制性断裂以走向NNE和NWW向为主。主要断裂为邢台-邯郸大断裂、紫山东断裂、紫山西断裂、曲陌断裂、无级-衡水断裂、新河断裂及沧东断裂。

邢台-邯郸大断裂：走向NNE，倾向SE，倾角70°，长150km，为正断层。与干渠高角度交叉在107国道东侧，最新活动时代在第四纪晚期，历史上无发生5级以上地震的记载，但仍有发生中强地震的可能。紫山西断裂：走向NNE，倾向NW，倾角75°，长度70km，为正断层。在干渠引水口赞善分水闸场区以西5km处南北向通过，最新活动时代在第四纪的早-中期。紫山东断裂：走向NNE，倾向SE，倾角72°，长度72km，为正断层。与干渠高角度交叉在沙河市西侧，最新活动时代在中更新世。曲陌断裂：走向NW290°，倾向NE，倾角70°～80°，为正断层。与干渠相交于沙河市东北，最新活动时代在中更新世早期。无级-衡水断裂：总体走向北西50°，倾向NE，倾角39°～55°，为正断层，长度大于150km。在本渠尾以东25km南北向通过，新生代以来活动。新河断裂：总体走向北东，倾向NW，为正断层，长度70km。在管线西北约40km平行通过，新生代以来活动。沧东断裂：总体走向北东30°，倾向SE高角度正断层，长度大于500km。在管线东南约45km平行通过，主要活动时代为中、新生代。

工程区属暖温带大陆性季风气候，一年四季分明。春季蒸发量大，降雨稀少；夏季炎热，降雨量集中；秋季晴朗气爽，降雨稀少；冬季寒冷少雨雪，多北风。干渠沿线多年平均气温12.7～13.6℃。月平均最高气温31.3～32.6℃，出现在6月；月平均最低气温-6.3～-9.3℃，出现在1月。极端最低气温-23.5℃，极端最高气温42.7℃。无霜期约200天，封冻期在11月～第二年3月。最大风速15～19m/s，多为北风或西北风，多年平均降雨量480～570mm，多年平均蒸发量1680～2159mm。降水量在年内、年际中变化较大，年内70%～80%降水量集中于7～9月份。

2 管线主要工程地质问题及建议

2.1 沉降变形 管道沿线地层类型较多，岩性变化较大，压缩性差异较大，应重视变形及不均匀变形对工程的影响，并考虑相应的地基处理措施。

2.2 水、土的腐蚀性 通过对地表水、地下水进行水质分析，判定水对混凝土、混凝土结构中的钢筋及钢结构的腐蚀性。京广铁路上游选矿厂日益增多，受其弃水入渗的影响，下游地下水硫酸盐含量有逐渐增高趋势，应引起重视，对穿河道、渠道位置管道采取相应防护处理措施。通过易溶盐试验结果判定土对混凝土、混凝土结构中的钢筋及钢结构的腐蚀性。根据物探测电阻率的方法判定管线土对钢结构的腐蚀性。建议沿线对中与强腐蚀地段的管道进行相应防护处理。

2.3 临时边坡稳定性 管线由卵石为主组成的边坡、由砂性土为主组成的边坡、呈砂性土粘性土多层结构的边坡，且部分管线有地下水影响，稳定性较差或差；管线穿越河道、渠道，基坑挖深较大，边坡多呈砂性土与粘性土多层结构，且部分建筑物受地下水影响，稳定性较差或差。应重视临时边坡的稳定性问题。建议放缓边坡或采取支护措施。

2.4 饱和砂土震动液化 管线位于沙河市、南和县、平乡县、广宗县、南宫市区段地震基本烈度Ⅶ度区，分布有全新世饱和砂土及少粘性土，需进行液化判定，根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录P土的液化判别条件，初判上述砂土及少粘性土层属可液化层范围。采用标准贯入击数对15m深度范围内、现状饱和砂土及少粘性土层进行复判，对液化地段建议考虑饱和砂土及少粘性土液化对工程的影响，并采取相应的处理措施。

2.5 地下水、地表水影响 沿线分布有地表水的地段，施工需进行导流。地下水高于建基面地段，应考虑基坑排水问题。建议施工选择在低水位期，以减小地表水、地下水对开挖的影响。

2.6 湿陷性 依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）要求，场地应先判定是否为非自重湿陷性场地，结合自重湿陷系数δzs，自重湿陷量的计算值△zs，应自天然地面（当挖、填方的厚度和面积较大时，应自设计地面）算起，至其下非湿陷性黄土层的顶面止，其中自重湿陷系数δzs值小于0.015的土层不累计。当自重湿陷量不大于70mm为非自重湿陷性场地。当湿陷量≤300时，湿陷性等级为Ⅰ（轻微），湿陷量＞300时，湿陷性等级为Ⅱ（中等）。湿陷性黄土地基常选择垫层法和挤密法处理湿陷性黄土地基。根据湿陷性实验判定湿陷性土层分布地段及分布厚度，同时确定管道挖深，若湿陷性土层位于管底上部地层，对管道工程影响较小。

2.7 河道冲刷 管线穿越多条河流，管道埋深应考虑冲刷影响。确定穿越河、渠位置浅层土的平均粒径、液性指数。

3 天然建筑材料

河北平原中东部缺少天然砂砾料。邢清干渠沿线总体砂砾料用量大，但因为线路长，具体到某一县市，砂砾料用量并不大，可在地方建筑材料市场解决。建议砂砾料在当地市场采购，但质量应满足相关规程规范要求。对于符合技术要求可用于回填的工程开挖土，应进行压实（或振密）处理，相关指标应参照击实试验成果指标。

4 结语

本工程通过对各种地质问题的阐述，得到了对类似情况的处理经验，为类似工程的勘探设计提供了良好的借鉴。

参考文献：

[1]王慧敏，朱九龙，胡震云，陶晓艳.基于供应链管理的南水北调水资源配置与调度[J].海河水利，2004（03）.

[2]陶晓燕，朱九龙，严家明.供应链管理与南水北调水资源的优化配置[J].人民黄河，2006（06）.

[3]陶晓燕.基于供应链管理的水资源多级库存控制研究[J].人民黄河，2008（05）.