滇中引水楚雄州二期工程观易干渠主要工程地质问题分析

韩艳伟，谢 安

(云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021)

1 工程概况

滇中引水工程是近年来云南省最大的引水工程项目。建设任务以解决滇中受水区城镇生活与工业缺水为主，同时兼顾生态用水和农业用水。滇中引水工程二期工程是在一期的基础上，进一步对受水区进行分解细化，完善引水工程水资源配置。而楚雄州二期工程作为整个滇中引水重要组成部分，在实际勘察过程中，工程地质问题繁杂，亟待解决。本文以楚雄州二期工程观易干渠为例对所遇到的工程地质问题进行分析，并提出解决措施，以期为后续工作提代参考和建议。

观易干渠为滇中引水楚雄州二期工程重要组成部分，其对应受水区为禄丰罗茨受水区。引水线路起于滇中引水一期工程观音山分水口，终止于禄丰县土官镇老鸦关水库，线路总长76.87km，建筑物形式有输水管、隧洞、倒虹吸及泵站。其中，输水管长60.334km，占线路总长的77.52%；倒虹吸3座，长10.421km，占线路总长的13.39%；隧洞2座，长7.077km，占线路总长的9.09%，泵站7座。

2 区域地质概况

3 基本地质条件

3.1 地层岩性

(1)非可溶岩

区内非可溶岩地层广泛分布于测区中部及南部，占测区分布地层的75%以上。主要有第四系(Q)松散层；上第三系(N2s)砂岩、泥岩等半成岩，线路穿越段总长度约3.2m，占线路段总长度的42.2%；白垩系下统～三叠系上统(k1～T3)泥岩、粉砂岩、砂砾岩及砾岩，线路穿越段总长度约7.6m，占线路段总长度的42.2%；寒武系下统筇竹寺组(∈1q)页岩线路穿越段总长度约2.4m，占线路段总长度的3.1%；震旦系澄江组(Zac)杂砂岩、长石石英砂岩，线路穿越段总长度约5.0km，占线路段总长度的6.6%，下元古界昆阳群鹅头厂组(Pt1e)板岩夹透镜状白云岩，线路穿越段总长度约2.0km，占线路段总长度的2.6%，美党组(Pt1m)板岩线路穿越段总长度约8.6km，占线路段总长度的11.2%。

(2)可溶岩

工程区可溶岩分布面积较小，占测区分布地层的20%左右。主要出露地层震旦系上统灯影组(Zbdn)白云质、硅质灰岩、硅质、灰质白云岩，线路穿越段总长度约3.1km，占线路段总长度的4.1%；震旦系上统陡山沱组(Zbd)白云岩夹硅质白云岩，线路穿越段总长度约0.3km，占线路段总长度的0.4%。

3.2 构造

工程区位于武定-石屏隆断束，断裂构造较发育，空间展布以南北向、北北东向为主，多为压扭性断层，见表1。汤郎-易门活动性断裂为区域性大断裂，为由一条主干断层与多条分支断层共同组成的断裂组，其在晚第三纪时期均有活动，其表现式为差异性升降运动和地震。

3.3 水文地质

沿线岩性、构造复杂，节理裂隙发育情况差异较大，水文地质条件复杂。根据岩体透水性的差异，沿线分布的泥质岩类、板岩类，由于裂隙相对闭合且多为泥质充填，透水性差，为相对隔水层；砂质岩类、白云岩类及第三、四系松散层等透水性好，为主要含水层。按地下水赋存的介质条件不同，含水层又可分为基岩裂隙含水层、第三、四系松散层孔隙含水层及观音山分水口一带的可溶岩含水层。相应的地下水类型主要有3种：松散层孔隙潜水(包括第四系、第三系)、基岩裂隙潜水及岩溶水。

(1)松散层孔隙潜水

赋存于线路沿线第四系、第三系松散层孔隙中，一般以盆地中的冲积砂卵石层及山麓冲沟口处堆积的洪积碎、块石及卵砾石层含水较为丰富。观易干渠楚雄段除甸山头隧洞、簸箕山隧洞外，线路基本沿罗茨盆地边缘及勤丰河、沙龙河、禄脿河等河流沿岸布设。线路沿线处于区内地下水排泄及径流区，加之沿线大部地形平缓，地形坡度一般在5～15°，地下水位埋深0～5m。冲洪积层组成物质一般颗粒较粗，砂卵砾石含量高，松散-稍密，土体透水性较强，渗透系数一般在1×10-2～1×10-1cm/s之间，属强透水层，阶地部位组成物质以粉、粘粒为主，土体透水性相对较弱，渗透系数一般在1×10-3～5×10-3cm/s之间，属中等透水层。罗茨盆地第三系地层半成岩，呈土状，渗透系数一般在1×10-2～5×10-4cm/s之间，属中等透水层。

(2)基岩裂隙潜水

基岩裂隙水赋存于沿线基岩裂隙中，总体富水性较差，受大气降水补给，向沟谷排泄。线路区以板岩、泥岩、粉砂岩及页岩为主的地层(N2s、K、J2z、T3s+J1f、∈1q、Pt1e、Pt1m)透水性普遍较弱，以灰岩、砂岩、为主的地层(Zbdn、Zbd、Zac)透水性中等。线路区强风化岩体整体属强-极强透水层，弱-微风化岩体透水性弱-中等。隧洞钻孔压注水试验结果见表2。

表1 近场区主要断裂性质表

表2 观易干渠楚雄段隧洞岩体渗透性成果统计表

(3)岩溶水

岩溶水赋存于沿线局部出露的碳酸盐岩区段，沿线仅局部地段存在岩溶及岩溶水

4 引水线路主要工程地质问题

4.1 汤郎-易门断裂对引水线路的影响

汤郎-易门断裂为晚更新世活动的正断裂，由北往南分为3段，观易干渠处于该断裂中部的罗茨断裂影响带内。工程区内断裂长44km，出露宽度约60m，断裂产状为308°～313°∠50°～85°，具拉张-左旋运动性质，活动类型以粘滑为主，水平滑动速率1.0～3.5mm/a，平均2.2mm/a，垂直滑动速率0.8～1.5mm/a，平均1.2mm/a。未来百年可能发生地震震级6.6级，经计算得到的最大水平位错量为1.4m(范围值为0.8～1.4m)，垂直位错量0.25m，影响带宽度约200m。该断裂100年蠕滑位移设防建议值水平位错量为0.7m(范围值为0.49～0.7m)，垂直位移量为0.13m(范围值为0.09～0.13m)。

观易干渠引水线路走向与汤郎-易门断裂走向近平行，甚至线路9次穿越该断裂。对于埋管段来讲，穿越活动性断裂存在以下问题：①活动断裂发生强震时，断裂沿线浅地表位错而产生的输水管抗剪断问题及震中区输水管遭受高地震烈度问题。②活动断裂蠕滑而产生的累积位移对输水管结构的剪切破坏。对于近断裂隧洞来讲，则存在围岩失稳塌方的问题。因此，对于与输水线路相交活动断裂必须加强地质学研究和工程影响分析预测，研究与并采取有效工程抗震及抗剪断应对措施。

4.2 隧洞涌水量分析预测

观易干渠全线共布置甸山头、簸箕山两条隧洞。隧洞段位于汤郎-易门断裂东侧，Fc- 407、Fc- 412、Fc- 416三条次级断裂及数个小型褶皱与之相交。洞身围岩为昆阳群美党组(Pt1m)砂质板岩、炭质板岩及澄江组(Zac)含砾长石石英砂岩夹粉砂岩。隧洞除进、出口段外，洞身大部位于地下水位以下，钻孔压水试验统计结果表明，岩体透水率0.50～42.31Lu，以中等透水率为主，局部中等～强。断裂带及褶皱核部形成的含水构造易成涌水、突水、突泥问题。

根据地形地貌条件、含水层地下水分布及赋存情况，结合线路钻孔压注水试验，选用大气降雨入渗法及地下水动力学方法，参照SL 629—2014《引调水线路工程地质勘察规范》、TB 10049—2004《铁路工程水文地质勘察规程》相关经验公式和地下水动力学法公式，对隧洞涌水量进行预测评价，隧洞施工涌水量预测统计见表3。

按照隧洞涌水量划分标准，观易干渠甸山头隧洞中段涌水量预测为大量涌水级别，簸箕山隧洞中段涌水量预测为中等-大量涌水级别，较严重影响施工，局部段危及设备及人身事故安全，排水较困难。甸山头隧洞、簸箕山隧洞均属施工地质超前预报重点区段。

4.3 施工开挖基坑涌水及坑壁稳定问题

观易干渠地面建筑物主要为输水管，线路基本沿西河、勤丰河、沙龙河、禄脿河河流沿岸布设。地层岩性为第四系冲洪积层(Qalp)及上第三系(N2s)半成岩，物理力学性质差。沿线地表水体分布广泛，地下水位埋深多在地表以下0～5m范围内。开挖坑壁大部为第四系冲、洪积层及第三系半成岩类，基础深度一般在4～6m，地面建筑物开挖基坑涌水及边坡(坑壁)稳定问题突出。建议施工时应采取有效的排水、截渗措施。

表3 观易干渠隧洞洞身段涌水量预测统计表

4.4 膨胀土(岩)问题

罗茨盆地分布的第三系地层自由膨胀率13.20%～202.50%，均值61.46%，其中自由膨胀率≥40%的膨胀土占比59%，平均值87.66%，局部土层自由膨胀率>90%，罗茨盆地第三系地层大部分具有弱-中等膨胀性，局部具有强膨胀性。观易干渠引水线路自观音山分水口至甸山头隧洞入口基本位于罗茨盆地中，因此，引水线路存在膨胀性土问题。建议膨胀土基础开挖施工严格控制含水量变化，基础埋深大于1.5m，建基面开挖预留20cm厚保护层并及时清理封闭，开挖边坡建议坡比放缓，坡面防止干湿变化。

5 结论

工程区大致位于楚雄红岩高原亚区和昆明岩溶高原湖盆亚区两个地貌单元交界位置。沿线区域构造稳定性差，褶皱及活动性断裂发育，水文地质条件复杂，地质问题较繁多。通过对罗易干渠地质条件及工程地质问题分析研究，可对后期工程施工提供指导，亦可为此地区内的其他工程建设项目提供借鉴。