引畛濟(jì)澗工程施工豎井工程地質(zhì)條件分析

屈　龍, 閆思泉, 岳永峰, 劉振紅

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州　450003)

0　引言

新安縣引畛濟(jì)澗工程位于河南省洛陽市新安縣境內(nèi),自黃河支流畛河引小浪底庫水經(jīng)過引水隧洞進(jìn)入新安縣城南側(cè)的澗河。工程任務(wù)為新安縣城生產(chǎn)、生活供水,恢復(fù)澗河灌區(qū)。取水口位于小浪底水庫畛河支庫,出口位于縣城南上河村附近澗河邊。根據(jù)設(shè)計(jì)方案,引畛濟(jì)澗工程主要采用自流引水,從小浪底庫區(qū)最大支流畛河引水至新安縣澗河。供水隧洞長度13.60 km,整個(gè)引水線路長約18.66 km,由浮船式泵站及供水管道、引水樞紐和供水隧洞等三大部分組成。按照工程施工總體布置方案,隧洞沿線共布置了6個(gè)施工豎井。

1　地質(zhì)背景

供水隧洞區(qū)地貌單元主要屬于黃土塬區(qū),地形起伏大,溝谷切割劇烈,大部分地區(qū)被第四系松散地層覆蓋。供水隧洞區(qū)出露二疊系、三疊系及新第三系、第四系地層。

二疊系地層巖性由老到新分別為:①山西組(P1s)灰白色厚層粗粒長石石英砂巖,砂質(zhì)頁巖、硅質(zhì)泥巖;下部含二1煤層,平均厚度4.81 m。②下石盒子組(P1x)底部為灰白色石英砂巖,其上以砂質(zhì)頁巖(或泥巖)為主,夾長石石英砂巖。含七2可開采煤層,厚度0.5 m左右,在畛河邊局部出露,為洞子崖煤礦等地方煤礦主要開采煤層。③上石盒子組(P2s)下段以粉砂質(zhì)泥巖(頁巖)為主,夾灰白色、黃綠色砂巖;中段以灰白色砂巖為主夾紫紅色粉砂質(zhì)泥巖,本段俗稱平頂山砂巖或馬頭山砂巖;上段暗紫紅色粉砂質(zhì)泥巖與黃綠色長石石英砂巖組成的韻律沉積層。④上統(tǒng)石千峰組(P2sh)底部為紫灰色灰質(zhì)礫(結(jié)核狀同生礫)巖;下部為較鮮艷的磚紅色粉砂質(zhì)泥巖;上部為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾灰綠色鈣質(zhì)細(xì)砂巖。

三疊系(T)地層下部為紫紅色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖與細(xì)粒石英砂巖互層,夾透鏡狀礫巖及層間礫巖。中上部為紫紅色、暗紫紅色砂巖、粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖(頁巖)。

第三系(N)地層巖性為礫巖、砂礫巖、粉砂巖與紫紅色、淺黃褐色粘土巖互層,韻律層厚度40 m左右,頂部為灰白色泥灰?guī)r。

第四系(Q)中更新統(tǒng)下部為紫紅色、紅褐色富鈣質(zhì)結(jié)核重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土,局部地段底部為土加礫石層,上部為黃紅色、棕紅色重粉質(zhì)壤土夾少量鈣質(zhì)結(jié)核。上更新統(tǒng)為黃褐色黃土狀重粉質(zhì)壤土夾紅褐色重粉質(zhì)壤土,底部見碎石或砂礫石透鏡體。全新統(tǒng)以沖洪積的砂、砂礫石及含礫重粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土等為主。

工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單,為單斜構(gòu)造,地層傾向南東,傾向140°～160°,傾角7°～13°。供水隧洞區(qū)內(nèi)覆蓋嚴(yán)重,王良斷層(F1)從工程區(qū)穿過。根據(jù)區(qū)域資料,王良斷層北起焦枝鐵路黃河大橋南岸附近,向215°方向延伸,露頭斷續(xù),經(jīng)王良抵獅子院以后,為中更新統(tǒng)第一組沖積、洪積層所覆蓋。斷層上盤為三疊系下統(tǒng)劉家溝組,下盤為上第三系砂礫石層與粉砂質(zhì)泥巖。王良斷層(F1)在供水隧洞區(qū)的印溝水庫庫尾出露,斷層以北基巖地層為三疊系劉家溝組,以南為新第三系為主。區(qū)內(nèi)其它地方未見其出露。平頂山砂巖中發(fā)育三組優(yōu)勢節(jié)理:第一組0°～35°∠75°～85°,第二組100°～125°∠75°～80°,第三組290°～310°∠80°～85°,節(jié)理面一般平直、閉合,多數(shù)無充填,密度一般1～2條/m,局部較密達(dá)3～4條/m,延伸長度1～8 m。

2　巖體主要物理力學(xué)特征及圍巖分類

根據(jù)鉆孔巖芯室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果,新第三系洛陽組(N1l)泥巖為極軟巖;三疊系劉家溝組(T1l)粉砂巖為較硬巖,石英砂巖為堅(jiān)硬巖;二疊系石千峰組(P2sh)粉砂質(zhì)泥巖為軟巖;二疊系上石盒子組中段(P2s2)石英砂巖為堅(jiān)硬巖;二疊系上石盒子組下段(P2s1)砂巖為堅(jiān)硬巖,粉砂巖與泥質(zhì)粉砂巖均為較軟巖。為查明隧洞沿線新第三系砂礫巖和第四系砂礫石的密實(shí)度,在鉆孔內(nèi)進(jìn)行了超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,新第三系砂礫巖(N1l)以密實(shí)—很密為主,局部稍密—中密;第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂礫石層(Q3al+pl)以松散—中密為主,局部密實(shí)—很密。

本工程為地下工程,依據(jù)《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL55—2005,附錄A),參考《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487—2008,附錄N)對(duì)引水隧洞及豎井圍巖進(jìn)行詳細(xì)分類。圍巖分類以巖石強(qiáng)度、巖層結(jié)構(gòu)、巖體完整程度為基本依據(jù),以巖層走向與洞軸線的關(guān)系、水文地質(zhì)條件為輔助依據(jù),對(duì)引水隧洞及豎井涉及的主要巖組進(jìn)行了分類。

引水隧洞及豎井圍巖為二疊系下石盒子組。上石盒子組下段、中段和上段,石千峰組、三疊系劉家溝組巖性為石英砂巖、粉砂巖、泥巖的組合,局部夾有煤層。新鮮薄—中厚層石英砂巖夾泥巖圍巖以Ⅲ類為主,粉砂質(zhì)泥巖(頁巖)夾薄層砂巖圍巖以Ⅳ類為主,三疊系劉家溝組砂巖夾粉砂巖以Ⅱ類為主,中新統(tǒng)(N1l)和上更新統(tǒng)(Q3)主要為Ⅴ類,王良斷層帶為Ⅴ類圍巖,進(jìn)口段由于局部受采空區(qū)及小浪底庫水的影響較大,圍巖類別降低為Ⅴ類。

3　豎井工程地質(zhì)條件

新安縣引畛濟(jì)澗工程引水隧洞全長13.6 km,按照工程施工總體布置方案,隧洞沿線共布置了6個(gè)施工豎井。

3.1　1#豎井

布置于畛河右岸半坡(樁號(hào)K0+418),豎井呈圓筒型,直徑5m,井口高程369.0 m,井深116.0 m。從上到下可分為兩層,第一層埋深0～54 m,地層巖性為二疊系上統(tǒng)上石盒子組下段(P2s1)粉砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖,表層巖石風(fēng)化強(qiáng)烈,呈砂土狀,節(jié)理裂隙不發(fā)育;埋深0～10 m圍巖類別為Ⅴ類,埋深10～54 m圍巖類別為Ⅳ類。第二層埋深54 m以下,為二疊系下統(tǒng)下石盒子組(P1x)黃綠色砂質(zhì)頁巖、頁巖(或泥巖)為主,夾長石石英砂巖,埋深90 m處七2煤層可開采,煤層厚度0.48～0.77 m,為地方小煤礦采空區(qū)。埋深54～75 m、100 m至井底圍巖類別為Ⅳ類,埋深75～100 m圍巖類別為Ⅴ類。

3.2　2#豎井

布置于鑫地煤礦南側(cè)耕地內(nèi)(隧洞樁號(hào)K3+006),豎井呈圓筒型,直徑5m,井口高程392.0 m,井深約140.0 m。豎井穿越地層自上而下可分為7層:第一層0～5 m,為第四系中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)壤土層,厚度5 m左右,圍巖類別為Ⅴ類。第二層5～46.6 m,為二疊系上統(tǒng)上石盒子組中段(P2s2)灰白色砂巖,砂巖堅(jiān)硬,硅質(zhì)膠結(jié),厚度約41.6 m,埋深17.5～22.4 m處夾粉砂質(zhì)泥巖。巖層傾角10°左右,巖體較破碎,發(fā)育兩組高傾角節(jié)理,沿節(jié)理面砂巖弱風(fēng)化,其中弱風(fēng)化垂直埋深46.6 m,圍巖類別為Ⅲ類。第三層46.6～52.35 m,為二疊系上統(tǒng)上石盒子組下段(P2s1)泥巖,厚度約5.75 m,圍巖類別為Ⅳ類。第四層52.35～65.3 m,為二疊系上統(tǒng)上石盒子組下段(P2s1)青灰色砂巖,厚度約12.95 m,巖體完整,圍巖類別為Ⅱ類。第五層65.3～140.8 m,為二疊系上統(tǒng)上石盒子組下段(P2s1)砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層,厚度約75.5 m,巖體較完整,局部段較破碎,圍巖類別為Ⅳ類。第六層140.8～153 m,為二疊系上統(tǒng)上石盒子組下段(P2s1)砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖,厚度約12.2 m,巖體較完整,圍巖類別為Ⅲ類。第七層153～155 m,為二疊系下統(tǒng)上石盒子組(P1x)灰白色砂巖夾少量紫灰色粉砂質(zhì)泥巖,夾有煤層,厚度約1 m,巖體較完整,圍巖類別為Ⅲ類,施工中應(yīng)進(jìn)行有害氣體監(jiān)測。

3.3　3#豎井

3.4　4#豎井

3.5　5#豎井

布置于陳溝灣村北側(cè)山坡耕地內(nèi)(隧洞樁號(hào)K9+122),進(jìn)口部位地形坡度較緩,平均坡度12°左右。豎井呈圓筒型,直徑5 m,井口高程365.0 m,井深約112.0 m。

3.6　6#豎井

布置于連霍高速以北、S246省道路基東側(cè)的果園內(nèi)(隧洞樁號(hào)K11+080)。豎井呈圓筒型,直徑5 m,井口高程352.2 m,井深102.0 m。

4　各豎井工程地質(zhì)問題及處理措施

各施工豎井由于穿越地層不同所存在的工程地質(zhì)問題也不盡相同,綜合來看主要問題有圍巖穩(wěn)定問題、涌水問題、有害氣體問題、老采空區(qū)問題?？傮w來說,1#～4#豎井條件相對(duì)較好,但局部圍巖類別較差;5#、6#豎井成井條件較差。各豎井工程地質(zhì)問題及處理措施見表1。

表1　豎井圍巖分類及工程地質(zhì)問題一覽表

5　結(jié)語

從地質(zhì)條件來看引畛濟(jì)澗工程隧洞和豎井穿越的地層巖性主要是砂巖、泥巖、頁巖、礫巖、泥灰?guī)r,多數(shù)為較軟巖或軟巖,圍巖條件不理想;穿越采空區(qū),存在涌水、有毒氣體等工程地質(zhì)問題。本文重點(diǎn)分析了施工豎井的工程地質(zhì)條件、工程地質(zhì)問題及處理措施。引水工程重點(diǎn)是引水隧洞,而施工豎井的順利完成是保證工程全面展開和完成的必要條件。豎井在開挖過程中,應(yīng)高度重視所存在的工程地質(zhì)問題,及時(shí)采取有效的處理措施,以免造成不必要的損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆思泉,劉振紅,岳永峰,等.新安縣引畛濟(jì)澗工程初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].鄭州:黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司地質(zhì)工程院,2013.

[2]工程地質(zhì)手冊(cè)編寫委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].第四版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.