膠河調(diào)水工程輸水隧道地質(zhì)勘察研究

姜學(xué)峰 姜善恩 黃宗章 賈 鵬

(1.膠州市水利局，山東 膠州 266300； 2.青島三峰路橋工程有限公司，山東 青島 266000)

1 概述

調(diào)水工程是解決水資源空間分布不均問題的有效途徑[1]。為緩解膠州城區(qū)多年的缺水狀況，膠州市擬通過攔蓄膠河地表水，建設(shè)引水渠道，使膠河水自西向東輸送至山洲水庫，增大后者向膠州城區(qū)的供水能力。在項目建設(shè)之前，首先要對工程的地質(zhì)條件進行勘察，評價其承載建設(shè)的穩(wěn)定性。

2 工程概況

擬建輸水隧道起點位于里岔鎮(zhèn)胡家村東南側(cè)，終點位于張應(yīng)鎮(zhèn)周家小莊東北側(cè)，輸水線路全長16.38 km。根據(jù)SL 252—2017水利水電工程等級劃分及洪水標準[2]的規(guī)定，該工程級別為Ⅲ級，水工建筑物級別為3級，水工隧洞結(jié)構(gòu)安全級別為Ⅱ級。工程場地位于中生代膠萊凹陷盆地中段偏南地帶，區(qū)域穩(wěn)定性良好，基巖為白堊系上統(tǒng)王氏群張應(yīng)組砂礫巖(KwZ)，構(gòu)造類型為單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀為NW320°～NW330°，傾角為25°～30°，上覆第四紀堆積物。該地段抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，所屬的設(shè)計地震分組為第三組，場地土的標準凍結(jié)深度為0.49 m。

3 勘察手段

勘察采取5臺S150型小鉆機進行野外鉆探,采用武漢巖土力學(xué)研究所生產(chǎn)的RSM24FD工程動測儀進行波速測試，采用DH-90點荷載儀測定巖石抗壓強度，采用孔內(nèi)壓水試驗測定洞室地段巖體的滲透系數(shù)，同時通過野外踏勘了解隧洞沿線的地形地貌及物理地質(zhì)現(xiàn)象及其分布，測定出主要巖層的傾向、走向及傾角等參數(shù)。

在充分搜集隧洞沿線的地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合有關(guān)的規(guī)范及相關(guān)部門的要求，本次勘察點沿引水隧洞軸線均勻布置，勘探孔間距控制在100 m左右，局部異常地段適當加密了部分勘探點，勘察孔深度控制在隧道底標高以下8 m～15 m，孔深30 m～39 m?？辈禳c是根據(jù)青島水利勘測設(shè)計研究院提供的膠河調(diào)水工程測量圖及其坐標值測量而定，鉆孔孔口標高采用黃海高程系統(tǒng)，各高程點采用水準儀測量確定，坐標系采用城市獨立坐標系統(tǒng)。

4 勘察結(jié)果分析

4.1 地形、地貌特征

該場地地形為中間低兩側(cè)高，西側(cè)為巖石懸壁，高差8 m左右，向東地勢相對平緩，高差為3 m左右。地貌類型屬河谷地貌，基巖埋深較淺，西側(cè)為1 m左右，局部地段基巖裸露，東側(cè)地段基巖埋深為2 m～4 m，性質(zhì)單一，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造及其他不良地質(zhì)作用。

4.2 巖土層分析

根據(jù)鉆探資料，在勘察深度范圍內(nèi)，地基土自上而下可分為四個主要巖層：粉土、砂礫巖、粉砂巖、泥巖。取巖芯做抗壓強度點荷載試驗，所得數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

表1 各巖層巖芯荷載試驗檢測結(jié)果

其中的物理力學(xué)指標按下列公式統(tǒng)計：

(1)

(2)

其中，φm為承載力平均值；σf為標準差；φi為巖土的物理學(xué)指標參數(shù)；n為區(qū)段或?qū)游环秶鷥?nèi)數(shù)據(jù)的個數(shù)。

求得平均值和標準差以后，可用來檢驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)中應(yīng)當舍棄的帶有粗差的數(shù)據(jù)，剔除粗差采用±3倍標準差方法。

巖土參數(shù)的變異、修正系數(shù)按下式確定：

(3)

(4)

其中，δ為巖土參數(shù)的變異系數(shù);γs為統(tǒng)計修正系數(shù)。

最終的計算得到承載力標準值φk為：

φk=γsφm

(5)

根據(jù)鉆探、標準貫入試驗、室內(nèi)土工試驗及地區(qū)勘察經(jīng)驗綜合確定，各巖土層承載力特征值見表2。

表2 各巖層物理力學(xué)參數(shù)一覽表

4.3 地下水特征

該場地地下水較為貧乏，地下水類型為孔隙潛水，主要含水層為全風化—強風化的各類巖層，其中西部全風化—強風化砂礫巖段含水量相對較大，東段泥巖及粉砂巖部分含水量較少，靜止水位埋深約7.0 m，主要補給來源為大氣降水。取水樣進行檢測，其化學(xué)成分主要項目如表3所示。

表3 地下水化學(xué)成分表

根據(jù)DB33/T 1065—2009巖土工程勘察規(guī)范(2015)[3]中有關(guān)規(guī)定進行評價：場地環(huán)境水對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋在干濕交替環(huán)境中有弱腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

4.4 場地地震效應(yīng)

本次隧洞工程勘察共完成波速測試孔18個，完成波速測試323 m。根據(jù)波速測試數(shù)據(jù)，按照SL 203—1997水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范[4]中有關(guān)規(guī)定，該場地土類型為堅硬場地土，建筑場地類別為Ⅰ類，該場地為建筑抗震有利地段。

4.5 隧洞圍巖穩(wěn)定性分析

擬建區(qū)段地形起伏不大，西部較為平坦，很少有沖溝發(fā)育，東部泥巖地區(qū)沖溝較為發(fā)育，地形地貌破壞較為嚴重。地貌類型屬于低山丘陵地貌，通過現(xiàn)場踏勘及所收集的區(qū)域地質(zhì)資料，該場地未發(fā)現(xiàn)活動性斷裂構(gòu)造，區(qū)域穩(wěn)定性良好?；鶐r為沉積巖，埋藏較淺，第四系覆蓋層較薄，厚度較大，但因成巖時間較短，力學(xué)性質(zhì)較差，且?guī)r體中含有較多的粘粒成分，暴露后容易崩解，造成破壞，巖層的結(jié)構(gòu)面走向與隧道軸線的夾角在45°左右，不夠穩(wěn)定，應(yīng)采取較為完善的支護措施。

4.6 圍巖滲透性分析

為測定隧洞圍巖的滲透系數(shù)，本次勘察共布置了4個壓水試驗孔，分別是zk58,zk63,zk73,zk77，試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表4所示。通過壓水試驗數(shù)據(jù)可判定，該場區(qū)砂礫巖段(zk73號孔以西)圍巖屬于弱透水性，泥巖段(zk73號孔以東)圍巖屬于微透水～不透水層。

表4 壓水試驗結(jié)果

5 結(jié)論與建議

1)該場地區(qū)域穩(wěn)定性良好，基巖為上統(tǒng)王氏群張應(yīng)組沉積巖(KwZ)，構(gòu)造裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定性較好，基巖透水性較弱。2)該場地地下水較為貧乏，地下水類型為孔隙潛水，主要含水層為各類全風化～強風化巖體中，靜止水位約7.0 m，主要補給來源為大氣降水。場地環(huán)境水對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋在干濕交替環(huán)境中有弱腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。3)隧洞施工過程中應(yīng)設(shè)置安全觀測，洞內(nèi)觀測應(yīng)包括圍巖變形、圍巖壓力、滲透壓力及支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變等。洞外觀測應(yīng)包括地表及邊坡的變化情況，如沉陷、位移、震動、地下水位變化及滲漏情況等。如發(fā)現(xiàn)安全隱患及時通知相關(guān)部門研究解決。4)根據(jù)該場地巖土層的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征及擬建隧道的特點，建議擬建隧洞的支護類型采用錨噴掛網(wǎng)支護，必要時采取二次支護或襯砌。