榆神供水隧洞地质分析

高堂茂

榆神供水隧洞地质分析

高堂茂

（陕西省榆林市榆阳区兴源水电工程有限公司，陕西榆林719300）

榆神供水隧洞穿越黄土高原和沙漠过渡区，线路里程长，地质结构复杂，物理力学性质差异巨大，对隧洞所处的地质、地形、岩性以及不良地质进行评估，结果认为：工程区无断裂构造，隧洞区出露地层自新至老分别第四系全新统冲洪积层、第四系中更新统风积层及三叠系上统延长组砂、泥岩和砂泥岩互层等，主要不良地质现象为崩塌，地下水对混凝土无腐蚀性。需对崩塌隐患进行处理，确保工程顺利施工。

榆神供水工程；隧洞；地质；分析

1 概况

榆神供水工程计划在黄河右岸神木县万镇上下游西豆峪至界牌19.36 km范围内修建22眼黄河漫滩水水源井抽取地下水，经集水管道汇集至一级泵站前池，经一级泵站提升后经过1#隧洞输送至阴会沟泥沙库沉沙后再经数级泵站提升，通过隧洞及压力管道，输送至榆神工业区进行处理使用。

隧洞穿越区域沟谷纵横，地面侵蚀剧烈，地形极其破碎。地面侵蚀主要受秃尾河、阴会沟控制，洞线大体与秃尾河左岸的一系列冲沟正交，两谷之间的黄土梁峁地面高程一般在1050 m～1150 m，与谷底高差在200 m左右。洞线右侧往东北方向，靠近秃尾河与阴会沟分水岭，地面高程增加，洞线左侧往西南方向，靠近秃尾河谷，地面高程渐低。为确保供水隧洞施工安全，需对隧洞地质的稳定性和安全性进行分析评估。

2 工程地质

榆神供水隧洞为整个供水工程的核心部分。经过野外勘探和地质勘察，其地质主要情况为：

2.1 地层岩性

勘察区位于黄土高原与毛乌素沙漠的过渡地带，新生代在晚白垩纪缓慢上升背景上大面积拱起，处于抬升剥蚀区。自新至老分别为第四系（Q）、新近系（N）、侏罗系（J）、三叠系（T），其中第四系全新统风积砂层（Q4eol）主要分布于高家堡以西梁峁表层，岩性为粉细砂，黄褐色，松散，无层理，局部见垂直节理，该层一般厚度约1～15 m，局部大于20 m。新近系上新统静乐组半胶结泥岩（N2j）为一套深红色粉砂质粘土夹钙质结核层，粘土致密，坚硬，潮湿后粘性好，铁锰质薄膜及结核发育。侏罗系主要出露地层有侏罗系中统延安组（J2y）和下统富县组（J1f），岩性上部为薄层黑色泥岩、粉砂岩，下部为中粒石英砂岩，浅灰白色、微带浅灰褐色，泥质胶结。厚度2.91～28.20 m，西北部厚而东南部薄，平均厚度8.44 m。三叠系仅出露上统，出露地层有瓦窑堡组（T3w）和延长组（T3y），岩性为一套灰绿、黄绿色厚层状细砂岩、粉砂岩与泥岩互层，黄绿、灰黑色泥岩与砂岩、粉砂岩互层，局部夹煤层或煤线。

2.2 地质构造

工程区位于中朝大陆板块之西部、鄂尔多斯拗陷盆地伊陕单斜区之内，基底为坚固的前震旦系结晶岩系，表现在以垂向运动为主，仅形成一系列沉积间断假整合面。工程区构造极其简单，构造变形微弱，为相对稳定的地块。基岩呈单斜构造，岩层倾向西，倾角小于3°，无构造断裂迹象，新构造运动以整体缓慢抬升为主。

2.3 地震

本区位于鄂尔多斯台向斜宽缓的东翼—陕北斜坡上，地壳活动相对微弱，地震烈度仅在2.5度，属无震区，地震动反应谱特征周期为0.35 s。

2.4 水文地质

按含水介质及水力性质，区内地下水可分为第四系松散岩类孔隙、裂隙潜水和碎屑岩类裂隙水两大类。第四系冲积层孔隙潜水含水层丰要为河漫滩和一级阶地堆积的砂卵石层含水层厚5.0 m～15.0 m不等，水位埋深0.5 m～5.0 m。碎屑岩类裂隙潜水赋存于第四系下伏的砂岩风化裂隙中，发育深度差别较大，一般10 m～30 m，河谷区最深可达50 m。碎屑岩类裂隙承压水位于碎屑岩类风化裂隙层之下，岩层裂隙不发育，受其间泥岩阻隔，碎屑岩类砂岩裂隙中赋古的地下水具有承压性，单井涌水最大多小于l0 m3/d，且水质差，矿化度多人于lg/L，对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

3 工程地质评价

根据工程区地质构造、地形地貌、水文及不良地质现象，将隧洞路线经过地段划分为黄土梁峁沟壑区（Ⅰ）、河流湖泊侵蚀堆积区（Ⅱ）、山麓斜坡堆积区（Ⅲ），分别进行评价。

3.1 黄土梁峁沟壑区（Ⅰ）

本区按地表覆盖物的不同划分为无黄土覆盖基岩亚区和黄土覆盖基岩亚区。供水隧洞通过的黄土梁峁沟壑区，位于乔岔滩至黄河岸边，海拔高度730 m～1125 m。除紧临黄河岸边一带，均为黄土覆盖。覆盖层厚度差异较大，在距离黄河较远的地带，一般梁峁顶部均有较厚的黄土覆盖，在紧临黄河岸边，基岩裸露。受地质构造及流水切割影响，区内峁浑圆、梁狭长、沟深切、坡脚崩积物发育，沟谷冲蚀切割严重。区内管线以无压隧道形式通过，存在主要工程地质问题为黄土湿陷、崩塌、基岩谷坡风化崩塌、风化岩体渗漏、半胶泥岩胀缩、隧道浅埋、偏压等。

对拟建隧道来说，在洞门部位应充分考虑基岩风化崩塌、黄土崩塌、浅埋、偏压情况；在洞身段，应考虑风化岩体渗漏问题。在埋深较大的地段，隧道处在地下水位以下，输水隧洞沿程会得到地下水的补给，对供水水量有利；处于地下水位以上的地段，输水隧洞沿程会有一部分水渗漏补给地下水，对供水水量不利。

输水隧洞沿途穿越秃尾河左岸几条较大的支沟，沟谷深切，隧洞在穿越沟心部位，可能出现浅埋、暴露。设计阶段应结合工程地质件，对浅埋隧道应充分考虑洪水冲刷深度，对暴露段沟内洪水水位有充分估计，使渡槽或管桥处在洪水位以上通过。

3.2 河流侵蚀堆积区（Ⅱ）

本区主要包括黄河右岸漫滩及秃尾河漫滩、一级阶地，区内存在的主要工程地质问题包括开挖时渗水、流砂、管涌，地下水土腐蚀、河流冲刷、黄土湿陷等，在施工中，应作好灰土垫层防渗。在阶地区，一般分布有村庄、公路等，人类活动频繁，交叉干扰大，需在设计阶段精心布线。

3.3 山麓斜坡堆积区（Ⅲ）

主要分布于黄土梁峁沟壑区谷坡坡脚地带，可分为冲洪积亚区（Ⅲ1）及崩坡积亚区（Ⅲ2）。

冲洪积亚区多为在暴雨时沿坡面面流形成的堆积，一般分布范围小，厚度小，岩性受谷坡出露岩性制约，多为黄土状土、块碎石，工程地质性能差异较大；残坡积亚区在区内分布范围广，厚度大，岩性以块石据多。根据现场调查，许多崩积物堆积区，形成岩堆，目前仍在发育，作为工程建设场地，受崩塌危胁较大，需对上部崩塌体进行治理后再使用。

3.4 岩土体工程地质类型及特征

3.4.1 岩土体工程地质类型

根据现场调查，隧洞区岩土体按其成因特征，物理力学性质指标等，可分为岩体、半胶结岩体、土体三大类。按岩石坚硬程度又可分为较硬岩、较软岩和软岩。土体包含了第四系冲洪积、残坡积、崩积、风积等各类成因的土层，物理力学性质差异大。

3.4.2 岩土体工程地质特征

隧洞线路里程长，物理力学性质差异巨大。其中风积砂土（Q4eol）主要分布于高家堡以西二级阶地及梁峁表层。岩性为粉细砂，黄褐色，松散，无层理，土质均匀，局部见垂直节理，厚度变化较大，一般厚度1 m～15 m，局部大于20 m，分布不连续。一般具非自重或自重湿陷性。压缩性中等，承载力低，工程地质性能较差。碎石土（Q4cl+dl）主要分布于斜坡及坡脚地带，杂色，稍密，粒径变化较大，一般粒径5 cm～50 cm，级配较差，一般呈棱角状，母岩成分主要为砂岩、泥岩，成因主要为崩坡积物。该层厚度变化较大，一般厚度1.0 m～5.0 m，分布不连续。压缩性较低，承载力中等，工程地质性能较差。砂砾卵石土（Q4al+pl）主要分布于河流漫滩、一级阶地及山前洪积扇，可分为砂、砾石、卵石等。级配较好，母岩成分主要为砂岩、泥岩。该层一般厚度2.0 m～15.0 m，分布较连续、稳定，压缩性低，承载力高，工程地质性能较好。

3.5 不良地质现象

隧洞区主要不良地质现象为崩塌，滑坡、泥石流等地质现象少见。据现场调查，秃尾河流域及黄河岸边物理风化程度强裂。极端严寒的气候条件，是形成物理风化的主要原因。特别是冬季，坡面受降水入渗产生冻结，巨大的冻胨压力使岩体产生分离、破碎，春季消融时是崩塌现象的高发期。由于地层产状水平，由岩性差异产生的隔层风化现象发育。隔层风化后沿岩石绝壁形成大量的崩塌体。崩塌体规模大。崩塌受风化及地形地貌条件控制，谷坡的垂直高度，节理裂隙及层面与坡面的不利组合等亦是形成崩塌的主要控制条件。

4 结论

榆神供水工訲隧洞总长度29.78 km，占整个供水线路总长度53.87 km的55.28%。通过分析评估得出以下结论：

（1）工程区无断裂构造，层内发育宽缓的波状起伏及鼻状隆起、节理等构造。区内黄土多呈披覆状与下伏地层接触，其产状受原始地形控制，随原始地形起伏。在黄土内，垂直节理发育，特别是在陡坎边缘，尤其可见张开的垂直节理。

（2）根据现场调查及工程地质勘探，隧洞区出露地层自新至老分别第四系全新统冲洪积层、第四系中更新统风积层及三叠系上统延长组砂、泥岩和砂泥岩互层等。

（3）隧洞区主要不良地质现象为崩塌，滑坡、泥石流等地质现象少见。拟建隧洞进口位于阴会沟右岸基岩谷坡上部，隧洞出口位于刘鲁则沟左岸基岩谷坡下部，均存在崩塌隐患，应对有危险的崩塌隐患采取必要的工程治理措施。

（4）根据水质分析成果，地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

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1673-9000（2017）02-0181-02

2017-01-05

高堂茂（1971-），男，陕西神木人，工程师，主要从事水利建筑工程施工、设计工作。