引江濟漢工程系與南水北調中線水源工程配套的漢江中下游4大工程之一,工程擬主要采用人工渠道自長江枝江荊州河段引水,跨越荊州、潛江境內眾多的公路、河流、湖汊后,在潛江市高石碑東荊河口一帶入漢江,初擬年均調水量93億m3;工程興建將近距離溝通長江、漢江兩大河流,補償南水北調工程實施后漢江丹江口以下河段工農業及生態用水,改善漢江中下游生態和水文環境。
規劃有3條比較引水線路,圍線長湖兩岸自西北向東南依次為“高線”、“中線”(利用長湖線)、“低線”,各線均需跨越相當多的公路、河流、湖汊。引水工程主要由渠道、節制閘、倒虹吸、涵洞及其它交叉建筑物等一系列結構物組成,渠道規模為底寬98m、內坡1∶2.5、比降1/32680,設計流量500m3/s、水深4.7m.
1 引江濟江工程地質條件
1.1 地形地貌
工程區地跨宜昌枝江、荊州、荊門、潛江4縣市,處江漢平原中偏西北部,地勢開闊、較平坦,總體上微向東南傾斜,地形向東南由垅崗狀平原、崗波狀平原逐漸過渡為低洼、平坦的沖積平原。地面高程一般為27~45m,地表高差3~20m,西北側地形坡度5°~15°、中部3°~5°、東南側坡度小于0.05‰。
長江、漢江分別在工程區的西南角、東北角流過,區內河、渠縱橫,有長湖等湖泊分布;經濟較發達,城鎮星羅棋布,有宜黃高速公路、荊襄鐵路等交通要道經過,交通便利。
1.2 地層巖性
區內出露和分布地層主要有:
(1)第四系中更新統白洋組(Qdl-pl2b )。下部為厚10~20m砂礫石層,上部為厚10~25m紅色、桔黃色含灰白色、灰綠色網紋粉質粘土、粘土,按塑性土分類圖定名,屬高液限粘質土(CH)。據前人研究,局部地段白洋組粘土具弱至中等脹縮性。
(2)上更新統古老背組#####(Qal3g 、Qdl-pl3g )。下部為灰黃色砂礫石層,厚度小于40m;上部為棕黃、褐黃色粉質粘土、粘土含鐵錳質結核及灰綠、灰白色斑塊,厚7~20m.
(3)上更新統沙湖組(Q3S al )。總厚度30~40m,中、下部為細砂、砂礫層、粉細砂;上部為黃色、褐黃色粉質粘土、粉質壤土。古老背組及沙湖組粘性土主要屬中液限粘土(CI),少量為高液限粘土(CH)。
(4)全新統郭河組(Qal-l4g )。厚度變化較大,數米至20余米不等。中下部主要為灰黃色、深灰色粉質壤土、粉質粘土,局部含淤泥質,主要為中液限粘土(CI),少量為高液限粘土(CH);上部為灰、灰黃、棕黃色粉細砂、砂壤土、壤土層。
1.3 地質構造
工程區處于揚子準地臺之江漢—洞庭斷坳西北部,地表廣泛發育和覆蓋厚層第四系堆積物,區內斷層構造等不甚發育。
1.4 水文地質
工程區地跨江漢平原之中部、西北部,廣泛發育和覆蓋厚層第四系松散堆積物,地表水系發育,地下水埋藏深度較小、水量豐富,補、排條件良好。按埋藏條件,分為潛水和承壓水兩大類。砂、砂礫石層孔隙大,結構較松散,滲透性較好,為本區相對透水層。各地層的粘性土滲透性差,為本區內的相對隔水層。
按地層年代,相對透水層、相對隔水層組合關系,區內承壓水層大致可分為4種類型。據區域水文地質資料,區內承壓含水層層位較穩定,含水層的厚度大,達數十米至百余米,承壓水頭達數米至20余米不等,與長江等地表水體水力聯系密切。
2 主要工程地質問題
引江濟漢工程具有線路長、跨越地形、地質單元多、工程構筑物型式多樣等特點,工程地質問題具有復雜性、多樣性,主要有渠道滲漏,基坑、渠道涌水和底板穩定,渠坡穩定、地基不均勻沉陷等問題。
2.1 渠道滲漏
引水渠道滲漏主要取決于渠道穿越地段巖土的透水性和地下水位。
在地下水位低于渠道運行水位的情況下,渠道滲漏可能引起渠道兩側產生沼澤化(圖2略);區內七星臺—太湖港—岑河口—丫角—鄧洲一帶東南側為全新統郭河組(Qal-l4g )地層,淺表層有大面積的透水性較好的粉細砂、砂壤土分布,地下水埋深0.5~2m.在上述區域內,若渠道運行水位高于地下水位,滲漏問題將較嚴重。高線、利用長湖線、低線的進、出口段均存在此種現象,尤以利用長湖線問題更為突出。
在渠道切入地表下深度較大,兩側地下水位高于渠道運行水位的情況下,地下水將向渠內滲漏,導致兩側地下水水位下降,引發如沿渠兩側水田、魚塘等漏水一系列環境問題。
2.2 基坑、渠道涌水和底板穩定
工程區內,由于地層組合、缺失等原因,區內承壓水含水層頂部隔水層厚度不一,局部地段因渠道開挖將導致隔水層過薄或揭穿,在較高水頭壓力作用下,渠道底板有被擊穿,形成涌水,導致基坑、渠道底板失穩。
勘察表明,高、中(利用長湖線)、低3條比較引水線的開挖段,一般切入地表以下3~12m,最大切入達18m,而區內承壓水層上部粘土隔水層一般厚10~20m,局部承壓水水頭可達數米至20余米不等,因此開挖渠道局部渠段在施工期或運行期均有可能產生涌水和底板失穩問題,引水線路的進、出口閘室,涵洞等構筑物基坑施工期也可能出現此類問題。
2.3 渠坡穩定
引江濟漢工程存在挖方型、填方型和半挖半填3種渠型,在渠線的兩端(長江岸邊、漢江干堤附近)及高線中段開挖邊坡高度一般8~15m,最大可達18m,其中前二者邊坡由Q4 土層構成,后者邊坡由Q2 膨脹土構成,易出現變形、滑坡等穩定問題。
區內全新統郭河組#####(Qal-l4g )地層分布廣泛,相對地下水位較高,淺表層有大面積的飽水的粉細砂、砂壤土、淤泥質土分布,渠道及其它構筑物基坑在此類地段開挖,渠坡(基坑)成形困難,易出現變形、滑塌等穩定問題。
2.4 地基不均勻沉陷
據規劃高、中、低3條比較引水線的填方型、半挖半填型的渠道均較長,相應渠段的表層基本為全新統郭河組(Qal-l4g )地層,此層中含有淤泥質類土,具有強度低、壓縮量大等特征,且淤泥質土體分布不連續、不穩定,其厚度、巖性等各處差異大。此類渠段的渠堤、節制閘等構筑物地基存在不均勻沉陷及長期蠕變等問題的可能性較大。
3 地質建議
(1)研究表明,工程區內地形較平坦、高差不大,地質條件較簡單,具備興建引江濟漢工程的地形、地質條件。
(2)引江濟漢工程具有線路長、跨越地形、地質單元多、工程構筑物型式多樣等特點,工程地質問題具有復雜性、多樣性,主要工程地質問題有渠道滲漏,基坑、渠道涌水和底板穩定,渠坡穩定、地基不均勻沉陷等問題。
(3)高、中、低3條規劃引水線路的工程地質條件略有差異,存在的主要工程地質問題基本相似,地質條件的差異不構成引水線路比較的關鍵因素。
(4)建議就結合引江濟江工程的施工與運行要求,進一步研究擬選線路的工程地質條件,重點查明地層分布、各類土的物理力學性質,不良土的分布與性狀,存在的主要工程地質問題并提出有針對性的地質處理建議。(考試大一級建造師編輯整理)