引江濟(jì)漢工程系與南水北調(diào)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(nèi)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(diào)水量93億m3;工程興建將近距離溝通長江、漢江兩大河流,補(bǔ)償南水北調(diào)工程實(shí)施后漢江丹江口以下河段工農(nóng)業(yè)及生態(tài)用水,改善漢江中下游生態(tài)和水文環(huán)境。
規(guī)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(dāng)多的公路、河流、湖汊。引水工程主要由渠道、節(jié)制閘、倒虹吸、涵洞及其它交叉建筑物等一系列結(jié)構(gòu)物組成,渠道規(guī)模為底寬98m、內(nèi)坡1∶2.5、比降1/32680,設(shè)計(jì)流量500m3/s、水深4.7m.
1 引江濟(jì)江工程地質(zhì)條件
1.1 地形地貌
工程區(qū)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(shì)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(cè)地形坡度5°~15°、中部3°~5°、東南側(cè)坡度小于0.05‰。
長江、漢江分別在工程區(qū)的西南角、東北角流過,區(qū)內(nèi)河、渠縱橫,有長湖等湖泊分布;經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá),城鎮(zhèn)星羅棋布,有宜黃高速公路、荊襄鐵路等交通要道經(jīng)過,交通便利。
1.2 地層巖性
區(qū)內(nèi)出露和分布地層主要有:
(1)第四系中更新統(tǒng)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(wǎng)紋粉質(zhì)粘土、粘土,按塑性土分類圖定名,屬高液限粘質(zhì)土(CH)。據(jù)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(tǒng)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(zhì)粘土、粘土含鐵錳質(zhì)結(jié)核及灰綠、灰白色斑塊,厚7~20m.
(3)上更新統(tǒng)沙湖組(Q3S al )??偤穸?0~40m,中、下部為細(xì)砂、砂礫層、粉細(xì)砂;上部為黃色、褐黃色粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)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(tǒng)郭河組(Qal-l4g )。厚度變化較大,數(shù)米至20余米不等。中下部主要為灰黃色、深灰色粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土,局部含淤泥質(zhì),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(xì)砂、砂壤土、壤土層。
1.3 地質(zhì)構(gòu)造
工程區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)之江漢—洞庭斷坳西北部,地表廣泛發(fā)育和覆蓋厚層第四系堆積物,區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造等不甚發(fā)育。
1.4 水文地質(zhì)
工程區(qū)地跨江漢平原之中部、西北部,廣泛發(fā)育和覆蓋厚層第四系松散堆積物,地表水系發(fā)育,地下水埋藏深度較小、水量豐富,補(bǔ)、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(jié)構(gòu)較松散,滲透性較好,為本區(qū)相對(duì)透水層。各地層的粘性土滲透性差,為本區(qū)內(nèi)的相對(duì)隔水層。
按地層年代,相對(duì)透水層、相對(duì)隔水層組合關(guān)系,區(qū)內(nèi)承壓水層大致可分為4種類型。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,區(qū)內(nèi)承壓含水層層位較穩(wěn)定,含水層的厚度大,達(dá)數(shù)十米至百余米,承壓水頭達(dá)數(shù)米至20余米不等,與長江等地表水體水力聯(lián)系密切。
2 主要工程地質(zhì)問題
引江濟(jì)漢工程具有線路長、跨越地形、地質(zhì)單元多、工程構(gòu)筑物型式多樣等特點(diǎn),工程地質(zhì)問題具有復(fù)雜性、多樣性,主要有渠道滲漏,基坑、渠道涌水和底板穩(wěn)定,渠坡穩(wěn)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(yùn)行水位的情況下,渠道滲漏可能引起渠道兩側(cè)產(chǎn)生沼澤化(圖2略);區(qū)內(nèi)七星臺(tái)—太湖港—岑河口—丫角—鄧洲一帶東南側(cè)為全新統(tǒng)郭河組(Qal-l4g )地層,淺表層有大面積的透水性較好的粉細(xì)砂、砂壤土分布,地下水埋深0.5~2m.在上述區(qū)域內(nèi),若渠道運(yùn)行水位高于地下水位,滲漏問題將較嚴(yán)重。高線、利用長湖線、低線的進(jìn)、出口段均存在此種現(xiàn)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(cè)地下水位高于渠道運(yùn)行水位的情況下,地下水將向渠內(nèi)滲漏,導(dǎo)致兩側(cè)地下水水位下降,引發(fā)如沿渠兩側(cè)水田、魚塘等漏水一系列環(huán)境問題。
2.2 基坑、渠道涌水和底板穩(wěn)定
工程區(qū)內(nèi),由于地層組合、缺失等原因,區(qū)內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)致基坑、渠道底板失穩(wěn)。
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,切入達(dá)18m,而區(qū)內(nèi)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(dá)數(shù)米至20余米不等,因此開挖渠道局部渠段在施工期或運(yùn)行期均有可能產(chǎn)生涌水和底板失穩(wěn)問題,引水線路的進(jìn)、出口閘室,涵洞等構(gòu)筑物基坑施工期也可能出現(xiàn)此類問題。
2.3 渠坡穩(wěn)定
引江濟(jì)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,可達(dá)18m,其中前二者邊坡由Q4 土層構(gòu)成,后者邊坡由Q2 膨脹土構(gòu)成,易出現(xiàn)變形、滑坡等穩(wěn)定問題。
區(qū)內(nèi)全新統(tǒng)郭河組#####(Qal-l4g )地層分布廣泛,相對(duì)地下水位較高,淺表層有大面積的飽水的粉細(xì)砂、砂壤土、淤泥質(zhì)土分布,渠道及其它構(gòu)筑物基坑在此類地段開挖,渠坡(基坑)成形困難,易出現(xiàn)變形、滑塌等穩(wěn)定問題。
2.4 地基不均勻沉陷
據(jù)規(guī)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(yīng)渠段的表層基本為全新統(tǒng)郭河組(Qal-l4g )地層,此層中含有淤泥質(zhì)類土,具有強(qiáng)度低、壓縮量大等特征,且淤泥質(zhì)土體分布不連續(xù)、不穩(wěn)定,其厚度、巖性等各處差異大。此類渠段的渠堤、節(jié)制閘等構(gòu)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(zhì)建議
(1)研究表明,工程區(qū)內(nèi)地形較平坦、高差不大,地質(zhì)條件較簡單,具備興建引江濟(jì)漢工程的地形、地質(zhì)條件。
(2)引江濟(jì)漢工程具有線路長、跨越地形、地質(zhì)單元多、工程構(gòu)筑物型式多樣等特點(diǎn),工程地質(zhì)問題具有復(fù)雜性、多樣性,主要工程地質(zhì)問題有渠道滲漏,基坑、渠道涌水和底板穩(wěn)定,渠坡穩(wěn)定、地基不均勻沉陷等問題。
(3)高、中、低3條規(guī)劃引水線路的工程地質(zhì)條件略有差異,存在的主要工程地質(zhì)問題基本相似,地質(zhì)條件的差異不構(gòu)成引水線路比較的關(guān)鍵因素。
(4)建議就結(jié)合引江濟(jì)江工程的施工與運(yùn)行要求,進(jìn)一步研究擬選線路的工程地質(zhì)條件,重點(diǎn)查明地層分布、各類土的物理力學(xué)性質(zhì),不良土的分布與性狀,存在的主要工程地質(zhì)問題并提出有針對(duì)性的地質(zhì)處理建議。
規(guī)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(dāng)多的公路、河流、湖汊。引水工程主要由渠道、節(jié)制閘、倒虹吸、涵洞及其它交叉建筑物等一系列結(jié)構(gòu)物組成,渠道規(guī)模為底寬98m、內(nèi)坡1∶2.5、比降1/32680,設(shè)計(jì)流量500m3/s、水深4.7m.
1 引江濟(jì)江工程地質(zhì)條件
1.1 地形地貌
工程區(qū)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(shì)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(cè)地形坡度5°~15°、中部3°~5°、東南側(cè)坡度小于0.05‰。
長江、漢江分別在工程區(qū)的西南角、東北角流過,區(qū)內(nèi)河、渠縱橫,有長湖等湖泊分布;經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá),城鎮(zhèn)星羅棋布,有宜黃高速公路、荊襄鐵路等交通要道經(jīng)過,交通便利。
1.2 地層巖性
區(qū)內(nèi)出露和分布地層主要有:
(1)第四系中更新統(tǒng)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(wǎng)紋粉質(zhì)粘土、粘土,按塑性土分類圖定名,屬高液限粘質(zhì)土(CH)。據(jù)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(tǒng)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(zhì)粘土、粘土含鐵錳質(zhì)結(jié)核及灰綠、灰白色斑塊,厚7~20m.
(3)上更新統(tǒng)沙湖組(Q3S al )??偤穸?0~40m,中、下部為細(xì)砂、砂礫層、粉細(xì)砂;上部為黃色、褐黃色粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)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(tǒng)郭河組(Qal-l4g )。厚度變化較大,數(shù)米至20余米不等。中下部主要為灰黃色、深灰色粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土,局部含淤泥質(zhì),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(xì)砂、砂壤土、壤土層。
1.3 地質(zhì)構(gòu)造
工程區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)之江漢—洞庭斷坳西北部,地表廣泛發(fā)育和覆蓋厚層第四系堆積物,區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造等不甚發(fā)育。
1.4 水文地質(zhì)
工程區(qū)地跨江漢平原之中部、西北部,廣泛發(fā)育和覆蓋厚層第四系松散堆積物,地表水系發(fā)育,地下水埋藏深度較小、水量豐富,補(bǔ)、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(jié)構(gòu)較松散,滲透性較好,為本區(qū)相對(duì)透水層。各地層的粘性土滲透性差,為本區(qū)內(nèi)的相對(duì)隔水層。
按地層年代,相對(duì)透水層、相對(duì)隔水層組合關(guān)系,區(qū)內(nèi)承壓水層大致可分為4種類型。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,區(qū)內(nèi)承壓含水層層位較穩(wěn)定,含水層的厚度大,達(dá)數(shù)十米至百余米,承壓水頭達(dá)數(shù)米至20余米不等,與長江等地表水體水力聯(lián)系密切。
2 主要工程地質(zhì)問題
引江濟(jì)漢工程具有線路長、跨越地形、地質(zhì)單元多、工程構(gòu)筑物型式多樣等特點(diǎn),工程地質(zhì)問題具有復(fù)雜性、多樣性,主要有渠道滲漏,基坑、渠道涌水和底板穩(wěn)定,渠坡穩(wěn)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(yùn)行水位的情況下,渠道滲漏可能引起渠道兩側(cè)產(chǎn)生沼澤化(圖2略);區(qū)內(nèi)七星臺(tái)—太湖港—岑河口—丫角—鄧洲一帶東南側(cè)為全新統(tǒng)郭河組(Qal-l4g )地層,淺表層有大面積的透水性較好的粉細(xì)砂、砂壤土分布,地下水埋深0.5~2m.在上述區(qū)域內(nèi),若渠道運(yùn)行水位高于地下水位,滲漏問題將較嚴(yán)重。高線、利用長湖線、低線的進(jìn)、出口段均存在此種現(xiàn)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(cè)地下水位高于渠道運(yùn)行水位的情況下,地下水將向渠內(nèi)滲漏,導(dǎo)致兩側(cè)地下水水位下降,引發(fā)如沿渠兩側(cè)水田、魚塘等漏水一系列環(huán)境問題。
2.2 基坑、渠道涌水和底板穩(wěn)定
工程區(qū)內(nèi),由于地層組合、缺失等原因,區(qū)內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)致基坑、渠道底板失穩(wěn)。
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,切入達(dá)18m,而區(qū)內(nèi)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(dá)數(shù)米至20余米不等,因此開挖渠道局部渠段在施工期或運(yùn)行期均有可能產(chǎn)生涌水和底板失穩(wěn)問題,引水線路的進(jìn)、出口閘室,涵洞等構(gòu)筑物基坑施工期也可能出現(xiàn)此類問題。
2.3 渠坡穩(wěn)定
引江濟(jì)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,可達(dá)18m,其中前二者邊坡由Q4 土層構(gòu)成,后者邊坡由Q2 膨脹土構(gòu)成,易出現(xiàn)變形、滑坡等穩(wěn)定問題。
區(qū)內(nèi)全新統(tǒng)郭河組#####(Qal-l4g )地層分布廣泛,相對(duì)地下水位較高,淺表層有大面積的飽水的粉細(xì)砂、砂壤土、淤泥質(zhì)土分布,渠道及其它構(gòu)筑物基坑在此類地段開挖,渠坡(基坑)成形困難,易出現(xiàn)變形、滑塌等穩(wěn)定問題。
2.4 地基不均勻沉陷
據(jù)規(guī)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(yīng)渠段的表層基本為全新統(tǒng)郭河組(Qal-l4g )地層,此層中含有淤泥質(zhì)類土,具有強(qiáng)度低、壓縮量大等特征,且淤泥質(zhì)土體分布不連續(xù)、不穩(wěn)定,其厚度、巖性等各處差異大。此類渠段的渠堤、節(jié)制閘等構(gòu)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(zhì)建議
(1)研究表明,工程區(qū)內(nèi)地形較平坦、高差不大,地質(zhì)條件較簡單,具備興建引江濟(jì)漢工程的地形、地質(zhì)條件。
(2)引江濟(jì)漢工程具有線路長、跨越地形、地質(zhì)單元多、工程構(gòu)筑物型式多樣等特點(diǎn),工程地質(zhì)問題具有復(fù)雜性、多樣性,主要工程地質(zhì)問題有渠道滲漏,基坑、渠道涌水和底板穩(wěn)定,渠坡穩(wěn)定、地基不均勻沉陷等問題。
(3)高、中、低3條規(guī)劃引水線路的工程地質(zhì)條件略有差異,存在的主要工程地質(zhì)問題基本相似,地質(zhì)條件的差異不構(gòu)成引水線路比較的關(guān)鍵因素。
(4)建議就結(jié)合引江濟(jì)江工程的施工與運(yùn)行要求,進(jìn)一步研究擬選線路的工程地質(zhì)條件,重點(diǎn)查明地層分布、各類土的物理力學(xué)性質(zhì),不良土的分布與性狀,存在的主要工程地質(zhì)問題并提出有針對(duì)性的地質(zhì)處理建議。