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《土力学》

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任务7.3输水建筑物的工程地质问题

输水建筑物是线型水工建筑物，一般由渠道、输水隧洞、渡槽、闸等组成，本节介绍工程地质问题较多的渠道和水工隧洞。

5．3．1渠道的工程地质问题

渠道的工程地质问题主要有渗漏、边坡稳定等，以下主要谈有关渠道的选线和渗漏问题。

1．渠道选线的工程地质条件

渠道线路的选择，要根据地形、地质及施工条件等综合考虑。渠道按通过的地貌单元不同，可分为平原线、谷底线、坡麓线、山腹线、岭脊线等。因渠道为线型建筑物，路线长，穿越的地貌、岩性、构造及水文地质条件类型多，变化复杂。为使渠道水流畅通又不致水头损失过大，应有一个合理的纵坡降，以保证渠道不冲、不淤和最小渗漏损失。故而在选线时，首先应绕避高山、深谷和地形切割强烈的丘陵山区。渠线应在工程地质条件较好的岩土体中通过，尽量避开不良地质条件地段，例如大断层破碎带，强地震区，土层沉陷很大的地区，强透水层分布区，岩溶分布区以及影响边坡稳定的物理地质现象发育地段。

2．渠道渗漏的地质条件分析

傍山渠道多位于基岩区，渠道渗漏一般是不严重的，但应注意断层破碎带、裂隙密集带以及岩溶发育带等强水带的分布。平原线及谷底线渠道通过地段以第四纪松散沉积物居多，沿途不同成因类型的沉积物均可遇到。例如渠道穿越山前洪积扇，当由砂砾石等透水性强的沉积物组成时，渠道渗漏严重，而通过的沉积物为黏性土时，则很少渗漏。

渠道渗漏还受地下水位的影响，地下水位高于渠水位，不会发生渗漏，而且还能得到地下水的补给。反之，则可能发生渗漏，且地下水埋深愈大，渗漏量也愈大。

3．渠道渗漏的防治

(1)绕避。在渠道选线时尽可能绕避强透水地段、断层破碎带和岩溶发育地段。

(2)防渗。采用不透水材料护面防渗，例如黏土、三合土、浆砌石、混凝土、塑料薄膜等。

(3)灌浆、硅化加固等。

5．3．2隧洞的工程地质问题

隧洞的优点是线路短，水头损失小，便于管理养护，还能避开一些不良地质地段。由于隧洞修建在地下岩体中，所以地质条件对隧洞的影响很大，隧洞的主要工程地质问题是洞身围岩(即洞的周围岩体)的稳定性和围岩作用于支撑、衬砌上的山岩压力，以及地下水对围岩稳定的影响。

1．隧洞选线的工程地质条件

(1)地形条件。地形上要求山体完整，洞室周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。

隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡、崩塌等现象存在。洞口岩石应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾向山里以保证洞口坡的安全。

(2)岩性条件。洞室应尽量选在坚硬完整岩石中，坚硬岩石岩性均匀致密，抗风化能力强，一般在坚硬完整岩层中掘进，围岩稳定，日进尺快，无需衬砌或衬砌工作量较小，造价低。而在软弱、破碎、松散岩层中掘进，由于这类岩石强度低，易风化和软化，顶板易坍塌，边墙及底板易产生鼓胀挤出变形等，需边掘进、边支护或超前支护，工期长、造价高。

岩层厚度与围岩稳定也有很大关系。厚度很大的块状岩体，岩性均一，稳定性好，例如岩浆岩和片麻岩、石英岩等，适合修建大型的地下工程。而薄层的沉积岩和变质岩中的片岩、板岩、千枚岩、黏土岩以及胶结不好的砂砾岩等，由于层次多，稳定性较差，特别是软硬岩相间的岩石以及松散破碎岩石，选址时应尽量避开。

(3)地质构造条件。在褶皱核部，由于裂隙发育、岩石破碎，且可蓄存大量地下水(如向斜轴部)，对围岩稳定不利(图5．13)。所以洞线应该避开核部。洞线穿过断层破碎带易造成大规模塌方，还可能有大量地下水的涌水，是影响围岩稳定的关键。单斜岩层的走向线与洞线之间的夹角及岩层倾角的大小，也影响围岩的稳定，其夹角与倾角愈小，越不稳定。所以在单斜岩层中开挖的洞轴线尽量与岩层走向垂直。在水平或缓倾斜岩层中，应尽量使洞室位于厚层均质岩层中(图5．14)。

(4)岩体结构特征。隧洞围岩岩体的各种结构面，可以组合成各种形式的岩块，如楔形体、锥形体、方块体、棱形体等，由于它们在所处洞身围岩中的位置、形态和存放方式不同，它们的稳定程度也不相同，如围岩中有陡立的泥质结构面存在时，对围岩的稳定极为不利。

(5)其他因素。如有地下水存在，将对围岩产生静水压力、动水压力及软化、泥化作用。地下工程施工中的塌方或冒顶事故，常和地下水的活动有关，最好选在地下水位以上的干燥岩体内，或地下水水量不大、无高压含水层的岩体内。

此外，人为因素如施工方法和施工质量不当等，也会对围岩稳定产生不利影响。

2．山岩压力

由于隧洞的开挖，破坏了围岩原有的应力平衡条件，引起围岩中一定范围内的岩体向洞内松动或坍塌，因而就必须尽快支撑和衬砌，以抵抗围岩的松动或破坏，这时围岩作用于支撑和衬砌上的压力，称为山岩压力。显然，山岩压力是隧洞设计的主要荷载，若山岩压力很小或没有，可认为隧洞是稳定的，可以不支撑；当山岩压力很大时，则必须考虑衬砌和支撑，所以正确估