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万家寨引黄入晋工程引黄入晋工程综述 万家寨黄金滩工程位于山西省西北部。铁路上有19个洞（btm法单个洞最长42公里），2个地下泵站，3个地面泵站，7个过渡槽和1个大型调节和蓄水水库。此外，还有埋地、明渠、压力埋管、分水门和人工开挖的水池。本工程地质条件的特点是: (1)引水线路黄土覆盖严重,基岩露头少;工程线路穿过3个构造断陷盆地,18个大型深切沟谷,全线土洞段长度约8 km。 (2)引水线路穿过的地层岩性复杂多样,有太古界片麻岩,寒武系奥陶系灰岩、白云岩,石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系的砂岩页岩、泥质岩,第三系红土,第四系黄土、砂(卵)砾石等,地层总厚度达5 000 m左右。 (3)隧洞中既有水量较大的岩溶裂隙水和砂(卵)砾石孔隙水,也有水量较少但地下水头较高的碎屑岩承压水;此外,分布在N2红土的顶部至Q2黄土地层中的上层滞水,也给工程带来很大的危害。 (4)不良工程地质问题多。湿陷性黄土对水库、隧洞及地面建筑物的危害十分严重,存在复杂的沉陷、渗透稳定及边坡稳定问题。膨胀性红粘土、大型断层带、岩溶、岩溶地下水、N2红土上层滞水、有害气体和有害水质等给隧洞工程,特别是TBM隧洞施工带来不利影响。对于大规模地下洞室群和高压力隧洞的围岩稳定性、渗透稳定性,需做大量的勘察测试工作。煤矿与煤矿采空区对大梁调蓄水库等带来复杂的不利影响。 1 主要地质调查方法 (1) 引产12.5万地质图和建筑物区12.5万11111111112.45万地质图 从区域性的1∶20万、1∶10万、1∶5万地质图,到引水线路的1∶2.5万～1∶1万地质图和建筑物区1∶2 000～1∶500地质图十分完备。 (2) 勘探 在前期勘察阶段共计进尺5.46万m,主要布置在泵站、跨沟建筑物、调蓄水库及不良地质条件隧洞地区等。 (3) 井及化学物理探测 有地震波法、电法、声波测试、钻孔综合测井及化学物理探测等,其目的是了解建筑物区覆盖层厚度、岩性分层、隐伏构造、地下水分布情况以及测试岩土物理力学性质等。 (4) 地板压力测试 在泵站及不同地质构造单元共计有11个地应力孔,用水压致裂法测试地应力的方向及量值。 (5) 山地工作水井抗沟等 其中黄土竖井工作量最大,约7 650 m。 (6) 传统岩物理力学测试 各项试验总计约2 000组。 (7) 岩矿及蚀变性砂岩 针对坝基湿陷性黄土进行了黄土颗粒分析、盐矿组成、土体结构及大压力下(0～1.6 MPa)黄土压缩及湿陷性试验。针对膨胀性泥质岩曾进行岩矿分析及钻孔岩芯和探硐中原位膨胀性试验。对蚀变性砂岩进行了快速判别及水理性质试验。对高内水压力隧洞围岩进行了岩体强度、渗透性及地应力测试,特别是通过岩体灌浆前后的水力劈裂和高压压水试验(最大压力3～4 MPa),了解岩体抗渗透破坏的性能。 (8) 高内水压力隧道地质及工程地质地质研究 曾进行黄土湿陷、黄土高边坡稳定性、岩土膨胀性、岩溶发育规律、含水隧洞水文地质和涌水量及泵站高内水压力隧洞岩体工程性质研究。对大梁水库进行了库坝区渗漏及渗透稳定、坝基沉陷变形、黄土筑坝材料及煤矿采空区分布的研究。 2 各阶段的主要研究内容主要 2.1 扬水方案的确立 由黄河万家寨引水解决山西干旱缺水问题早在1958年就开展了规划选线工作,至80年代初基本确立了自万家寨分级扬水至大同和太原的方案(见图1)。 该阶段的地质勘察以现场查勘、收集区域性地质资料和进行小比例尺的区域地质测绘为主,并辅以少量钻探工作,编写了不同线路方案的工程地质报告。 2.2 可研工作的重心 该阶段的工作始于1983年,至1993年基本结束。可研工作的重心首先为总干线和北干线,而后转入南干线。其地质勘察工作主要围绕引水线路方案比选而进行的,现例举几个重大方案比选的勘察情况。 2.2.1 地下泵站主要线路方案比选 (1)通过首部一、二级地面泵站与地下泵站方案的比选,确定了地下泵站线路方案。地面泵站线路方案的地质方面主要缺点是:受深切狭谷地形影响地面泵站布置困难,申同咀和黄草梁水库存在严重的渗漏和淤积问题。而地下泵站线路方案线路短,地下工程部位地层坚硬完整,地下水位深,具备开挖大型地下洞室的良好地质条件(见图2)。 (2)总干线线路比选主要意图是尽量减少土洞段,特别是Q3湿陷性黄土洞段的长度。引水线路在勘察的过程中调整次数很多,例如在总干线沙峁东西沟地区曾4次较大地摆动线路。 2.2.2 低线方案方案2 在引黄入晋应急方案研究中,通过设贾堡四级泵站高线方案与不设四级泵站低线方案的比选,确定了三级泵站扬水80 m的低线隧洞线路方案。前者需两次穿过偏关河,含水的砂砾石洞段和黄土洞段长度甚大,线路地质条件也十分复杂。而低线方案在下土寨分水闸至大梁地下泵站长30.6 km的隧洞线路中,仅有200 m左右的N2土洞,其余均在基岩中,隧洞最大埋