供水工程中复杂地质条件下施工技术难题及解决措施探讨

引言

供水工程是保障城乡发展和人民生活的重要基础设施。在复杂地质条件下进行施工，对技术创新和工程管理提出了更高要求。成功应对这些挑战，不仅能确保工程本身的安全优质建成，更能为类似地质条件的重大基础设施建设积累宝贵经验，推动行业技术进步，对提升国家基础设施建设水平和保障民生用水安全具有重要战略意义。

1 复杂地质条件类型及特征

复杂地质条件类型多样，其特征显著，对供水工程施工构成严峻挑战。软土及淤泥质地层含水量高、强度极低，易导致地基失稳和构筑物沉降。砂层与富水卵石层渗透性强，开挖时易发生涌水涌沙，造成开挖面坍塌。岩石地层分为坚硬岩体与破碎带，前者开挖困难且效率低下，后者则自稳能力差，存在塌方风险。膨胀土遇水体积膨胀，失水则收缩，反复变形会直接破坏工程结构。湿陷性黄土在天然状态下强度尚可，但浸水后结构迅速破坏，产生显著下沉。此外，山区陡坡及河谷地带的地形高差大，不仅施工难度高，还易引发边坡失稳和水土流失问题。准确识别这些地质特征是制定有效施工对策的基础。

2 供水工程中复杂地质条件下典型施工技术难题

​2.1 开挖面失稳与围岩变形问题

在复杂地质条件下进行基坑、隧洞或管沟开挖时，面临的首要难题是开挖面的剧烈变形与失稳。于软土、淤泥地层中，土体极软弱，自稳时间极短，槽壁极易发生溜方甚至整体坍塌，不仅危及施工安全，更导致后续支护结构无法有效架设。在富水砂层或卵石层中，动态水压力会携带细颗粒物质不断从开挖面涌出，形成管涌，迅速掏空周边土体，造成地面沉陷与周边建筑物开裂。即便在岩层中，遭遇断层破碎带或强风化带时，原本看似稳固的围岩会因应力释放而松弛脱落，产生大规模的掉块或塌方，施工进度严重受阻，风险极高。

​2.2 地下水控制与渗流破坏问题

地下水是复杂地质施工中最活跃、最难以预测的破坏性因素。在高水位地区的砂性土层中，传统的降水措施可能效果不佳或引发周边环境沉降，而开挖面内外的巨大水头差会驱动地下水持续渗入，形成涌水，淹没作业面，使机械设备和人员无法正常作业。更严重的是，渗流会带走土体中细颗粒，导致土体结构被潜蚀掏空，进而引发地表突然下陷。对于深层承压水，若隔水底板被开挖揭露，承压水头可能顶破坑底，造成突涌灾难性事故，彻底摧毁施工成果。这种水患问题治理成本极高且稍有不慎便后果严重。

​2.3 地基处理与长期变形控制问题

工程构筑物建成后的长期安全运行取决于地基的永久稳定性，而这在特殊岩土中面临严峻挑战。在深厚软土地基上修建泵站或水池，即便施工时通过临时措施得以完成，后期在建筑荷载作用下，地基仍会发生持续数月甚至数年的缓慢沉降，若沉降不均则导致结构倾斜开裂。对于膨胀土地区，季节性降雨或管道渗漏会使地基土吸水后产生巨大膨胀力，而干旱时又再度收缩，这种周期性胀缩变形直接作用于刚性管道或渠道底板，最终使其断裂失效。湿陷性黄土地基一旦浸水，其原有结构便会迅速崩解，产生突发性大幅下沉，对上部输水结构造成毁灭性破坏。这些变形问题具有显著滞后性，发现时往往为时已晚。

3 复杂地质条件下施工技术解决措施与建议

​3.1 强化地质勘察与动态设计管理

应对复杂地质条件的核心在于前期精准勘察与过程中的动态调整。建议采用综合勘探技术，结合钻探、物探和原位测试，精准探明软土分布、地下水径流带、岩溶及破碎带等不良地质体的空间展布。施工阶段必须实行信息化动态设计，依据开挖揭露的实际地质情况和实时监测数据，如边坡位移、支护结构应力、地下水位等，及时反馈并修正设计方案与施工参数。此举能将地质不确定性带来的风险降至最低，确保支护措施和施工工法始终与现场实际条件相匹配，避免因地质条件误判而引发重大工程事故。

​3.2 应用针对性地下水控制与支护技术

针对涌水涌沙和开挖面失稳问题，必须采取主动的超前控制措施。在富水地层施工中，应根据具体水文地质条件，综合采用井点降水、帷幕注浆或地下连续墙等截水技术，有效降低地下水位或阻断渗流路径，从根本上消除水头压力差。对于软弱土层和破碎岩体支护，需要采用刚柔结合的综合支护方案。在隧道工程中可采用超前小导管注浆预加固前方土体，配合格栅钢架和喷射混凝土形成联合支护体系。在深基坑工程中则可采用排桩加内支撑或地下连续墙等强支护结构，确保开挖过程中的围岩稳定性和施工安全性。

​3.3 实施地基改良与长期健康监测

为确保工程结构的长期稳定，必须对不良地基进行永久性处理。对深厚软土可采用桩基础或复合地基技术，如 CFG 桩与碎石桩，将荷载传递至深层稳定土层。对膨胀土和湿陷性黄土，可采用换填垫层法或石灰水泥等材料进行化学改良，从根本上消除其胀缩性和湿陷性。工程竣工后需要建立完善的长期健康监测系统，通过安装沉降标、测斜管和孔隙水压力计等传感器，持续监测地基变形和地下水位变化情况。利用监测数据建立预警机制，为工程的预测性维护提供科学依据，确保供水工程的长久安全运行。

3.4 推广智能化与绿色施工技术应用

面对复杂地质条件带来的高风险和不确定性，应大力推进智能化施工技术与绿色工法的应用。利用基于北斗或GPS 的高精度定位系统、物联网传感器和无人机航测，对施工全过程进行实时监控与数据采集，构建数字孪生模型，实现对边坡稳定性、支护结构受力以及环境影响等的智能预警与可视化管控。在工法选择上，优先采用非开挖技术如顶管和定向钻，或环境扰动小的机械掘进方法，最大限度减少对周边地质体和生态环境的破坏。同时，对开挖产生的弃土弃渣进行资源化利用，并做好施工废水的循环处理，实现工程建设与环境保护的协调发展。

结束语

复杂地质条件对供水工程施工构成了巨大挑战，但也推动了技术与管理方法的持续进步。通过精准勘察、动态设计、针对性工程措施以及智能化管理，能够有效化解施工风险，保障工程安全、质量与长效运行。未来应进一步加强技术集成与创新，实现工程建设和生态保护的协同发展。

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