王瑜琦 楊正璇 廖 攀

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

羅陽(yáng)高速某隧道巖溶地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究

王瑜琦 楊正璇 廖 攀

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

·橋梁·隧道·

以羅陽(yáng)高速鵝步嶺隧道為例，在隧道區(qū)水文地質(zhì)專(zhuān)門(mén)性測(cè)繪、物探的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了隧道三維地質(zhì)模型，利用地下水連通試驗(yàn)確定了地下水具體的流通路徑，揭示了隧道巖溶地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并提出了有針對(duì)性的工程防治方案，為類(lèi)似隧道巖溶水害的治理提供科學(xué)依據(jù)。

隧道，巖溶，地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律

鵝步嶺隧道是羅陽(yáng)高速公路陽(yáng)陽(yáng)段的一座長(zhǎng)隧道，共有四個(gè)車(chē)道。鵝步嶺隧道在運(yùn)營(yíng)期間，多次發(fā)生涌水涌泥、滲漏等病害，嚴(yán)重威脅隧道的安全運(yùn)行。因此弄清隧道區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件，為鵝步嶺隧道在運(yùn)營(yíng)期間防治突涌水與滲漏水提供科學(xué)依據(jù)具有重要的實(shí)際意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鵝步嶺隧道位于構(gòu)造剝蝕低山地貌，地形較陡峭。隧道區(qū)褶皺與斷裂構(gòu)造發(fā)育，方向以北東向～北東東為主。泥盆系中下統(tǒng)桂頭群(D1-2gt)紫紅色砂巖與頁(yè)巖互層、泥盆系上統(tǒng)天子嶺組(D3t)灰黑色灰?guī)r、泥灰?guī)r與第四系殘坡積層(Qel+dl)為鵝步嶺隧道區(qū)主要地層，見(jiàn)圖1。

隧道區(qū)近東西向的分水嶺，將整個(gè)鵝步嶺隧道區(qū)分為兩個(gè)匯水區(qū)，分別是北匯水區(qū)、南匯水區(qū)。就對(duì)隧道地下水的影響而言，南匯水區(qū)的地表水對(duì)隧道影響更大，其主要是通過(guò)斷層WF1,WF2導(dǎo)水產(chǎn)生對(duì)隧道的影響。

2 地下水連通試驗(yàn)

目前，鵝步嶺隧道區(qū)地下水以隧道內(nèi)部及兩側(cè)排水溝為排泄點(diǎn)，但地下水具體的流動(dòng)途徑仍不是十分清楚，需要更深入的了解。

地下水連通試驗(yàn)是為測(cè)定不同區(qū)域地下水之間的水力聯(lián)系而進(jìn)行的示蹤試驗(yàn)[1]。本次連通試驗(yàn)采用的示蹤劑為熒光素鈉和羅丹明，監(jiān)測(cè)儀器為加拿大生產(chǎn)的野外熒光分光光度計(jì)[2]。試驗(yàn)共設(shè)置了10個(gè)投放點(diǎn)和9個(gè)接收點(diǎn)，分別在隧道左右兩端開(kāi)展。

2.1 投放點(diǎn)與接收點(diǎn)的選擇

通過(guò)分析前期地勘與試驗(yàn)資料，并對(duì)隧道區(qū)詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查分析，我們可知：隧道頂部為分水嶺，雨季地表徑流流量大、流速快，可以排除遠(yuǎn)程地下水補(bǔ)給的可能。雨季地表徑流發(fā)育，降雨多形成坡向流，因此我們最終在隧道頂部選擇了10個(gè)投放點(diǎn)與9個(gè)接收點(diǎn)。隧道南段為灰?guī)r，灰?guī)r為含水層，隧道區(qū)主要的塌陷和漏洞都在此處，所以在隧道南段設(shè)置10個(gè)投放點(diǎn)，并布設(shè)5個(gè)接收點(diǎn)，以了解地下水的流動(dòng)途徑。隧道北段為砂巖，相對(duì)于灰?guī)r，砂巖為隔水層，理論上沒(méi)有較大流量的地下水，且區(qū)域內(nèi)沒(méi)有明顯塌陷或漏洞，所以沒(méi)有在此設(shè)投放點(diǎn)，但仍設(shè)了4個(gè)接收點(diǎn)進(jìn)行取樣，以了解南段投放點(diǎn)的水是否流到此處。

2.2 試驗(yàn)方案

鵝步嶺隧道的地下水連通試驗(yàn)分兩次五組相互獨(dú)立進(jìn)行，兩次試驗(yàn)均選在大雨天開(kāi)展。第一次在2015年9月16日～2015年9月19日，進(jìn)行了試驗(yàn)一及試驗(yàn)二，共計(jì)兩組試驗(yàn)；第二次在2015年10月5日～2015年10月8日，進(jìn)行了試驗(yàn)三、試驗(yàn)四及試驗(yàn)五，共計(jì)三組試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

各接收點(diǎn)情況如下(見(jiàn)圖2)：

第一次主要是在隧道進(jìn)口段右塌陷區(qū)投放示蹤劑，共分兩批次投放4個(gè)點(diǎn)，其中TF-01和TF-03投放的藥劑是熒光素鈉，TF-02和TF-04投放的藥劑是羅丹明。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)接收情況是：第一批次實(shí)驗(yàn)JS-01，JS-02無(wú)反應(yīng)，未檢出藥劑，JS-03點(diǎn)檢測(cè)到熒光素鈉，JS-04，JS-09均未檢測(cè)出藥劑；第二批次實(shí)驗(yàn)JS-01，JS-02無(wú)反應(yīng)，JS-03點(diǎn)檢測(cè)到熒光素鈉和羅丹明，JS-04點(diǎn)檢測(cè)到熒光素鈉，JS-09未檢測(cè)出藥劑。從以上分析可知，隧道右側(cè)的6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)溝的水主要在隧道右側(cè)流出。隧道另一端的JS-05，JS-06，JS-07，JS-08點(diǎn)均無(wú)明顯反應(yīng)，未檢測(cè)出熒光素鈉或羅丹明，可以判斷右塌陷區(qū)的水沒(méi)有流到隧道北段。

第二次共分三批次投放6個(gè)點(diǎn)，主要是在隧道進(jìn)口段左塌陷區(qū)和中塌陷區(qū)，同時(shí)在隧道右塌陷區(qū)有一投放點(diǎn)TF-05。其中TF-05，TF-07，TF-09投放的藥劑是熒光素鈉，TF-06，TF-08和TF-10投放的是羅丹明。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)接收情況是：第三批次實(shí)驗(yàn)JS-02點(diǎn)檢測(cè)到羅丹明，JS-03同時(shí)檢測(cè)到熒光素鈉和羅丹明，其余各接收點(diǎn)均未檢測(cè)出藥劑；第四批次實(shí)驗(yàn)JS-01，JS-02點(diǎn)檢測(cè)到熒光素鈉，JS-04點(diǎn)檢測(cè)到羅丹明，其余各接收點(diǎn)均未檢測(cè)出藥劑；第五批次實(shí)驗(yàn)JS-01，JS-02點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)到了熒光素鈉、羅丹明，其余各接收點(diǎn)均未檢測(cè)出藥劑。

可以判斷本塌陷區(qū)內(nèi)水均未流入隧道北段，左塌陷區(qū)主要流入隧道左線，中塌陷區(qū)流入隧道兩線，右塌陷區(qū)主要流入隧道右線。JS-09點(diǎn)位于右側(cè)隧道內(nèi)，五次試驗(yàn)均未檢測(cè)出藥劑，猜測(cè)其與本次地質(zhì)調(diào)查區(qū)域內(nèi)塌陷點(diǎn)關(guān)系不大，主要受灰?guī)r裂隙水影響。

3 結(jié)論

3.1 隧道區(qū)地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1)本次地質(zhì)調(diào)查的塌陷點(diǎn)主要處于灰?guī)r上部深厚第四系殘坡積土體上，地下水主要徑流路徑在第四系殘坡積土體與灰?guī)r交界面處。

2)按照隧道左右兩側(cè)兩條截水溝及3條山脊將隧道進(jìn)口病害段頂部劃分為A～F共6塊匯水區(qū)及隧道進(jìn)口段左、中、右3塊塌陷區(qū)。隧道頂部的不同塌陷區(qū)，面積大小不同、匯水區(qū)域不同，地表水、地下水的去向也不一樣。結(jié)合此次試驗(yàn)及前人研究成果，本處隧道進(jìn)口段地下水總體由北向南方向流入隧道，其中隧道右塌陷區(qū)(TF-01～TF-05)的地下水在隧道右線JS-03，JS-04點(diǎn)一帶匯集排泄；隧道中塌陷區(qū)(TF-06，TF-08，TF-10)的地下水則在隧道進(jìn)口段兩側(cè)均有流出；隧道左側(cè)(TF-07，TF-09)的地下水則在隧道左線JS-01，JS-02點(diǎn)處區(qū)域匯集排泄。

3)JS-09接收點(diǎn)涌水量較穩(wěn)定，未接收到藥劑，其地下水來(lái)源并非本次地質(zhì)調(diào)查所發(fā)現(xiàn)的塌陷點(diǎn)，主要是灰?guī)r、砂巖接觸斷裂帶裂隙水或灰?guī)r含水層裂隙水。

4)本次地質(zhì)調(diào)查的塌陷點(diǎn)到JS-01～JS-04接收點(diǎn)的地下水流動(dòng)是與降雨量相關(guān)的滲流模式，而JS-09接收點(diǎn)是與基巖含水層水量相關(guān)的滲流模式，所以相應(yīng)的處理方式也不同。

3.2 隧道病害區(qū)防治方法與原則

對(duì)隧道區(qū)內(nèi)的塌陷進(jìn)行封堵是針對(duì)由降雨地表水補(bǔ)給引起的隧道滲漏水最簡(jiǎn)便有效的防治方法。因此應(yīng)采用以封堵為主，疏導(dǎo)排泄為輔的方式對(duì)隧道塌陷區(qū)進(jìn)行處理[3,4]。

3.3 建議

1)在隧道進(jìn)口段頂部塌陷區(qū)后緣沿地形修建一條截排水溝，與隧道左右兩側(cè)排水溝連通，主要截?cái)嗌巾攨R流的地表水并排泄到隧道兩側(cè)的排水溝內(nèi)，防止隧道上方巖土體地表水通過(guò)塌陷區(qū)域下滲入隧道。

2)左塌陷區(qū)匯水面積不大，匯水量主要與降雨相關(guān)，可保持現(xiàn)狀，無(wú)需處理；中塌陷區(qū)匯水量中等，對(duì)塌陷點(diǎn)主要采用碎石土充填夯實(shí)與注漿加固相結(jié)合的方法進(jìn)行處理；右塌陷區(qū)匯水量大，塌陷點(diǎn)多，地表防治工程易受損，除了對(duì)塌陷點(diǎn)采用碎石土充填夯實(shí)與注漿加固外，需要再加設(shè)一道截水溝和兩道排水溝以保證地表截排水措施效果。

[1] 朱學(xué)愚，錢(qián)孝星．地下水水文學(xué)[M]．北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005:55-102．

[2] 劉興云，曾昭建．地下水多元示蹤試驗(yàn)在巖溶地區(qū)的應(yīng)用[J]．巖土工程技術(shù)，2006，20(2):67-70．

[3] 呂康成．隧道與地下工程防排水指南[M]．北京:人民交通出版社,2012:39-77.

[4] 張慶賀,廖少明,胡向東．隧道與地下工程災(zāi)害防護(hù)[M]．北京:人民交通出版社,2009:53-93.

Thekarst-groundwatermovementruleresearchinatunnelofLuoding-Yangjianghighway

WangYuqiYangZhengxuanLiaoPan

(EngineeringCollege,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China)

The paper revealed the karst-groundwater movement rule of Ebuling tunnel of Luoding-Yangjiang highway. The method is according to hydrogeology specialized surveying and mapping, geophysical prospecting to build the tunnel 3D geological model, then doing groundwater connectivity test to determine the specific groundwater flow paths. Targeted prevention and treatment measures are followed. The conclusion provides a scientific basis for the management of the similar tunnel karst water disasters.

tunnel, karst, groundwater movement rule

2017-10-27

王瑜琦(1994- )，男，在讀碩士

1009-6825(2017)35-0166-02

U453.61

A