雷 銀 劉 莎 魏 威 董 駿

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

京珠北高速某隧道巖溶地下水運(yùn)動規(guī)律研究

雷 銀 劉 莎 魏 威 董 駿

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

以京珠北高速媲雙坳隧道為例，在隧道區(qū)水文地質(zhì)專門性測繪、物探的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了隧道水文地質(zhì)模型，利用化學(xué)示蹤聯(lián)通試驗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)動規(guī)律，并提出了有針對性的工程防治方案，為類似隧道巖溶水害的治理提供科學(xué)依據(jù)。

隧道，巖溶滲漏，示蹤試驗，地下水運(yùn)動規(guī)律

媲雙坳隧道是京港澳高速公路粵境北段(京珠北高速)的一座上下行左右分線的雙洞單線行車隧道，媲雙坳隧道的多處涌水涌泥、隧道滲漏、襯砌脫落現(xiàn)象已經(jīng)嚴(yán)重影響了隧道的運(yùn)營安全與環(huán)境。弄清隧道滲漏原因及其地下水補(bǔ)給、徑流、排泄水文地質(zhì)條件，為該隧道滲漏水進(jìn)行防治設(shè)計與施工提供科學(xué)依據(jù)顯得更為迫切。

1 地質(zhì)背景

媲雙坳隧道區(qū)主要為數(shù)座山丘所夾的溶蝕盆地，地形呈侵蝕—溶蝕丘狀渾圓起伏盆地或緩坡。與媲雙坳隧道密切相關(guān)的地層主要是泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組(D2d)上部的頁巖夾砂巖，下部的灰?guī)r，以及第四系坡殘積土。東崗嶺組(D2d)灰?guī)r在斷層作用下巖溶極度發(fā)育，是強(qiáng)透水層。殘坡積亞粘土為相對隔水層，基巖強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r呈半巖半土狀，透水，含水性差，弱風(fēng)化灰?guī)r裂隙溶隙較發(fā)育，為裂隙，巖溶含水層，場區(qū)地下水主要接受地表徑流及大氣降水補(bǔ)給。

圖1為隧道頂面地形的三維surfer模型圖，由圖可知，媲雙坳

隧道周圍環(huán)繞四座山丘，左端部為媲雙坳隧道出口，右端部為媲雙坳隧道入口。山脊線為分水嶺，將周圍山丘一側(cè)山坡上匯水匯集到隧道頂部的灰?guī)r區(qū)，二氧化碳含量較高的地表水侵蝕灰?guī)r區(qū)形成溶蝕平原，同時在地底下形成比較大型的溶蝕通道。由于隧道先期治理時，在塌陷周圍修筑了環(huán)塌陷的導(dǎo)水溝，因此山坡上的流水一部分順著導(dǎo)水溝向下流入排水渠中，匯入北部長溪河中，最終流入南水水庫。

2 示蹤試驗

示蹤試驗是一種較為直接的研究地下水流動的技術(shù)，利用化學(xué)示蹤物質(zhì)在上游點的投放，并在下游利用儀器進(jìn)行監(jiān)測，來證實是否有水力聯(lián)系[2]。

主要根據(jù)示蹤劑首次到達(dá)接收點的時間，持續(xù)時間以及峰值強(qiáng)度分布類型來判斷巖溶裂隙的分布和大小。

試驗方案。

示蹤劑的選擇應(yīng)遵循安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、靈敏度高易被檢測到等原則[4]，本次連通試驗采用的示蹤劑為羅丹明WT、熒光素Na和熒光增白劑，監(jiān)測儀器為GGUN-FL Fluorometer。

由于試驗受降雨條件和項目要求的影響，媲雙坳隧道的示蹤試驗分為兩次三組進(jìn)行，第一次在2013年5月21日～26日，進(jìn)行了一組試驗，第二次在2013年8月20日～25日，進(jìn)行兩組試驗。兩次過程雨量均為中雨到大雨。

試驗各接收點檢測到的不同示蹤劑濃度、到達(dá)時間、過程及分布特征如圖2所示。

1)示蹤響應(yīng)結(jié)果。

從圖上和歷時濃度曲線可以看出TF01投放的熒光素鈉、TF02投放的羅丹明均在JS03點有反應(yīng)，而在南端口JS05無響應(yīng)(在背景值附近)。TF03投放的熒光增白劑在南段JS05有反應(yīng)，在北段JS03處無反應(yīng)(在背景值附近)。

2)可能的流動來源。

以LK63+000～RK63+000一線以北的地下水，根據(jù)示蹤結(jié)果，在北端流出，以南、以西的地下水則在南端口流出。

3)降雨的可能滲入形式。

TF01和TF02的示蹤劑在JS03出現(xiàn)的濃度曲線極為相似，基本反映其相似的降雨滲入過程，同時TF01羅丹明的一次高峰表明TF01點屬于直接灌入式的快速通道點，而TF02則體現(xiàn)了多次流出的具有一定緩沖和蓄積能力的特點，推測為該點第四系覆蓋層較厚導(dǎo)致的多峰性。TF03點的示蹤劑在JS05點同樣體現(xiàn)為單峰性曲線，同樣屬于直接灌入式的快速通道點，這也意味著TF03點南側(cè)的一系列東西向的塌陷點的水流有很大的可能性也進(jìn)入隧道南段然后排出。

綜上，可以認(rèn)為：1)在TF05-TF07一線以西，地下水基本上直接通過各種方式向西或西南方向進(jìn)入長溪河，不會進(jìn)入隧道。2)TF01-TF04一帶的地下水是主要的進(jìn)入隧道的涌水來源。3)防治的重點應(yīng)是堵塞或防止雨水地表水直接進(jìn)入以落水洞或巖溶漏斗為主要形式的垂直通道。

3 結(jié)論

3.1 隧道區(qū)地下水運(yùn)動規(guī)律

由于媲雙坳隧道在降雨時才出現(xiàn)明顯的滲漏水病害，因此影響隧道正常運(yùn)營的主要因素是降雨時大量地表水涌入隧道，同時有小部分地下水隨著地下巖溶通道進(jìn)入隧道內(nèi)部，導(dǎo)致隧道部分排水溝常年有流水。因此應(yīng)將隧道區(qū)地表水作為主要研究對象。

1)投放點TF01，TF02，TF03，TF04中示蹤劑均在隧道內(nèi)接收到，即靠近隧道正上方的塌陷中地表水匯入隧道內(nèi)，因此隧道正上方的無積水塌陷群(T01，T02，T03，T09，TP12-10，TP12-15等)是地表水進(jìn)入隧道的主要通道。結(jié)合物探解釋，分析出隧道上方的確存在明顯的南北向地下巖溶通道，同時隧道上方存在一些大型溶蝕空洞，導(dǎo)致隧道上方南北線的塌陷群均與隧道內(nèi)部存在水力聯(lián)系。

2)投放點TF05，TF06，TF07，TF08，TF09中示蹤劑沒有在隧道內(nèi)接收到，反而在隧道區(qū)1.5 km以外長溪河上游鴻銘水電站旁接收到了相應(yīng)的指示劑。表明隧道正上方西側(cè)塌陷群(T04，T05，T06，T07，T08，TP12-13，TP12-24等)塌陷內(nèi)地表水沒有進(jìn)入隧道內(nèi)反而順著西南傾向的巖層流入西南方的長溪河上游中，塌陷群與隧道內(nèi)無水力聯(lián)系。

3)根據(jù)上述可以推斷，媲雙坳隧道區(qū)內(nèi)存在潛在地下水分水嶺。分水嶺西南側(cè)塌陷地下水徑直流入西南長溪河中；分水嶺東北側(cè)隧道頂部塌陷地下水通過地下溶蝕通道流入隧道內(nèi)，引發(fā)隧道內(nèi)滲漏水災(zāi)害。

3.2 隧道病害區(qū)防治措施方法與原則

由于隧道內(nèi)滲漏水主要由于降雨地表水的補(bǔ)給，最有效簡便的方法是對探明的對隧道滲漏有補(bǔ)給作用的塌陷進(jìn)行封堵。因此對隧道采用封堵為主，疏導(dǎo)排泄為輔的方式進(jìn)行處理，封堵采用對塌陷進(jìn)行充填加注漿加固的防治措施。

3.3 建議

1)通過物探探查和聯(lián)通實驗驗證，采用充填、夯實、注漿加固的方式封堵隧道區(qū)地表對隧道進(jìn)行涌水補(bǔ)給的塌陷群，即地下分水嶺東北側(cè)的塌陷。

2)在部分大型已治理塌陷周圍圍建疏導(dǎo)排水渠，防止塌陷外地表水透過注漿層，掏空塌陷內(nèi)部砂土，從而導(dǎo)致注漿層失穩(wěn)二次垮塌。

3)對隧道側(cè)壁進(jìn)行空腔檢驗與加固，檢查隧道滲水是否掏空隧道側(cè)壁外側(cè)壁砂土。

[1] 王喜遷,孫國明,張 皓，等.高密度電法在巖溶探測中的應(yīng)用[J].煤田地質(zhì)與勘探,2011,39(5):73-75.

[2] 朱學(xué)愚,錢孝星.地下水水文學(xué)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005:55-102.

[3] 虎維岳,鄭 剛,閆蘭英.應(yīng)用化學(xué)示蹤技術(shù)探查深部巖溶發(fā)育特征研究[J].中國巖溶,2010,29(2):205-210.

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

The karst-groundwater movement rule research in a tunnel of Beijing-Zhuhai highway

Lei Yin Liu Sha Wei Wei Dong Jun

(EngineeringCollege,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

The paper revealed the karst-groundwater movement rule of Pishuang’ao tunnel of Beijing-Zhuhai highway. The method is according to hydrogeology specialized surveying and mapping, geophysical prospecting to build the tunnel hydrogeological model, then doing chemical tracing 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 leakage, chemical tracing test, groundwater movement rule

2015-01-26

雷 銀(1991- )，女，在讀碩士

1009-6825(2015)10-0157-02

P642.25

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