羅陽高速某隧道巖溶地下水運動規律研究

王瑜琦 楊正璇 廖 攀

(中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢 430074)

羅陽高速某隧道巖溶地下水運動規律研究

王瑜琦 楊正璇 廖 攀

(中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢 430074)

·橋梁·隧道·

以羅陽高速鵝步嶺隧道為例，在隧道區水文地質專門性測繪、物探的基礎上，構建了隧道三維地質模型，利用地下水連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動規律，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依據。

隧道，巖溶，地下水運動規律

鵝步嶺隧道是羅陽高速公路陽陽段的一座長隧道，共有四個車道。鵝步嶺隧道在運營期間，多次發生涌水涌泥、滲漏等病害，嚴重威脅隧道的安全運行。因此弄清隧道區地下水補給、徑流、排泄條件，為鵝步嶺隧道在運營期間防治突涌水與滲漏水提供科學依據具有重要的實際意義。

1 區域地質背景

鵝步嶺隧道位于構造剝蝕低山地貌，地形較陡峭。隧道區褶皺與斷裂構造發育，方向以北東向～北東東為主。泥盆系中下統桂頭群(D1-2gt)紫紅色砂巖與頁巖互層、泥盆系上統天子嶺組(D3t)灰黑色灰巖、泥灰巖與第四系殘坡積層(Qel+dl)為鵝步嶺隧道區主要地層，見圖1。

隧道區近東西向的分水嶺，將整個鵝步嶺隧道區分為兩個匯水區，分別是北匯水區、南匯水區。就對隧道地下水的影響而言，南匯水區的地表水對隧道影響更大，其主要是通過斷層WF1,WF2導水產生對隧道的影響。

2 地下水連通試驗

目前，鵝步嶺隧道區地下水以隧道內部及兩側排水溝為排泄點，但地下水具體的流動途徑仍不是十分清楚，需要更深入的了解。

地下水連通試驗是為測定不同區域地下水之間的水力聯系而進行的示蹤試驗[1]。本次連通試驗采用的示蹤劑為熒光素鈉和羅丹明，監測儀器為加拿大生產的野外熒光分光光度計[2]。試驗共設置了10個投放點和9個接收點，分別在隧道左右兩端開展。

2.1 投放點與接收點的選擇

通過分析前期地勘與試驗資料，并對隧道區詳細地質調查分析，我們可知：隧道頂部為分水嶺，雨季地表徑流流量大、流速快，可以排除遠程地下水補給的可能。雨季地表徑流發育，降雨多形成坡向流，因此我們最終在隧道頂部選擇了10個投放點與9個接收點。隧道南段為灰巖，灰巖為含水層，隧道區主要的塌陷和漏洞都在此處，所以在隧道南段設置10個投放點，并布設5個接收點，以了解地下水的流動途徑。隧道北段為砂巖，相對于灰巖，砂巖為隔水層，理論上沒有較大流量的地下水，且區域內沒有明顯塌陷或漏洞，所以沒有在此設投放點，但仍設了4個接收點進行取樣，以了解南段投放點的水是否流到此處。

2.2 試驗方案

鵝步嶺隧道的地下水連通試驗分兩次五組相互獨立進行，兩次試驗均選在大雨天開展。第一次在2015年9月16日～2015年9月19日，進行了試驗一及試驗二，共計兩組試驗；第二次在2015年10月5日～2015年10月8日，進行了試驗三、試驗四及試驗五，共計三組試驗。

2.3 試驗結果與分析

各接收點情況如下(見圖2)：

第一次主要是在隧道進口段右塌陷區投放示蹤劑，共分兩批次投放4個點，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。各監測點接收情況是：第一批次實驗JS-01，JS-02無反應，未檢出藥劑，JS-03點檢測到熒光素鈉，JS-04，JS-09均未檢測出藥劑；第二批次實驗JS-01，JS-02無反應，JS-03點檢測到熒光素鈉和羅丹明，JS-04點檢測到熒光素鈉，JS-09未檢測出藥劑。從以上分析可知，隧道右側的6號、7號、8號、9號、10號溝的水主要在隧道右側流出。隧道另一端的JS-05，JS-06，JS-07，JS-08點均無明顯反應，未檢測出熒光素鈉或羅丹明，可以判斷右塌陷區的水沒有流到隧道北段。

第二次共分三批次投放6個點，主要是在隧道進口段左塌陷區和中塌陷區，同時在隧道右塌陷區有一投放點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。各監測點接收情況是：第三批次實驗JS-02點檢測到羅丹明，JS-03同時檢測到熒光素鈉和羅丹明，其余各接收點均未檢測出藥劑；第四批次實驗JS-01，JS-02點檢測到熒光素鈉，JS-04點檢測到羅丹明，其余各接收點均未檢測出藥劑；第五批次實驗JS-01，JS-02點同時檢測到了熒光素鈉、羅丹明，其余各接收點均未檢測出藥劑。

可以判斷本塌陷區內水均未流入隧道北段，左塌陷區主要流入隧道左線，中塌陷區流入隧道兩線，右塌陷區主要流入隧道右線。JS-09點位于右側隧道內，五次試驗均未檢測出藥劑，猜測其與本次地質調查區域內塌陷點關系不大，主要受灰巖裂隙水影響。

3 結論

3.1 隧道區地下水運動規律

1)本次地質調查的塌陷點主要處于灰巖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巖交界面處。

2)按照隧道左右兩側兩條截水溝及3條山脊將隧道進口病害段頂部劃分為A～F共6塊匯水區及隧道進口段左、中、右3塊塌陷區。隧道頂部的不同塌陷區，面積大小不同、匯水區域不同，地表水、地下水的去向也不一樣。結合此次試驗及前人研究成果，本處隧道進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(TF-01～TF-05)的地下水在隧道右線JS-03，JS-04點一帶匯集排泄；隧道中塌陷區(TF-06，TF-08，TF-10)的地下水則在隧道進口段兩側均有流出；隧道左側(TF-07，TF-09)的地下水則在隧道左線JS-01，JS-02點處區域匯集排泄。

3)JS-09接收點涌水量較穩定，未接收到藥劑，其地下水來源并非本次地質調查所發現的塌陷點，主要是灰巖、砂巖接觸斷裂帶裂隙水或灰巖含水層裂隙水。

4)本次地質調查的塌陷點到JS-01～JS-04接收點的地下水流動是與降雨量相關的滲流模式，而JS-09接收點是與基巖含水層水量相關的滲流模式，所以相應的處理方式也不同。

3.2 隧道病害區防治方法與原則

對隧道區內的塌陷進行封堵是針對由降雨地表水補給引起的隧道滲漏水最簡便有效的防治方法。因此應采用以封堵為主，疏導排泄為輔的方式對隧道塌陷區進行處理[3,4]。

3.3 建議

1)在隧道進口段頂部塌陷區后緣沿地形修建一條截排水溝，與隧道左右兩側排水溝連通，主要截斷山頂匯流的地表水并排泄到隧道兩側的排水溝內，防止隧道上方巖土體地表水通過塌陷區域下滲入隧道。

2)左塌陷區匯水面積不大，匯水量主要與降雨相關，可保持現狀，無需處理；中塌陷區匯水量中等，對塌陷點主要采用碎石土充填夯實與注漿加固相結合的方法進行處理；右塌陷區匯水量大，塌陷點多，地表防治工程易受損，除了對塌陷點采用碎石土充填夯實與注漿加固外，需要再加設一道截水溝和兩道排水溝以保證地表截排水措施效果。

[1] 朱學愚，錢孝星．地下水水文學[M]．北京:中國環境科學出版社，2005:55-102．

[2] 劉興云，曾昭建．地下水多元示蹤試驗在巖溶地區的應用[J]．巖土工程技術，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．隧道與地下工程災害防護[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

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