多雨富水山區(qū)隧道滲漏水調(diào)查與防治對策研究

王辰晨，周 凱，張彥龍

（1.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420；2.廣東省隧道工程安全與應急保障技術(shù)及裝備企業(yè)重點實驗室，廣東 廣州 510420）

廣東某高速公路至2023 年已運行18 年，其中某隧道穿越巖溶地層，地下水、地表水豐富，受部分地表地質(zhì)條件尚不太穩(wěn)定等因素影響，隧道出現(xiàn)了不同程度的地表塌陷、拉裂、沉降、滑坡等各種地質(zhì)病害。地表病害的出現(xiàn)，加劇了雨季地表水對隧道頂?shù)叵滤难a給，誘發(fā)了隧道滲漏、涌水、襯砌微裂、防火涂層與瓷片脫落、隧洞偏壓等，對隧道結(jié)構(gòu)及行車安全具有潛在的。近年來，隧道洞內(nèi)地表病害較多，施工及運營期間管理單位多次對隧道頂?shù)乇硭菁傲芽p進行了處理。2021年雨季暴雨過后，隧道內(nèi)一處車行橫洞+27 m處兩側(cè)水溝內(nèi)泄水孔涌水量大，南行水溝內(nèi)積水溢至行車道，影響隧道通行安全。因此，隧道滲漏水調(diào)查與防治具有極其重要的工程實際應用價值[1-2]。

1 工程概況

隧道北行全長1 130 m，南行全長1 295 m。隧址區(qū)山體為構(gòu)造剝蝕地貌，地表發(fā)育有溶溝溶坑石芽。隧道穿越石灰?guī)r中低山區(qū)的鞍部，其典型形態(tài)特征為裸露型巖溶地貌。區(qū)內(nèi)最高標高為306.7 m，最低100 m，高差達200 m以上。隧道南北兩側(cè)坡度較大，為30°～50°。2021 年5 月中旬，暴雨過后，洞內(nèi)襯砌滲漏水增多，一處車行橫洞+27m處兩側(cè)水溝內(nèi)泄水孔涌水量大，南行水溝內(nèi)積水溢至行車道，影響隧道通行安全。

2 隧道洞內(nèi)滲漏水調(diào)查及排水系統(tǒng)檢查

隧道北行洞身襯砌病害共有浸滲9處。隧道南行洞身襯砌病害共有55 處：浸滲54 處，滴漏1 處。本次調(diào)查中，隧道內(nèi)左、南行排水設施均完好[3]。洞身襯砌病害例圖如圖1。

圖1 洞身襯砌病害例圖

3 隧道地表地質(zhì)災害及排水設施調(diào)查

根據(jù)2007 年隧道頂?shù)牡孛嬲{(diào)查結(jié)合以往地質(zhì)勘查資料，位于隧道南行頂部的東西向F1斷層兩旁分布有較多巖溶漏斗，已發(fā)現(xiàn)19 個，由于隧道施工已回填和治理，地表已難以識別漏斗、塌陷的具體位置。但在斷裂及溶洞分布的南北兩側(cè)的排水溝旁又出現(xiàn)新的巖溶塌陷。

2008 年調(diào)查時發(fā)現(xiàn)存在8 個塌陷，并且都進行了處理。

2009年調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)2008年處理過的塌陷都已趨于穩(wěn)定，并且在大樁號端洞口新發(fā)現(xiàn)了2 個塌陷和1條沖溝。

2021 年調(diào)查發(fā)現(xiàn)某隧道洞頂塌陷集中區(qū)域排水溝多處堵塞，雜草茂盛，排水作用部分失效；區(qū)域內(nèi)有一處長約20 m、寬2 m、深2.5 m溶槽，兩排水溝交會處有一處地勢較平坦的洼地，雨季時雨水在上述兩處匯集，均存在下滲可能；另有兩處泉眼，分布在區(qū)域兩端，其中1#泉位于隧道頂，對隧道影響較大。

4 水連通試驗

4.1 試驗方案及過程

水連通試驗屬于一種研究地下水流動的技術(shù)，利用某種示蹤物質(zhì)在上游點的投放，并在下游點獲取不同時間段的水樣，通過熒光分光分度計室內(nèi)試驗，分析樣品水樣是否含上游投放物質(zhì)，證明投放點與取樣點間是否有水力聯(lián)系[4]。

本次連通試驗共設置了3個投放點和9個接收點，目的是驗證3 個投放點溶槽處（TF01）、洼地處（TF02）、1#泉處（TF03）與另外9 個接收點：隧道車行橫洞大樁號端+27m處（JS01）、隧道車行橫洞小樁號端+27m 處（JS02）、隧道南行出口慢車道水溝處（JS03）、隧道南行出口超車道水溝處（JS04）、隧道北行入口慢車道水溝處（JS05）、隧道北行入口超車道水溝處（JS06）、隧道北行出口慢車道水溝處（JS07）、隧道南行入口慢車道水溝處（JS08）、隧道南行入口超車道水溝處（JS09）之間的連通性與水力聯(lián)系。

水連通試驗當日上午9：00 左右，分別在TF01投放2 kg 熒光素鈉，在TF02 投放2 kg 熒光增白劑，在TF03投放2 kg羅丹明B；在JS01～JS09 9個點進行取樣（10：12—12：45 約每半小時取樣1 次，12：45—16：30約每小時取樣一次，累計取樣9次），投放試劑前分別在各接收點取初始水樣做背景值。

4.2 試驗結(jié)果分析

在取樣過程中，在JS01、JS04 點處觀察到水體的顏色變化。9個接收點的熒光素鈉、熒光增白劑與羅丹明B 濃度隨監(jiān)測時間的變化曲線如圖2 所示，其中，橫坐標軸表示取樣時間，縱坐標軸表示取樣水樣中的示蹤劑濃度（熒光素鈉、熒光增白劑、羅丹明B），單位是μg/L。其中，橫坐標軸8：52對應的時刻濃度為各示蹤劑的背景值濃度，以后表示投放后開始監(jiān)測的示蹤劑濃度。在監(jiān)測期間，投放示蹤劑前早上7時發(fā)生第一次降雨，雨量等級屬于大雨；中午12時發(fā)生第二次降雨，雨量等級屬于中到大雨。

圖2 接收點濃度變化圖

（1）示蹤響應結(jié)果。從圖上和濃歷時度曲線可以看出TF03投放的羅丹明B在JS01、JS04點反應明顯，在JS02、JS03點有反應；TF02投放的熒光增白劑在JS02、JS03、JS08點有反應；TF01、TF02、TF03投放的3種示蹤劑在其他接收點處無反應（在背景值附近）。

（2）響應結(jié)果分析。JS03 點取樣水體多數(shù)渾濁，對相應結(jié)果存在一定影響；JS08 點背景值水樣渾濁，后續(xù)水樣清澈，監(jiān)測濃度值經(jīng)陡降后保持穩(wěn)定，可認為該接收點未接收到TF02投放的熒光增白劑；JS01 與JS04 點羅丹明B 濃度歷時曲線基本一致，是因為隧道車行橫洞大樁號端+27 m 處邊墻泄水孔水流匯入南行超車道排水溝，并向出口端排泄，JS01 點處羅丹明B 濃度歷時曲線一次高峰表明TF03點屬于直接灌入式的快速通道點；JS02點出現(xiàn)多次波峰，說明連通該處的地表水具有一定緩沖和蓄積能力的特點。

綜上，可以認為：TF03（1#泉處）與JS01（隧道車行橫洞珠海端+27 m 邊墻泄水孔處）存在直接水力聯(lián)系；防治的重點應是防止雨水、地表水直接進入TF03 周邊以落水洞或巖溶漏斗為主要形式的垂直通道，同時將1#泉水流引出。

5 綜合防治對策

隧道滲漏水水害防治應遵循“地表截排，圍巖堵水，洞內(nèi)引排，因地制宜，綜合治理”的原則。

（1）地表截排。通過地表修建截排水溝和對地表病害的回填等處理方法，減少地表水的入滲。防治對策見表1。

表1 地表截排防治對策

（2）圍巖堵水。通過注漿等方法達到圍巖進行加固和地下水滲流通道堵塞的目的。防治對策見表2。

表2 圍巖堵水防治對策

（3）洞內(nèi)引排。在保證結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，在隧道內(nèi)用過引排水將襯砌背后的水排出。防治對策見表3。

表3 洞內(nèi)引排防治對策

6 結(jié)論

（1）經(jīng)過詳細水文地質(zhì)與工程地質(zhì)測繪，結(jié)合本次現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)隧道洞頂塌陷集中區(qū)域截水溝多處堵塞，雜草茂盛，排水作用部分失效；區(qū)域內(nèi)有一處長約20 m、寬2 m、深2.5 m溶槽，兩截水溝交會處有一處地勢較平坦的洼地，雨季時雨水在上述兩處匯集，均存在下滲可能；另有兩處小規(guī)模溶洞及兩處泉眼，分布在區(qū)域兩端，其中1#泉位于隧道頂，對隧道影響較大。

（2）TF03（1#泉處）與JS01（隧道車行橫洞大樁號端+27 m邊墻泄水孔處）存在直接水力聯(lián)系；防治的重點應是防止雨水、地表水直接進入TF03周邊以落水洞或巖溶漏斗為主要形式的垂直通道，同時將1#泉水流引出。

（3）隧道滲漏水防治對策應該結(jié)合現(xiàn)場實際調(diào)查情況進行綜合治理。由于各個隧道產(chǎn)生水害的機理和原因不盡相同，隧道地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)狀況不同，必須在查清水害原因的基礎(chǔ)上選擇合理的處理方法。文章針對現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果采取的措施有：①地表塌陷采取回填黏土處理的方式，黏土層中覆蓋土工布，規(guī)模較大溶槽進行周邊修建截水溝引排的方式；②對地表排水設施堵塞段進行清理，破損段進行修復，為減少地表水下滲，新增匯水區(qū)截水溝，有效引導地表排水。