多雨富水山區隧道滲漏水調查與防治對策研究

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及裝備企業重點實驗室，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，受部分地表地質條件尚不太穩定等因素影響，隧道出現了不同程度的地表塌陷、拉裂、沉降、滑坡等各種地質病害。地表病害的出現，加劇了雨季地表水對隧道頂地下水的補給，誘發了隧道滲漏、涌水、襯砌微裂、防火涂層與瓷片脫落、隧洞偏壓等，對隧道結構及行車安全具有潛在的。近年來，隧道洞內地表病害較多，施工及運營期間管理單位多次對隧道頂地表塌陷及裂縫進行了處理。2021年雨季暴雨過后，隧道內一處車行橫洞+27 m處兩側水溝內泄水孔涌水量大，南行水溝內積水溢至行車道，影響隧道通行安全。因此，隧道滲漏水調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。隧址區山體為構造剝蝕地貌，地表發育有溶溝溶坑石芽。隧道穿越石灰巖中低山區的鞍部，其典型形態特征為裸露型巖溶地貌。區內最高標高為306.7 m，最低100 m，高差達200 m以上。隧道南北兩側坡度較大，為30°～50°。2021 年5 月中旬，暴雨過后，洞內襯砌滲漏水增多，一處車行橫洞+27m處兩側水溝內泄水孔涌水量大，南行水溝內積水溢至行車道，影響隧道通行安全。

2 隧道洞內滲漏水調查及排水系統檢查

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。本次調查中，隧道內左、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 隧道地表地質災害及排水設施調查

根據2007 年隧道頂的地面調查結合以往地質勘查資料，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，已發現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的排水溝旁又出現新的巖溶塌陷。

2008 年調查時發現存在8 個塌陷，并且都進行了處理。

2009年調查時，發現2008年處理過的塌陷都已趨于穩定，并且在大樁號端洞口新發現了2 個塌陷和1條沖溝。

2021 年調查發現某隧道洞頂塌陷集中區域排水溝多處堵塞，雜草茂盛，排水作用部分失效；區域內有一處長約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，利用某種示蹤物質在上游點的投放，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試驗，分析樣品水樣是否含上游投放物質，證明投放點與取樣點間是否有水力聯系[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測的示蹤劑濃度。在監測期間，投放示蹤劑前早上7時發生第一次降雨，雨量等級屬于大雨；中午12時發生第二次降雨，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）響應結果分析。JS03 點取樣水體多數渾濁，對相應結果存在一定影響；JS08 點背景值水樣渾濁，后續水樣清澈，監測濃度值經陡降后保持穩定，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）洞內引排。在保證結構安全的基礎上，在隧道內用過引排水將襯砌背后的水排出。防治對策見表3。

表3 洞內引排防治對策

6 結論

（1）經過詳細水文地質與工程地質測繪，結合本次現場踏勘發現隧道洞頂塌陷集中區域截水溝多處堵塞，雜草茂盛，排水作用部分失效；區域內有一處長約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；另有兩處小規模溶洞及兩處泉眼，分布在區域兩端，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合現場實際調查情況進行綜合治理。由于各個隧道產生水害的機理和原因不盡相同，隧道地質條件和結構狀況不同，必須在查清水害原因的基礎上選擇合理的處理方法。文章針對現場調查結果采取的措施有：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，新增匯水區截水溝，有效引導地表排水。