綜合示蹤法在地連墻滲漏探測中的應用

于 唯，蔡可慶，吳學銀

（1.國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇 南京 210098；2.江蘇科能巖土工程有限公司，江蘇 南京 211102）

我國應用示蹤技術解決工程問題或科學問題歷史悠久，早期只是單一的示蹤，如水文地質方面的連通試驗，從使用一種示蹤劑的單元示蹤試驗到同時投放多種不同示蹤劑的多元示蹤試驗[1-3]。綜合示蹤技術是采用包括連通試驗在內的多種示蹤方法對工程問題或科學問題進行綜合論證的一種方法，從20 世紀80 年代以來廣泛使用，包括天然示蹤和人工示蹤，天然示蹤包括環境同位素示蹤、環境水的物理化學要素示蹤，人工示蹤包括地下水的流速和流向測試等。長期以來綜合示蹤技術更多用來解決與堤壩有關的滲流或滲漏問題[4-7]，實際上對于在包括地下連續墻在內的很多工程涉漏問題都有很好的解決方案。

1 示蹤分析技術原理

1.1 地下水水平流速

利用單孔稀釋法可以在一個孔內直接測得任意深度地下水的水平流速[8]，當獲得不同深度上的流速曲線后就可判斷滲漏的可能位置。計算公式如下。

其中：Vf為水平向滲流速度（m/d）；r1為濾水管半徑（m）；r0為探頭半徑（m）；α為流場畸變因子（無量綱）；Ct為t時刻的示蹤劑濃度（μg/L）；Cb為示蹤劑本底濃度（μg/L）；C0為示蹤劑初始濃度（μg/L）；t為示蹤劑濃度從C0變化到Ct所需的時間（d）。

式（1）的使用必須滿足以下條件：①所選用的示蹤劑在地下水環境中沒有，或小得幾乎可以忽略不計，即式中的Cb項可以去掉；②示蹤劑的投放量必須是微量，這樣就可以忽略示蹤劑分子擴散所造成的“假流速”；③孔中沒有垂向流，這也是為了忽略因垂向流導致的水平向“假流速”。

滿足了前提條件后計算得到的滲流速度代表的是流速的絕對值，不滿足前提條件但示蹤投放達到完全均勻的情況下，計算得到的流速只是相對流速，因為其中包含了分子擴散和垂向流的影響。如果示蹤劑投放不均勻，那么計算得到的流速沒有任何實際意義。

1.2 地下水水平流向

滲漏部位周圍的滲流場不同于正常的自然流場，體現在周圍的地下水都向滲漏處流動，周圍地下水的流向都指向滲漏處。因此通過流向的測量就可以判斷滲漏部位的方向。地下水水平流向的獲得采用了“力學合成原理”，即在示蹤測試孔的同個深度截面上同時獲得孔內6～8 個不同方向的示蹤劑濃度，即可合成地下水的流動方向[9]。

1.3 地下水溫度

天然條件下的地下水，無論動態還是靜態，其溫度分布有其固有的空間分布規律的，尤其是垂向分布規律。在此背景下，如果工程活動造成工程本身存在滲漏缺陷，那么在滲漏缺陷處地下水的溫度分布將出現異常，利用溫度異常就可以分析判斷滲漏的具體位置。溫度在垂向分布曲線上可以呈現正異常，也可以呈現負異常，這既跟季節有關，也跟具體工程活動有關，要結合具體問題具體分析。

1.4 地下水電導率

天然地下水的各種化學成分在徑流過程中是動態變化的，受水文、氣象、巖性、構造等因素的綜合影響。工程活動區域的地下水水質還受工程影響，如混凝土材料與天然地下水的相互作用（腐蝕）、因防滲結構體的滲漏改變了流場而改變水質等。也就是說工程活動區域地下水水質的明顯異常變化是可以用來分析判斷防滲結構體的滲漏缺陷的。

地下水的電導率實際是地下水總溶解固體（礦化度）的反映，在同一個地下水流系統中，電導率與總溶解固體呈正相關關系。因此在工程滲漏分析上，可以用電導率代替總溶解固體使用。

2 電力工程地下連續墻概況

某220kV 線路工程盾構始發井地下連續墻外徑尺寸18.4m×10.4m，開挖深度25.49m。支護結構采用地下連續墻加6 層內支撐為支護結構型式，地下連續墻墻深49.5m，墻厚1m，墻段12幅。地連墻墻段間接縫采用H 型鋼接頭，坑內底部采用三軸攪拌樁加固，坑外側采用高壓旋噴樁進行接縫止水，高壓旋噴樁的設計半徑為1.1m。

為檢驗墻段接縫是否存在滲漏，對其中的5條接縫采用了綜合示蹤分析技術進行分析，見圖1。示蹤測試孔深50m，孔內安裝了濾水管，濾水管內徑60mm。

圖1 示蹤探測孔平面位置示意圖

3 綜合示蹤分析

3.1 相對水平流速測試分析

采用食鹽示蹤劑不符合單孔稀釋理論的前提條件，因此只能對5 個示蹤測試孔進行相對水平流速的分析，測試結果見圖2。

相對流速既可以孔內不同深度上的水平流速相比較，也可以不同孔之間的水平流速相比較，主要看食鹽示蹤劑投放的相對量。在該測試中考慮了食鹽的相對投放量，各孔之間的水平流速有一定的相對比較性。從圖2 可以看出，5#的流速是最小的，2#流速最大。從單孔內的流速比較看，1#在32m 深處流速最大，2#在28m 深處流速最大，3#孔在39m 深處流速最大，4#孔在44m 深處流速最大，5#孔沒有明顯的峰值。

3.2 水平流向測試分析

鑒于上述各孔相對水平流速的情況，對1～4#做了響應深度的地下水水平流向，測試結果見表1。

表1 各孔測點水平流向

如果各孔附近MJS 高壓旋噴樁所對應的連續墻接縫存在滲漏，各孔的地下水就應該向接縫處流動，因此各孔合理的流向方位角應該是1#孔50～140°之間，2～4#孔140～230°之間。從表1 看，2～4#孔的流向是合理的，但1#孔的流向偏離較大，基本向相反方向流動，這意味著1#孔的西側接縫可能存在更大的滲漏缺陷。

3.3 地下水溫度測試分析

采用精度0.1℃、分辨率0.01℃的高精度溫度測井儀進行各孔地下水溫度測量，結果見圖3。地下水溫度曲線有兩個主要特點：一是溫度普遍偏高，有的遠高于當地淺層地下水的溫度，這源于防滲加固中所用水泥的水化造成；二是溫度在淺部和深部低、中部高，這跟水泥加固樁的位置有關，水泥加固樁的位置主要在中部。

圖3 各孔溫度垂向分布曲線

根據上述特點，可以歸納出溫度曲線的分布模型，見圖4。曲線分為3 段，每段大體都成直線分布，水泥土加固區的長度取決于水泥土加固范圍及水泥的均勻程度。圖3 中的4#孔就顯得比較長，其他孔相對較短，甚至成峰狀。利用3 段線形狀的變化可以識別地連墻接縫可能存在的滲漏缺陷，因為滲漏處顯然加快了地下水的流動，更容易擴散熱量而使溫度偏低，即溫度異常。據此，1#孔在深度32m 和44m 附近呈現兩個負異常，2#孔在33～34m 附近有負異常顯示，3#孔在39m 附近負異常，4#孔在44m 附近負異常，5#孔在34m 附近負異常。

圖4 溫度垂向分布模型

3.4 地下水電導率測試分析

鑒于水泥土加固區地下水的流動會同時影響地下水的溫度變化和水質的變化，因此也可從電導率的變化上進行分析。用高精度電導率測井儀獲得的各孔地下水電導率變化曲線見圖5，圖中的電導率均經過了溫度校正，代表25℃時的電導率值。水泥土加固區的電導率理論上應該是偏高的，因此，從識別滲漏缺陷角度看，電導率越大就意味著滲漏的可能性小，反之則可能性大。從圖5 看出，1#孔在28～38m 范圍存在電導率低值區，2#孔在31～36m范圍存在電導率低值區，3#孔在37～44m 范圍存在電導率低值區，4#孔在42m 以下呈低值，5#孔總體電導率均較大，沒有明顯的低值區。

圖5 各孔地下水電導率垂向分布曲線

3.5 開挖驗證

以上無論是相對水平流速和水平流向反映的可能滲漏點以及地下水溫度和電導率所反映的異常點，都在基坑開挖深度以下，無法用肉眼直接觀察到，但從基坑底面以上坑壁是否存在漏水現象可以進行間接的驗證。實際開挖中坑壁十分干燥，未見任何滴水或潮濕現象。

4 結論

1）各孔所在地連墻接縫可能的滲漏點位置分布為：1#孔28～38m、2#孔28～36m、3#孔38～44m、4#孔42～44m，5#孔沒有滲漏點?；娱_挖底面以上沒有滲漏點且得到開挖驗證。

2）綜合示蹤測試技術在本電力工程深基坑地下連續墻滲漏缺陷探測中間接得到了驗證，建議在電力工程深基坑中進一步應用和完善。