大型水封式洞库地下水监测技术

罗治军

（中铁隧道局集团有限公司，广东 广州 511458）

水封洞库的研究领域中信息化管理是重要一环。通过基于围岩稳定和地下水稳定的动态施工信息收集的研究，形成完善的水封洞库信息化施工的理论。提出对地下水分布及运移条件变化的监控，与常规的监控量测项目共同判断现场施工条件是否可行，本文就其中地下水水位和水质监测方面的一些做法进行一些总结。

1 工程概况

烟台LPG水封洞库工程范围为3个主洞库（丁烷、LPG、丙烷）及其连接巷道、交通巷道和水幕巷道。主洞库及其连接巷道长度约2 700 m，水幕巷道长度约2 500 m，交通巷道长度约2 200 m。

项目位于烟台市经济技术开发区临港化学工业园，北侧为烟台西港区，南距G206国道约2 km，西临九曲河，洞库位于工业园地下。周边多为民房，无大型建筑物。工程处于海陆衔接地带，属剥蚀堆积地貌～山谷洪积平原地貌的过渡段，地势总体起伏不大，地面标高为海拔基本在30 m以下。

库址区内含水介质主要为第四系覆盖层以及燕山早期中粗粒黑云母二长花岗岩。地下水的主要存在类型有四种。其一，赋存于第四系松散覆盖层中松散岩类孔隙水，其二，存储于燕山早期中粗粒黑云母二长花岗岩的浅层风化网状裂隙水，其三，赋存于中风化带中深部及其以下的岩体中的深层脉状裂隙水，其四，分布在库址区东北部的碳酸盐类岩溶裂隙水。地下水主要接受大气降水垂直入渗和侧向山区地下水两种补给方式，由东西两侧山区向中部九曲河径流，最后排向黄海，黄海亦为本区域的最低排泄面。

2 地下水监测的实施

按照监测总体方案中的地下水位监控点布置方式，结合水位监测孔平面位置的设计布设资料，在施工前和施工过程中地表共钻设了53个地下水位监测点（见图1），利用水位一管和钢尺水位计，配合水准测量，确定地下水位高程，通过水位管内水面高程的变化，以确定并及时掌握施工期间地下水水位的变化情况，避免洞库区域地下水位遭受破坏。实际外业监测过程中，曾发现个别钻孔的水位在洞库施工过程中受到严重影响，部分孔位打穿透空，部分孔位由于地面施工影响造成破坏而封堵或重新修复。类似情况钻孔均实行24 h不间断监测。

与此同时，对洞内施工过程中的涌水量也要进行测量，结合地表监测孔水位变化，全面掌握水位变化情况。

3 监测成果与分析

3.1 地下水位监测数据汇总及统计分析

自2011年7月洞库开工起，按照1次/d的频率对库址区所有钻孔内地下水水位进行长期测量，对水位变化较大的钻孔增大测量频率，直至水位趋于稳定。根据监测成果，定期绘制库址区水位等值线图如图1所示，水位监测成果图如图2所示

图1 地下水位监测点位和高程等值线图

图2 2012年地下水水位监测成果

3.1.1 地下水位未受施工影响的自然波动

根据前期勘察成果，库址区地下水位施工前受降水、蒸发和开采条件等因素的影响。年平均变幅达2～3 m，一般在3月底为最低值，9月底达到最高。

根据已有监测成果，由图1、图2可知，部分钻孔库址区未受施工及影响区域波动，地下水位自然动态变化与前期勘察成果基本一致。

3.1.2 地下水位受洞库开挖影响发生变化

通过2011年6月～2012年3月间对库址区钻孔地下水位的连续监测，烟台万华液化烃地下水封洞库交通巷道（包括明槽段）地下水位除随季节发生自然波动外，库址区在施工期间，交通巷道已施工段沿线的ZK21、ZK16、ZK33、ZK06、ZK12、ZK34、ZK15、ZK09、ZK19、ZK04、ZK08、ZK22等12个钻孔内地下水位受地下洞室开挖影响，均产生较大程度的下降，根据水位下降的程度和下降类型可将其分为两大类：

（1）其中，ZK34、ZK15、ZK09、ZK19、ZK04、ZK08、ZK22等7个钻孔内地下水位自2011年6月监测开始至交通巷道开挖施工结束，除个别短暂期内有小范围波动外，大部分时间呈现平稳下降趋势，总下降深度（垂直深度）小于5.0 m。

此7个钻孔成孔时间在9月份，成孔时正处于库址区地下水位最高月份，自9月份至次年3月份，该区域地下水位一直呈现平缓下降趋势，同时在该段时间，交通巷道进行了开挖，这7个钻孔均处于交通巷道沿线附近，交通巷道开挖过程中，交通巷道内地下水大量流失，造成附近区域地下水位平缓下降。

其中，ZK19钻孔在2011年10月15日～11月5日间发生陡降，该次陡降主要是由于该段时间，在ZK18钻孔附近的PS1抽水系统进行了为期一周的抽水试验，该试验过程中，大量抽取地下水位，而ZK19为斜孔，距离抽水试验钻孔最近。

（2）ZK21、ZK16、ZK3、ZK06、ZK12等5个钻孔内地下水位，在一段观测期内呈现缓慢下降趋势，但均存在突然下降的状况，总下降深度大于5.0 m，这与相应区段内施工期发生突水有关。在采取相应封堵措施后，水位开始保持稳定。

3.2 地下水水质监测数据汇总及分析

选取2013年6月下旬对洞库内特定断面处涌出水进行的地下水水质的监测，水质监测报告数据如表1所示。

表1 水质检测报告单

根据施工期间水质监测成果，烟台万华液化烃地下水封洞库实际开挖揭露的地下水水质情况按《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）（2009版）有关规定评价如下。

3.2.1 按环境类型

依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）附录G，本场地位于山东省烟台市经济技术开发区，紧邻黄海，属湿润区（干燥度指数K＜1.5），环境类型为Ⅱ类。根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）（2009版）表12.2.1，本场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性。

3.2.2 按地层渗透性

本场地地层的渗透性为B类，根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）表12.2.2，本场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性。根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）表12.2.4，本场地地下水在干湿交替条件下地下水对钢筋砼结构中钢筋具中等腐蚀性，在长期浸水条件下地下水对钢筋砼结构中钢筋具微腐蚀性。

4 结论及建议

水位监测：（1）根据钻孔内地下水位长期监测结果，库址区地下水位埋深0.00～21.96 m，水位高程变化趋势与地形基本一致。同时受工程开挖影响，库址区地下水整体径流方向自东向西、自东北向西南；自丙烷洞库、LPG洞库向交通巷道及明槽所在位置、自丁烷洞库向交通巷道沿线及明槽方向径流。

（2）库址区未受交通巷道开挖影响区域钻孔地下水位随季节、降雨变化明显，一般在8～9月底地下水位达到最高，在3月底达到最低。最大变化幅度2.3 m。交通巷道施工过程中，洞室开挖造成了交通巷道周边场地内地下水位出现不同程度的下降。钻孔内地下水下降最大的为ZK23钻孔，该钻孔内地下水已与交通巷道连通，水位降至交通巷道底板高程处。

（3）交通巷道施工开挖造成了沿交通巷道周边钻孔内地下水位普遍下降，通过注浆封堵，避免了地下水位大幅度下降。因此，在地下洞库开挖过程中，建议加强超前地质钻探工作，预测未开挖段围岩涌水量，对围岩涌水量较大位置尽可能采用超前注浆方式封堵。

水质监测：总体来说，地下水封洞库场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋砼结构中钢筋具微腐蚀性，地下水腐蚀性无异常，与前期勘察成果一致。建议后期的工程建设中，根据LPG地下水封洞库建设的特点，增加对水幕供水水质中微生物含量的水质监测工作。同时针对混凝土的耐腐蚀性应通过设计及施工手段加以应对，避免造成钢筋的锈蚀降低混凝土性能和耐久性。