中山顶隧道渗漏水原因与综合防治研究

王辰晨 张彦龙 林海山 张豹

摘要：文章针对中山顶隧道洞内渗漏水及地表塌陷病害，结合中山顶隧道洞内渗漏水调查及排水系统，分析地表范围内精细水文地质并进行了水连通实验，查明中山顶隧道渗漏水原因以及隧道地下水水力联系，提出中山顶隧道渗漏水综合防治建议。

关键词：隧道;渗漏水;水连通实验;综合防治

文献标识码：U457+.2-A-31-103-3

0 引言

高速公路隧道渗漏水病害是影响隧道结构安全、行车安全最严重的威胁之一，岩溶发育多雨地区高速公路隧道渗漏水病害更加普遍。

广乐南高速公路为广州到乐昌高速公路南段，自广乐高速公路开通以来，中山顶隧道出现渗漏水现象，根据统计两行车隧道共有渗漏水点74处，其中在北行K169+940～K170+040和南行K169+350～K169+530处尤为突出，对隧道内行车安全造成了一定影响。

基于此，进行中山顶隧道渗漏水原因调查，提出针对性的渗漏水综合防治措施。

1 工程概况

中山顶隧道地处广东省英德市，距英德市市区约12 km，进口段位于横石塘镇新建村旁的山坳处，出口段位于英城镇独山村北侧约800 m的武广高速铁路的弃土场内，出口段距东侧的武广高速铁路约550 m。

根据工程勘察资料显示，隧道区为岩溶发育地区，山体表面可见多处岩溶洼地、漏斗、落水洞、溶沟、石芽等岩溶现象。

隧道区域地下水主要为构造裂隙水和碳酸盐类岩溶水，存在几处间歇性岩溶上升泉出露地表，最大泉流量为3 000 m3/d。

2 渗漏水调查及排水系统检查

2.1 地表调查

为了更好地了解与分析地表水对隧道涌水量的影响，根据1∶1 000中山顶隧道水文地质工程地质平面图，通过地表分水岭进行分区，将隧道汇水区分为四个区。

通过隧道区地表调查得出地质灾害主要问题表现为岩溶地面塌陷，调查结果共发现不同大小不同规模塌陷共计18处。

汇水区及塌陷分布如图1所示。

2.2 洞内调查

本次工作调查隧道洞身衬砌部分渗漏水病害以及隧道排水系统情况，具体调查结果如下：

（1）左线洞身衬砌（北行，乐昌方向）

隧道左线洞身衬砌共有渗漏水病害48处：浸渗痕迹36处，有明水流出12处，病害状况值均为“1”。

（2）右线洞身衬砌（南行，广州方向）

隧道右线洞身衬砌共有渗漏水病害34处：浸渗痕迹29处，有明水流出5处，病害状况值均为“1”。

（3）隧道排水系统

隧道整体排水是往乐昌端排出，经现场调查量测，乐昌端洞口排水沟宽约1.3 m，水深约8 cm，水流流速约1 m/s，隧道整体排水系统较通畅。

3.1 实验方案

连通实验属于一种较为直接的研究地下水流动的技术，利用某种示踪物质在上游点的投放，并在下游点利用仪器进行监测，来证明两监测点间是否有水力联系。本次连通实验共设置了两个投放点和五个接收点，目的是为了验证两个投放点即落水洞处（TF01）、沼泽处（TF02）与另外五个接收点即隧道左线北出口处（JS01）、隧道右线北出口处（JS02）、涵洞处（JS03）、泉处（JS04）、隧道内部处（JS05）之间的连通性与水力联系。

第一天开始在隧道左线北出口处（JS01）、隧道右线北出口处（JS02）两处布置监测仪器进行背景值观测;第二天上午11：20左右，分别在沼泽处（TF02）投放1 kg罗丹明，在落水洞处（TF01）投放1 kg荧光素钠，在隧道左线北出口处（JS01）、隧道右线北出口处（JS02）、涵洞处（JS03）、泉处（JS04）、隧道内部处（JS05）五个点进行取样以及观测。

3.2 监测结果分析

本次示踪实验为便于检测，选用荧光素钠和罗丹明作为示踪剂，监测仪器为多功能野外在线地质环境监测仪。实验项目开展之前需要先在室内制作荧光素钠和罗丹明的标准曲线，荧光素钠和罗丹明标准曲线拟合度较好，在仪器量程范围内均能满足本次实验的精度要求，标准曲线如图2所示。

在取样过程中，始终未观察到水体的颜色变化。图3所示为五个接收点的荧光素钠与罗丹明浓度随监测时间的变化曲线，其中，横坐标轴表示监测的时间间隔，单位是h，纵坐标轴表示监测水样中的示踪剂浓度（罗丹明与荧光素钠），单位是μg/L。其中，横坐标轴上的零刻度表示的是5月8日上午11：20，为投放示蹤剂的时刻，即零刻度之前表示监测的是罗丹明与荧光素钠的背景值浓度，零刻度以后表示投放后开始监测的示踪剂浓度。在监测期间，5月7日14：00发生第一次降雨，日降雨量为10.5 mm，雨量等级属于中雨;5月8日凌晨1：00发生第二次降雨，日降雨量为8.3 mm，雨量等级属于小雨。

从图3可知，在隧道左线北出口处（JS01），投放示踪剂前后，罗丹明与荧光素钠的浓度变化不大，投放后的浓度与背景值相差不大，可认为未检测到罗丹明与荧光素钠;在右线北出口处（JS02），投放后的罗丹明有明显增加，可认为检测到罗丹明;涵洞处（JS03）、泉处（JS04）的罗丹明与荧光素钠浓度在投放前后变化也不大，可认为未检测到罗丹明与荧光素钠;隧道内部处（JS05）在投放后荧光素钠浓度有明显增加，罗丹明浓度则变化不大，可认为检测到荧光素钠而未检测到罗丹明。

3.3 实验结果

通过地下水连通实验，得到结果如图4所示，并得出如下结论：

（1）在隧道内（JS05）处检测到了来自落水洞处（TF01）投放的荧光素钠，说明隧道内（JS05）与落水洞（TF01）处两点间存在水力联系。

（2）在右线北出口处（JS02）检测到了来自沼泽处（TF02）的罗丹明，说明两点存在水力联系。

4 综合防治建议

中山顶隧道位于岩溶较发育地区，地下水丰富，渗漏水病害频发。隧道渗漏水严重的原因主要是由于地表存在塌陷，在降雨期间地表水汇入塌陷处，没有得到有效引排，汇水通过地质裂隙渗流到隧道内部，造成隧道严重的渗漏水病害。针对隧道渗漏水处治，建议分为地表塌陷的处治以及洞内引排水处治。

地表塌陷处治方式主要采取塌陷处充填夯实、修筑截排水沟的形式。洞内边墙渗漏水、施工缝渗漏水等采取的防治措施包括边墙打泄水孔、施工缝引排等方式。

5 结语

高速公路隧道渗漏水病害是养护工作中重点关注的地方，结合隧道地表水文地质调查与隧道洞内渗漏水检查初步分析隧道渗漏水原因，进一步通过水连通实验验证隧道地下水水力联系，明确隧道渗漏水来源，并进行针对性防治处治。为同类工程的隧道渗漏水病害原因调查提供思路，为隧道渗漏水综合防治处治及设计施工提供参考与借鉴。

参考文献

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收稿日期：2021-03-18

作者简介：

王辰晨（1993—），硕士，工程师，主要从事公路隧道试验检测、设计、咨询等工作。