浅析区域地下水控水帷幕带关键部位的选择——以贵港市为例

◎覃剑文，覃 纯＊，李俊志

1.广西地质环境监测站，广西 南宁 530201

2.山东省煤田地质局第四勘探队，山东 潍坊 261200

在岩溶发育地区开挖深基坑时，强排地下水容易引发岩溶塌陷，对当地人员的安全、财产造成威胁。区域地下水位恢复是有效遏制岩溶塌陷的关键，准确选定截流控水注浆帷幕带位置，可以有效治理岩溶塌陷地质灾害。

在止水帷幕的止水效果方面，蒲勇[1]在复杂岩溶地质条件下，开展了抽水实验；在地下连续墙施工方面，常龙等[2]分析了岩土分层特征，不良地质和工程水文地质等影响因素；徐木新[3]研究分析了岩溶地质、高水位和与外界贯通条件等不利影响因素；王洪波等[4]运用水文地质资料、地球物理探测及连通试验手段，对南京上元门车站基坑岩性、岩溶裂隙发育特征及相对富水性进行深入研究，并根据薄弱地层围岩及裂隙类型，对基坑涌水进行了有效治理。

上述文献选定截流控水和注浆帷幕带位置的方法较为简易、直接，针对如何在条件复杂的城市岩溶塌陷区圈定关键部位不连续注浆帷幕带的讨论尚有欠缺。研究小组在充分研究贵港市建成区水文地质条件的基础上，运用多种物探相互印证、钻探揭露关键岩溶通道等措施来确定截流控水帷幕带并实施治理，遏制岩溶塌陷产生。

1 工程概况

广西贵港市位于浔郁岩溶平原上，属亚热带季风气候区，城区主要以环城公路为界，总面积约160 km2，常住人口约60 万人。建成区位于城区西北部，东起中山路，西至迎宾大道，南起新华路，北至桂林路，面积约15 km2。根据《贵港市建成区岩溶地面塌陷地质灾害治理工程勘查报告》（以下简称“勘查报告”）可知，该区域在2013年5 月至2019 年12 月期间进入了岩溶塌陷暴发高峰期，期间每年发生岩溶塌陷40 多处，塌陷坑总数200 多个，岩溶塌陷导致区内道路毁坏、房屋毁坏、地下管道破裂等。据不完全统计，在此期间共造成直接经济损失500 多万元，市本级财政投入治理费用超过3000 万元。该区域地质灾害隐患直接对5000人生命财产构成威胁，潜在经济损失约1.5 亿元。

研究小组通过详细勘查、准确定位，在治理区布置了2 段地下水阻水帷幕带，确定66处岩溶塌陷隐患点。据《贵港市建成区岩溶地面塌陷地质灾害治理工程监理工作总结》，地下水阻水帷幕带竣工后，治理区地下水降落漏斗消失，基坑涌水由36000 m³/d 降低至不足1000 m³/d，基坑涌水减少98.7%。2019 年治理工程开始施工，2020 年治理区发生岩溶塌陷5 处。2020年底治理工程竣工后至今，没有新的岩溶塌陷发生。

2 岩溶塌陷致灾水文地质条件

2.1 治理区岩溶发育强烈

据勘查报告统计，治理区入岩434 个钻孔中，遇溶洞163 个，钻孔遇洞率37.6%，线岩溶率为29.3%（埋深0～20 m），岩溶强发育。岩溶发育程度随着地层深度的增大而减弱（见图1）。

图1 岩溶塌陷治理区岩溶发育与深度关系曲线图

2.2 地下水补径排条件复杂

治理区内地下水赋存主要有2 种形式：碳酸盐岩溶洞裂隙水、岩溶沟槽上层滞水。岩溶沟槽上层滞水主要赋存于溶沟、溶槽内，呈条带状分布，与下部的溶洞裂隙水有较完整的碳酸盐岩相隔，埋深浅，水量中等。下伏的碳酸盐岩溶洞裂隙水，水量丰富，水文地质单元面积大，补径排条件复杂，在治理区内呈树枝状分布。治理区地下水总体上自北向南径流，由向斜两翼向核部径流，再沿核部向东径流。北东侧、北西侧地下水强径流带在马草江一带汇合后，向东径流，经由马草江公园—市检察院—白沟井—东湖、郁江排泄。

地下水除接受大气降雨入渗补给外，还接受北西侧龙山一带基岩裂隙水的侧向补给。补给方式除分散入渗，还有地表水流沿落水洞、天窗直接灌入地下，治理区大量基坑也因此成为地表水直接灌入的通道。

治理区地下水在原始自然状态下，主要以泉群形式在马草江公园至贵港市人民检察院一带的溶潭、河流中排泄。深层地下水径流至东湖一带，于郁江排泄。浅层岩溶水形成的泉水流量较大，一般为5～100 L/s，洪峰期最大可达200～300 L/s，季节变化也大，多为季节性泉。受人类工程活动影响，万豪基坑排水降深达18m，钓鱼台深基坑排水降深达10m，地下水以深基坑为排泄中心，形成局地性降落漏斗，改变了地下水流场。

2.3 地下水与地表水联系密切

治理区地表水系发育，主要有鲤鱼江支流木兰河、马草江等。木兰河自西北方向流入，马草江自北东方向流入，两者最终在马草江公园南侧汇合后形成石鼓江，并向南径流。木兰河、马草江河道断面呈U 型，切割深度一般为3～10 m，宽3～8 m，水深一般为1～3 m。万豪基坑东侧110 m 处为马草江，南侧依次为景观湖和木兰河，距离分别为20 m和160m。地表水与地下水互补关系明显，万豪基坑实施大流量抽排地下水后，周边的马草江、木兰河和景观湖水位下降明显，曾出现景观湖干涸、河流断流现象。

2.4 地下水动态变化分析

研究小组利用治理区18个地下水长期监测孔成果绘制地下水等值水位线如图2 所示、地下水位动态变化曲线如图3 所示。由图2、图3 可知，治理区地下水动态季节性变化明显，受基坑排水影响严重。ZK06 孔水位变幅为0.98～12.00 m，ZK13 孔水位变幅为3.70～11.47 m，受工程影响变幅大。ZK12、SEZK27 受基坑抽水影响，其水位埋深明显低于其他监测孔。

图2 治理区监测孔分布及地下水位等值线图

图3 治理区地下水位动态变化曲线图

3 岩溶塌陷致灾因素分析

3.1 地层岩性

治理区主要分布石炭系下统尧云岭组（C1y）、石炭系下统英塘组（C1yt）两组地层。尧云岭组（C1y）为质纯灰岩，岩溶发育。英塘组（C1yt）为灰岩、白云岩局部夹硅质岩。在硅质岩与灰岩、白云岩接触带，地下水易于赋存，受硅质岩阻水作用，地下水容易形成泉水出露。研究小组据治理区岩溶塌陷分布图分析，该区域受地层、岩性控制明显。

3.2 地质构造

治理区位于贵县向斜尾端、向斜核部，受构造影响，岩体节理裂隙发育，主要有NW 向、NE 向2 个节理组，规模较大的节理带宽度为1.0～2.0 m，裂隙间为泥质充填，多为陡倾角节理，近于垂直，沿构造节理裂隙走向常发育溶洞、溶槽或溶隙，构成了地下水强径流带。NW 向、NE 向发育的F1、F2 断层有明显的隔水作用，形成地下水相对分水岭，断层外地下水向北东、南西向径流，F1、F2 断层间的地下水自北向南流，从向斜两翼向核部径流，形成相对独立的水文地质单元，地下水径流受构造控制明显。

3.3 岩溶发育程度

治理区石炭系下统尧云岭组（C1y）、石炭系下统英塘组（C1yt）两组地层岩溶发育程度强，特别是尧云岭组（C1y）为质纯灰岩，岩溶发育最为突出。勘查报告统计分析了135份岩土工程勘查报告中的18166 个钻孔，其中深大溶洞的钻孔有160 个，主要分布在桂林路、布山大道一带，岩溶遇洞率普遍＞20%，盛世嘉园—贵港城区公路管理局—家和居—贵港市财政局—马草江公园东侧—贵港市人民检察院岩溶遇洞率＞30%，岩溶中等—强烈发育。研究小组分析发现，岩溶塌陷与岩溶发育程度高度一致，岩溶发育程度对塌陷的控制作用明显。

3.4 地下水强径流带

据勘查报告，治理区共划分了3 条主要径流带，命名为1#、2#和3#。2#强径流带由体育中心—华泰官邸—盛世嘉园—贵港城区公路管理局—家和居—万豪基坑—马草江公园—龙床井—白凹窝延伸，与1#、3#地下水强径流带汇合于白凹窝一带，并由西向东于郁江排泄。其流向也基本与木兰河流向（SEE 向）一致，带宽在20～80 m 之间，深度在30～80 m 之间。在万豪基坑边的勘查孔内的深度72 m 处发现高度为5 m 的溶洞，溶洞内地下水与基坑涌水点有直接连通关系。2#地下水强径流带沿线深大溶洞、岩溶塌陷、溶潭、溶井发育，岩溶发育强烈。

由图2 可知，治理区形成了一个以万豪大酒店深基坑为中心的地下水位降落漏斗，平面形态类似铲状簸箕，其西侧、南侧的地下水位等值线骤降，影响范围约330m；簸箕状漏斗的开口端向北东，影响范围最大达1200～1500 m。地下水降落漏斗中心深度约20 m，按2 km 的影响范围来计算，降落漏斗边缘水力坡度约为10‰。

塌陷点主要分布于主径流带及其影响区域内，2013年塌陷主要发生在金港大道、公路管理局小区、港北区人民武装部一带。2013—2014 年，钓鱼台深基坑开挖，2015 年，布山大道、仙衣路、荷城中学一带塌陷频发。岩溶塌陷有逐年向地下水径流带上游发展的趋势。

4 截流、阻流区域控水关键部位的圈定

4.1 注浆帷幕选择条件

目标层具有较好的可注性；目标层具有适当的厚度；目标层要有明确的主补给方向且该方向上占有绝大多数补给量；圈定集中径流带；查明不透水边界。

4.2 注浆帷幕关键部位水文地质条件分析

4.2.1 岩体可注性

万豪基坑位于贵县向斜核部，贵县向斜轴向NE，在马草东公园一带受断层F1、F2 共同作用，轴向偏转呈NW—SE 走向。受断裂构造影响，治理区内节理构造较为发育，多具有NW 向、NE 向2 个节理组，规模较大的节理带宽度为1.0～2.0 m，裂隙间为泥质充填，多为陡倾角节理，近于垂直。节理裂隙纵横交错，使浆液在各个方向上扩散。深基坑长期大流量抽排地下水，形成了面积较大的降落漏斗，附近地层失水具备良好的注浆条件。

4.2.2 深度与厚度

在万豪基坑边勘查孔内的深度72 m 处发现高度为5 m 的溶洞，溶洞内地下水与基坑涌水点有直接连通关系。帷幕带钻孔深度、注浆层厚度确定为80 m。从岩溶发育深度，地下水深度连通关系方面看，注浆目标层厚度较大。注浆深度大于基坑深度（24 m）和地下水最深的通道底部深度（77m），地下水从帷幕底部绕流的可能性较小。

4.2.3 注浆帷幕带可拦截大部分地下水补给

受NW 向、NE 向发育的F1、F2 断层控制，治理区形成相对独立的水文地质单元。地下水自北向南流，在马草江公园一带折向东于郁江排泄。研究小组在马草江公园一带设置注浆帷幕带，可拦截补给方向绝大部分地下水补给量。降落漏斗中心位于万豪基坑边，在基坑边设置注浆帷幕带也可以缩小帷幕带宽度。

4.2.4 注浆帷幕带选择

根据勘查报告，治理区地表水系流向与地下水径流方向基本一致。依据多项物探成果相互印证、钻探揭露、连通试验划定和地下水等值线图分析，研究小组认为万豪基坑内集中涌水点位于2#地下水强径流带上，万豪基坑长期强排地下水是形成降落漏斗的根源，万豪基坑与2#地下水强径流带有直接连通关系。在万豪基坑边设置注浆帷幕带，可以直观地反映注浆效果，形成截流、阻水帷幕带，阻挡上游地下水。

4.2.5 不透水边界

万豪基坑东侧岩性为质纯的灰岩，岩溶发育强烈，基坑内多处可见高大溶洞。马草江从基坑东100 m 外经过，东南侧为溶潭、景观湖，马草江、溶潭、景观湖均与地下水形成互补关系。研究小组选择在万豪基坑北侧设置注浆帷幕带，如果在万豪基坑东侧出现绕流，地下水与地表水即可恢复互补关系，区域地下水位可恢复到天然状态。

万豪基坑西侧岩体完整，岩性为白云岩局部夹硅质岩，硅质岩相对隔水，形成了天然的隔水边界，地下水不容易在这一侧出现绕流。北侧的注浆帷幕带配合隔水边界帷幕，能够取得更好的截水效果。

4.2.6 诱发岩溶塌陷的深大基坑充水水源及导水通道分析

根据勘查报告，地下水在万豪基坑内的水头高度可达2 m，压力较大。万豪基坑壁悬挂式泉点较少，研究小组分析，万豪基坑突涌水的补给水源应为浅层地下水和深部紊流地下水。治理区北部地下水汇入地下水径流带，途中接受上层滞水和松散岩类孔隙水的补给，多条径流带最终于万豪基坑涌水点汇集，形成了万豪基坑的水源补给和导水通道。万豪基坑的充水水源及导水通道模型如图4 所示。研究小组认为，深层地下水径流带截流控水应是治理工程中的选择重点。

图4 万豪基坑充水水源及导水通道模型示意图

4.3 注浆帷幕关键部位的确定

研究小组认为，多条径流带汇集的关键位置为万豪基坑北侧东部区域，应将该区域作为帷幕截流控水的关键区域。帷幕注浆治理截流后，可有效控制2#主径流带，较大程度地阻断金港大道南北侧的水力联系，恢复北侧地下水位，降低治理区的岩溶塌陷风险。

5 治理效果

治理前，万豪基坑涌水量为36000 m³/d。马草江公园北侧帷幕带形成后，万豪基坑东侧地下水开始出现少量绕流，但涌水量不足1000 m³/d。各监测孔地下水位平均涨幅4.12 m，治理区地下水位基本恢复正常，区域地下水降落漏斗基本消除，治理区内塌陷地质灾害明显减少。由此可见，实施截流帷幕带成效良好。

6 结 语

广西贵港市地质环境复杂，深基坑长期强排地下水，引发大量岩溶塌陷地质灾害，给市民生命财产安全造成威胁。该市地下水径流带复杂、基坑多、抽排水强度大，车辆运行干扰、电磁干扰强，按常规方法难以确定截、阻流控水注浆帷幕带部位。研究小组在充分研究该区水文地质条件、详细分析岩溶塌陷致灾因素的基础上，在地下水强径流带上划定隔水边界，初步拟定马草江公园万豪基坑作为注浆帷幕带部位，并对选定的部位岩体可注性、注浆层厚度、充水水源、导水通道进行分析，论证注浆帷幕带圈定的合理性。从施工成果看，注浆帷幕带竣工后，区域地下水位上升明显，有效遏制了岩溶塌陷发生。

此次研究仅考虑了截流注浆帷幕带对上游地下水的拦截作用，缺少对可能出现的地下水绕流效应及其对区域地下水位上升影响的考量，在其他地区参照使用此方法时应补充。