多雨富水山区隧道渗漏水调查与防治对策研究

王辰晨，周 凯，张彦龙

（1.广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420；2.广东省隧道工程安全与应急保障技术及装备企业重点实验室，广东 广州 510420）

广东某高速公路至2023 年已运行18 年，其中某隧道穿越岩溶地层，地下水、地表水丰富，受部分地表地质条件尚不太稳定等因素影响，隧道出现了不同程度的地表塌陷、拉裂、沉降、滑坡等各种地质病害。地表病害的出现，加剧了雨季地表水对隧道顶地下水的补给，诱发了隧道渗漏、涌水、衬砌微裂、防火涂层与瓷片脱落、隧洞偏压等，对隧道结构及行车安全具有潜在的。近年来，隧道洞内地表病害较多，施工及运营期间管理单位多次对隧道顶地表塌陷及裂缝进行了处理。2021年雨季暴雨过后，隧道内一处车行横洞+27 m处两侧水沟内泄水孔涌水量大，南行水沟内积水溢至行车道，影响隧道通行安全。因此，隧道渗漏水调查与防治具有极其重要的工程实际应用价值[1-2]。

1 工程概况

隧道北行全长1 130 m，南行全长1 295 m。隧址区山体为构造剥蚀地貌，地表发育有溶沟溶坑石芽。隧道穿越石灰岩中低山区的鞍部，其典型形态特征为裸露型岩溶地貌。区内最高标高为306.7 m，最低100 m，高差达200 m以上。隧道南北两侧坡度较大，为30°～50°。2021 年5 月中旬，暴雨过后，洞内衬砌渗漏水增多，一处车行横洞+27m处两侧水沟内泄水孔涌水量大，南行水沟内积水溢至行车道，影响隧道通行安全。

2 隧道洞内渗漏水调查及排水系统检查

隧道北行洞身衬砌病害共有浸渗9处。隧道南行洞身衬砌病害共有55 处：浸渗54 处，滴漏1 处。本次调查中，隧道内左、南行排水设施均完好[3]。洞身衬砌病害例图如图1。

图1 洞身衬砌病害例图

3 隧道地表地质灾害及排水设施调查

根据2007 年隧道顶的地面调查结合以往地质勘查资料，位于隧道南行顶部的东西向F1断层两旁分布有较多岩溶漏斗，已发现19 个，由于隧道施工已回填和治理，地表已难以识别漏斗、塌陷的具体位置。但在断裂及溶洞分布的南北两侧的排水沟旁又出现新的岩溶塌陷。

2008 年调查时发现存在8 个塌陷，并且都进行了处理。

2009年调查时，发现2008年处理过的塌陷都已趋于稳定，并且在大桩号端洞口新发现了2 个塌陷和1条冲沟。

2021 年调查发现某隧道洞顶塌陷集中区域排水沟多处堵塞，杂草茂盛，排水作用部分失效；区域内有一处长约20 m、宽2 m、深2.5 m溶槽，两排水沟交会处有一处地势较平坦的洼地，雨季时雨水在上述两处汇集，均存在下渗可能；另有两处泉眼，分布在区域两端，其中1#泉位于隧道顶，对隧道影响较大。

4 水连通试验

4.1 试验方案及过程

水连通试验属于一种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，并在下游点获取不同时间段的水样，通过荧光分光分度计室内试验，分析样品水样是否含上游投放物质，证明投放点与取样点间是否有水力联系[4]。

本次连通试验共设置了3个投放点和9个接收点，目的是验证3 个投放点溶槽处（TF01）、洼地处（TF02）、1#泉处（TF03）与另外9 个接收点：隧道车行横洞大桩号端+27m处（JS01）、隧道车行横洞小桩号端+27m 处（JS02）、隧道南行出口慢车道水沟处（JS03）、隧道南行出口超车道水沟处（JS04）、隧道北行入口慢车道水沟处（JS05）、隧道北行入口超车道水沟处（JS06）、隧道北行出口慢车道水沟处（JS07）、隧道南行入口慢车道水沟处（JS08）、隧道南行入口超车道水沟处（JS09）之间的连通性与水力联系。

水连通试验当日上午9：00 左右，分别在TF01投放2 kg 荧光素钠，在TF02 投放2 kg 荧光增白剂，在TF03投放2 kg罗丹明B；在JS01～JS09 9个点进行取样（10：12—12：45 约每半小时取样1 次，12：45—16：30约每小时取样一次，累计取样9次），投放试剂前分别在各接收点取初始水样做背景值。

4.2 试验结果分析

在取样过程中，在JS01、JS04 点处观察到水体的颜色变化。9个接收点的荧光素钠、荧光增白剂与罗丹明B 浓度随监测时间的变化曲线如图2 所示，其中，横坐标轴表示取样时间，纵坐标轴表示取样水样中的示踪剂浓度（荧光素钠、荧光增白剂、罗丹明B），单位是μg/L。其中，横坐标轴8：52对应的时刻浓度为各示踪剂的背景值浓度，以后表示投放后开始监测的示踪剂浓度。在监测期间，投放示踪剂前早上7时发生第一次降雨，雨量等级属于大雨；中午12时发生第二次降雨，雨量等级属于中到大雨。

图2 接收点浓度变化图

（1）示踪响应结果。从图上和浓历时度曲线可以看出TF03投放的罗丹明B在JS01、JS04点反应明显，在JS02、JS03点有反应；TF02投放的荧光增白剂在JS02、JS03、JS08点有反应；TF01、TF02、TF03投放的3种示踪剂在其他接收点处无反应（在背景值附近）。

（2）响应结果分析。JS03 点取样水体多数浑浊，对相应结果存在一定影响；JS08 点背景值水样浑浊，后续水样清澈，监测浓度值经陡降后保持稳定，可认为该接收点未接收到TF02投放的荧光增白剂；JS01 与JS04 点罗丹明B 浓度历时曲线基本一致，是因为隧道车行横洞大桩号端+27 m 处边墙泄水孔水流汇入南行超车道排水沟，并向出口端排泄，JS01 点处罗丹明B 浓度历时曲线一次高峰表明TF03点属于直接灌入式的快速通道点；JS02点出现多次波峰，说明连通该处的地表水具有一定缓冲和蓄积能力的特点。

综上，可以认为：TF03（1#泉处）与JS01（隧道车行横洞珠海端+27 m 边墙泄水孔处）存在直接水力联系；防治的重点应是防止雨水、地表水直接进入TF03 周边以落水洞或岩溶漏斗为主要形式的垂直通道，同时将1#泉水流引出。

5 综合防治对策

隧道渗漏水水害防治应遵循“地表截排，围岩堵水，洞内引排，因地制宜，综合治理”的原则。

（1）地表截排。通过地表修建截排水沟和对地表病害的回填等处理方法，减少地表水的入渗。防治对策见表1。

表1 地表截排防治对策

（2）围岩堵水。通过注浆等方法达到围岩进行加固和地下水渗流通道堵塞的目的。防治对策见表2。

表2 围岩堵水防治对策

（3）洞内引排。在保证结构安全的基础上，在隧道内用过引排水将衬砌背后的水排出。防治对策见表3。

表3 洞内引排防治对策

6 结论

（1）经过详细水文地质与工程地质测绘，结合本次现场踏勘发现隧道洞顶塌陷集中区域截水沟多处堵塞，杂草茂盛，排水作用部分失效；区域内有一处长约20 m、宽2 m、深2.5 m溶槽，两截水沟交会处有一处地势较平坦的洼地，雨季时雨水在上述两处汇集，均存在下渗可能；另有两处小规模溶洞及两处泉眼，分布在区域两端，其中1#泉位于隧道顶，对隧道影响较大。

（2）TF03（1#泉处）与JS01（隧道车行横洞大桩号端+27 m边墙泄水孔处）存在直接水力联系；防治的重点应是防止雨水、地表水直接进入TF03周边以落水洞或岩溶漏斗为主要形式的垂直通道，同时将1#泉水流引出。

（3）隧道渗漏水防治对策应该结合现场实际调查情况进行综合治理。由于各个隧道产生水害的机理和原因不尽相同，隧道地质条件和结构状况不同，必须在查清水害原因的基础上选择合理的处理方法。文章针对现场调查结果采取的措施有：①地表塌陷采取回填黏土处理的方式，黏土层中覆盖土工布，规模较大溶槽进行周边修建截水沟引排的方式；②对地表排水设施堵塞段进行清理，破损段进行修复，为减少地表水下渗，新增汇水区截水沟，有效引导地表排水。