综合示踪法在地连墙渗漏探测中的应用

于 唯，蔡可庆，吴学银

（1.国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，江苏 南京 210098；2.江苏科能岩土工程有限公司，江苏 南京 211102）

我国应用示踪技术解决工程问题或科学问题历史悠久，早期只是单一的示踪，如水文地质方面的连通试验，从使用一种示踪剂的单元示踪试验到同时投放多种不同示踪剂的多元示踪试验[1-3]。综合示踪技术是采用包括连通试验在内的多种示踪方法对工程问题或科学问题进行综合论证的一种方法，从20 世纪80 年代以来广泛使用，包括天然示踪和人工示踪，天然示踪包括环境同位素示踪、环境水的物理化学要素示踪，人工示踪包括地下水的流速和流向测试等。长期以来综合示踪技术更多用来解决与堤坝有关的渗流或渗漏问题[4-7]，实际上对于在包括地下连续墙在内的很多工程涉漏问题都有很好的解决方案。

1 示踪分析技术原理

1.1 地下水水平流速

利用单孔稀释法可以在一个孔内直接测得任意深度地下水的水平流速[8]，当获得不同深度上的流速曲线后就可判断渗漏的可能位置。计算公式如下。

其中：Vf为水平向渗流速度（m/d）；r1为滤水管半径（m）；r0为探头半径（m）；α为流场畸变因子（无量纲）；Ct为t时刻的示踪剂浓度（μg/L）；Cb为示踪剂本底浓度（μg/L）；C0为示踪剂初始浓度（μg/L）；t为示踪剂浓度从C0变化到Ct所需的时间（d）。

式（1）的使用必须满足以下条件：①所选用的示踪剂在地下水环境中没有，或小得几乎可以忽略不计，即式中的Cb项可以去掉；②示踪剂的投放量必须是微量，这样就可以忽略示踪剂分子扩散所造成的“假流速”；③孔中没有垂向流，这也是为了忽略因垂向流导致的水平向“假流速”。

满足了前提条件后计算得到的渗流速度代表的是流速的绝对值，不满足前提条件但示踪投放达到完全均匀的情况下，计算得到的流速只是相对流速，因为其中包含了分子扩散和垂向流的影响。如果示踪剂投放不均匀，那么计算得到的流速没有任何实际意义。

1.2 地下水水平流向

渗漏部位周围的渗流场不同于正常的自然流场，体现在周围的地下水都向渗漏处流动，周围地下水的流向都指向渗漏处。因此通过流向的测量就可以判断渗漏部位的方向。地下水水平流向的获得采用了“力学合成原理”，即在示踪测试孔的同个深度截面上同时获得孔内6～8 个不同方向的示踪剂浓度，即可合成地下水的流动方向[9]。

1.3 地下水温度

天然条件下的地下水，无论动态还是静态，其温度分布有其固有的空间分布规律的，尤其是垂向分布规律。在此背景下，如果工程活动造成工程本身存在渗漏缺陷，那么在渗漏缺陷处地下水的温度分布将出现异常，利用温度异常就可以分析判断渗漏的具体位置。温度在垂向分布曲线上可以呈现正异常，也可以呈现负异常，这既跟季节有关，也跟具体工程活动有关，要结合具体问题具体分析。

1.4 地下水电导率

天然地下水的各种化学成分在径流过程中是动态变化的，受水文、气象、岩性、构造等因素的综合影响。工程活动区域的地下水水质还受工程影响，如混凝土材料与天然地下水的相互作用（腐蚀）、因防渗结构体的渗漏改变了流场而改变水质等。也就是说工程活动区域地下水水质的明显异常变化是可以用来分析判断防渗结构体的渗漏缺陷的。

地下水的电导率实际是地下水总溶解固体（矿化度）的反映，在同一个地下水流系统中，电导率与总溶解固体呈正相关关系。因此在工程渗漏分析上，可以用电导率代替总溶解固体使用。

2 电力工程地下连续墙概况

某220kV 线路工程盾构始发井地下连续墙外径尺寸18.4m×10.4m，开挖深度25.49m。支护结构采用地下连续墙加6 层内支撑为支护结构型式，地下连续墙墙深49.5m，墙厚1m，墙段12幅。地连墙墙段间接缝采用H 型钢接头，坑内底部采用三轴搅拌桩加固，坑外侧采用高压旋喷桩进行接缝止水，高压旋喷桩的设计半径为1.1m。

为检验墙段接缝是否存在渗漏，对其中的5条接缝采用了综合示踪分析技术进行分析，见图1。示踪测试孔深50m，孔内安装了滤水管，滤水管内径60mm。

图1 示踪探测孔平面位置示意图

3 综合示踪分析

3.1 相对水平流速测试分析

采用食盐示踪剂不符合单孔稀释理论的前提条件，因此只能对5 个示踪测试孔进行相对水平流速的分析，测试结果见图2。

相对流速既可以孔内不同深度上的水平流速相比较，也可以不同孔之间的水平流速相比较，主要看食盐示踪剂投放的相对量。在该测试中考虑了食盐的相对投放量，各孔之间的水平流速有一定的相对比较性。从图2 可以看出，5#的流速是最小的，2#流速最大。从单孔内的流速比较看，1#在32m 深处流速最大，2#在28m 深处流速最大，3#孔在39m 深处流速最大，4#孔在44m 深处流速最大，5#孔没有明显的峰值。

3.2 水平流向测试分析

鉴于上述各孔相对水平流速的情况，对1～4#做了响应深度的地下水水平流向，测试结果见表1。

表1 各孔测点水平流向

如果各孔附近MJS 高压旋喷桩所对应的连续墙接缝存在渗漏，各孔的地下水就应该向接缝处流动，因此各孔合理的流向方位角应该是1#孔50～140°之间，2～4#孔140～230°之间。从表1 看，2～4#孔的流向是合理的，但1#孔的流向偏离较大，基本向相反方向流动，这意味着1#孔的西侧接缝可能存在更大的渗漏缺陷。

3.3 地下水温度测试分析

采用精度0.1℃、分辨率0.01℃的高精度温度测井仪进行各孔地下水温度测量，结果见图3。地下水温度曲线有两个主要特点：一是温度普遍偏高，有的远高于当地浅层地下水的温度，这源于防渗加固中所用水泥的水化造成；二是温度在浅部和深部低、中部高，这跟水泥加固桩的位置有关，水泥加固桩的位置主要在中部。

图3 各孔温度垂向分布曲线

根据上述特点，可以归纳出温度曲线的分布模型，见图4。曲线分为3 段，每段大体都成直线分布，水泥土加固区的长度取决于水泥土加固范围及水泥的均匀程度。图3 中的4#孔就显得比较长，其他孔相对较短，甚至成峰状。利用3 段线形状的变化可以识别地连墙接缝可能存在的渗漏缺陷，因为渗漏处显然加快了地下水的流动，更容易扩散热量而使温度偏低，即温度异常。据此，1#孔在深度32m 和44m 附近呈现两个负异常，2#孔在33～34m 附近有负异常显示，3#孔在39m 附近负异常，4#孔在44m 附近负异常，5#孔在34m 附近负异常。

图4 温度垂向分布模型

3.4 地下水电导率测试分析

鉴于水泥土加固区地下水的流动会同时影响地下水的温度变化和水质的变化，因此也可从电导率的变化上进行分析。用高精度电导率测井仪获得的各孔地下水电导率变化曲线见图5，图中的电导率均经过了温度校正，代表25℃时的电导率值。水泥土加固区的电导率理论上应该是偏高的，因此，从识别渗漏缺陷角度看，电导率越大就意味着渗漏的可能性小，反之则可能性大。从图5 看出，1#孔在28～38m 范围存在电导率低值区，2#孔在31～36m范围存在电导率低值区，3#孔在37～44m 范围存在电导率低值区，4#孔在42m 以下呈低值，5#孔总体电导率均较大，没有明显的低值区。

图5 各孔地下水电导率垂向分布曲线

3.5 开挖验证

以上无论是相对水平流速和水平流向反映的可能渗漏点以及地下水温度和电导率所反映的异常点，都在基坑开挖深度以下，无法用肉眼直接观察到，但从基坑底面以上坑壁是否存在漏水现象可以进行间接的验证。实际开挖中坑壁十分干燥，未见任何滴水或潮湿现象。

4 结论

1）各孔所在地连墙接缝可能的渗漏点位置分布为：1#孔28～38m、2#孔28～36m、3#孔38～44m、4#孔42～44m，5#孔没有渗漏点。基坑开挖底面以上没有渗漏点且得到开挖验证。

2）综合示踪测试技术在本电力工程深基坑地下连续墙渗漏缺陷探测中间接得到了验证，建议在电力工程深基坑中进一步应用和完善。