西南岩溶地区某高速公路隧道穿越地下河水患治理措施

覃兰丽,张云良

(广西壮族自治区桂林水文工程地质勘察院，桂林　541002)



西南岩溶地区某高速公路隧道穿越地下河水患治理措施

覃兰丽,张云良

(广西壮族自治区桂林水文工程地质勘察院，桂林541002)

摘要：广西大部分地区属典型的喀斯特地貌，地下河发育。本文以西南岩溶地区某高速公路隧道穿越地下河为例，分析岩溶地下水动态特征及计算推测最大洪水位标高，提出几条经济可行的治理隧道水患的措施。

关键词：隧道；地下河；涌水

1隧道及岩溶地下河概况

隧道为分离式长隧道，全长1 070 m，左、右线纵坡均为1.9%。位于峰丛洼地地貌，区域地下水类型属裸露型岩溶水，富水性为中等。2013年11月，隧道开挖揭露该地下河，测水面距隧道开挖底板0.8 m(标高408.4 m)、水深约25 m；水清、无色无味；完全揭露后，岩溶地下河水面宽13～15 m，走向与隧道走向呈40°斜交，向右洞延伸约3.5 m，高度15～20 m，左侧溶腔向左上方50°～60°延伸，高度未探明。抽水5 h，水位未发生变化。为不影响工期，施工时采用洞渣直接回填岩溶地下河，后每隔1个月左右，回填的洞渣都会出现不同程度的沉降，最大沉降值约0.5 m；随后继续回填整平，再向下沉降、再回填，并经重载车辆、机具反复往返碾压；在大、暴雨时节，还会出现地下水上涌情况，上涌最大高度为设计路面标高以上约0.5 m，沿隧道开挖面流出时间约1～5 d。2015年7月，隧道已贯通，并做好二次衬砌，但地下河涌水问题一直未解决。拟定初步方案为平行隧道再开凿一个排水隧洞，长约700 m，但工期长，投资大。

2岩溶地下水动态特征

区域地下水动态主要受大气降雨的影响。区内岩溶地下水动态以剧变型为主。在降大、暴雨后，地表水、地下水由北向南汇入洼地；地下水位迅速上升，流量急剧增大。明流在北部洼地岩溶地下河伏流入口(S2)(图1)进入地下，穿过山体后，在东南部洼地岩溶地下河伏流出口(S1)流出，转为明流。伏流段地下水排泄比明流排泄畅通性差，导致洼地形成内涝洪淹，洼地积水，水深1～2.0 m。降雨过后，随着地下水位下降，积水消退；至枯水期水位大幅下降，流量也迅速减少；呈现地下水水位年变幅大、时空分布不均等特点。

3岩溶地下河水上涌分析

在隧道岩溶地下河被揭露而尚未被洞渣回填以前，其流向、流速、水位和流量均遵循天然状态下地下河的自然规律发育、发展。建设施工过程中，爆破岩块掉入地下河中，并用洞渣回填岩溶地下河岩溶空腔，相当于在该地下河道上(与隧道相交处)无意之中填筑了一道堆石坝，将岩溶地下河水拦挡，但因非规范化回填和碾压，其渗水、过水性能仍保留部分。通常情况下，在地下水枯水期和进入平水期内，因流量相对不大，水位较低，地下河水仍可以经渣石坝体的空隙流向下游。降雨季节和大暴雨时，流量大，水位上升，除经坝体渗流下流外，部分地下河水由隧道岩溶地下空腔向上至路面，隧道内地下河水位高低和排入隧道内流量大小等，目前主要受降雨量和降雨形式(如集中、分散)等因素决定。

图1　隧道及周围水点平面布置图

4资料分析、连通试验与测量、计算

经调查分析，隧道开挖揭露的岩溶地下河是汇水于S2～S1岩溶地下河的多条地下河中的一条。对其水位标高和流量影响较大的是隧道西、西北侧岩溶山区，尤以降雨渗入、集中经洼地汇聚岩溶地下河的影响较大。

本次于该洼地岩溶地下河流动天窗处(S4)作岩溶地下河连通试验，投入大量木屑和稻草(1～2 cm)，分别在第9 d和26 d在隧道内地下河(S3点)及S1点发现有木屑、稻草流出，从而确定S4～S3～S1为连通关系。

实地测量S1水面标高为395.78 m，S2水面标高为406.12 m。S1～S2的直线距离为650 m，S4水面标高为410.02 m，S3水面标高为409.31 m，S4至S3距离为300 m，自然状态下地下水水力坡度i=(406.12-395.78)÷650=1.6%。长期的地质地貌发展和长期的岩溶管道发育，使地下水遵循阻力最小、最畅通的排泄通道运移，这符合自然规律，也符合该地下水流场。洼地地下河流动天窗S4至隧道岩溶地下河地下水水力坡度i=(410.02-409.31)÷300=0.24%。计算的水力坡度结果与一般普通的碎石堆积坝或坝体严重渗漏水的坝前水力坡度相接近(图2)。

经实地调查并访问几位60～70岁村民，封闭岩溶洼地内有村民种植的玉米，几十年从未被水淹过，根据洼地标高及天窗内地衣和苔藓生长特点，并实地测量，确定S4最高水位标高约为Hmax=413.70 m(50 a一遇)。由此按坝前地下水水力坡度0.24%计算，得出隧道岩溶地下河最大洪水位标高为H=413.70-(300×0.002 4)=412.98 m(路面标高为409.29 m)。按自然流场水力坡度计算：隧道岩溶地下河最大洪水位标高为H=413.70-(300×0.016)=408.90 m。即在原自然状况下，隧道岩溶地下河最高地下水水位为408.90 m。说明回填堵塞隧道岩溶地下河后，形成渣石坝，造成坝前雍水，并随着降水和水渗入地下河系统，反映出降水越大，坝前水位越高，降水越集中，坝前水位也涨得越快，其雍水水头也大。隧道地下河水位被抬高了412.98-408.90=4.08 m。

图2水文计算简图

5水患治理措施

综合以上分析，建议采取措施如下：

(1) 疏通已被洞渣回填碾压堵塞的岩溶地下河通道

建议尽量疏通被堵塞的地下河通道，以利地下水畅流至下游，降低雍水程度，降低预测的隧道内地下河最大洪水水位标高，使其水位标高处于未堵填地下河前的408.90 m(计算值)至现堵填后的412.98 m之间，最大洪水位标高的大小取决于岩溶地下河通道的疏通程度；越疏通，最大洪水位标高最大值降低幅度越大；疏通程度低，降低幅度越小。

(2) 现浇钢筋混凝土盖板跨越地下河

现浇钢筋混凝土盖板跨越地下河，起到跨越地下河道空腔和防止、封闭地下河水上涌进入隧道路面的作用。

现浇混凝土盖板两端地基基础，置于完整-较完整灰岩上。钢筋混凝土盖板的抗浮问题，可以通过盖板下的抗浮锚杆基础及两侧斜拉锚杆等工程措施解决。钢筋混凝土盖板基础及两端，距离岩溶地下河稍远处，采用高压化学压力注浆封闭地下岩溶裂隙，防止地下水从盖板两端涌上路面。相应拱圈左右两侧标高413.00 m以下部分，作适当加强和防水措施，防止水位上涨时，地下河水沿洞壁渗入。

(3) 疏通伏流入口(S2)至伏流出口(S1)地下河暗流河段

疏通地下河暗流段，即岩溶地下河伏流入口(S2)至岩溶地下河出口(S1)之间岩洞或岩溶裂隙。从现场调查、访问看，伏流入口和伏流出口均为岩溶溶洞，洞口均较大，向山体延伸发育。可以依岩溶洞体实际情况，适当疏通狭窄处或爆破扩宽。达到加快水流迅速下排的目的，使上游洼地内地下水、地表水迅速经此通道排至隧道下游；并且降低周边地下河水位水头的作用，降低隧道地下河水头和减少进入隧道路面的涌水量。

6结语

本次工作时间短，任务重，隧道施工不等人，要求提供技术报告时间紧迫(时长没有跨越一个水文年)。我们着眼于现有资料并进行科学的预测，以解决工程建设过程中的实际问题，为设计、施工提供了必要的水文参数，否定了初步设计重新开凿排水隧洞的方法，而采用施工简单、方便的疏通、跨越的办法，解决了隧道水患问题，在安全的前提下，既节省了经费，又大大缩短了工期。

参考文献

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[6]袁道先，蔡桂鸿.岩溶环境学[M].重庆出版社，1988.

SEVERAL MEASURES FOR WATER PROBLEMS OF TUNNELS IN KARST AREA IN SOUTHWESTERN WHERE TUNNELS CROSSED UNDERGROUND RICERS

QIN Lan-li，ZHANG Yun-liang

(Guangxi Zhuang Autonomous Region Guilin institute of hydrological engineering and Geological Survey，China Guilin 541002,China)

Abstract:Most parts of Guangxi are covered by typical Karst,underground rivers are common.This paper, selecting a typical karst area in southwestern where tunnels crossed underground ricers, analyzed the groundwater dynamics and forecasted the highest flood level, and proposed several cost effective measures for water problems of tunnels.

Key words：tunnel；underground water； water inrush

文章编号：1006-4362(2016)02-0097-03

收稿日期：2016-01-29改回日期：2016-03-18

中图分类号：P642.25;U459.2

文献标识码：A

作者简介：覃兰丽(1980-)，女，广西来宾人，就职于广西壮族自治区桂林水文工程地质勘察院，环境工程地质专业，硕士，主要从事矿山水文地质详查、地下水资源论证、地质灾害评估等相关工作。E-mail:906670607@qq.com