罗阳高速某隧道岩溶地下水运动规律研究

王瑜琦 杨正璇 廖 攀

(中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074)

罗阳高速某隧道岩溶地下水运动规律研究

王瑜琦 杨正璇 廖 攀

(中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074)

·桥梁·隧道·

以罗阳高速鹅步岭隧道为例，在隧道区水文地质专门性测绘、物探的基础上，构建了隧道三维地质模型，利用地下水连通试验确定了地下水具体的流通路径，揭示了隧道岩溶地下水运动规律，并提出了有针对性的工程防治方案，为类似隧道岩溶水害的治理提供科学依据。

隧道，岩溶，地下水运动规律

鹅步岭隧道是罗阳高速公路阳阳段的一座长隧道，共有四个车道。鹅步岭隧道在运营期间，多次发生涌水涌泥、渗漏等病害，严重威胁隧道的安全运行。因此弄清隧道区地下水补给、径流、排泄条件，为鹅步岭隧道在运营期间防治突涌水与渗漏水提供科学依据具有重要的实际意义。

1 区域地质背景

鹅步岭隧道位于构造剥蚀低山地貌，地形较陡峭。隧道区褶皱与断裂构造发育，方向以北东向～北东东为主。泥盆系中下统桂头群(D1-2gt)紫红色砂岩与页岩互层、泥盆系上统天子岭组(D3t)灰黑色灰岩、泥灰岩与第四系残坡积层(Qel+dl)为鹅步岭隧道区主要地层，见图1。

隧道区近东西向的分水岭，将整个鹅步岭隧道区分为两个汇水区，分别是北汇水区、南汇水区。就对隧道地下水的影响而言，南汇水区的地表水对隧道影响更大，其主要是通过断层WF1,WF2导水产生对隧道的影响。

2 地下水连通试验

目前，鹅步岭隧道区地下水以隧道内部及两侧排水沟为排泄点，但地下水具体的流动途径仍不是十分清楚，需要更深入的了解。

地下水连通试验是为测定不同区域地下水之间的水力联系而进行的示踪试验[1]。本次连通试验采用的示踪剂为荧光素钠和罗丹明，监测仪器为加拿大生产的野外荧光分光光度计[2]。试验共设置了10个投放点和9个接收点，分别在隧道左右两端开展。

2.1 投放点与接收点的选择

通过分析前期地勘与试验资料，并对隧道区详细地质调查分析，我们可知：隧道顶部为分水岭，雨季地表径流流量大、流速快，可以排除远程地下水补给的可能。雨季地表径流发育，降雨多形成坡向流，因此我们最终在隧道顶部选择了10个投放点与9个接收点。隧道南段为灰岩，灰岩为含水层，隧道区主要的塌陷和漏洞都在此处，所以在隧道南段设置10个投放点，并布设5个接收点，以了解地下水的流动途径。隧道北段为砂岩，相对于灰岩，砂岩为隔水层，理论上没有较大流量的地下水，且区域内没有明显塌陷或漏洞，所以没有在此设投放点，但仍设了4个接收点进行取样，以了解南段投放点的水是否流到此处。

2.2 试验方案

鹅步岭隧道的地下水连通试验分两次五组相互独立进行，两次试验均选在大雨天开展。第一次在2015年9月16日～2015年9月19日，进行了试验一及试验二，共计两组试验；第二次在2015年10月5日～2015年10月8日，进行了试验三、试验四及试验五，共计三组试验。

2.3 试验结果与分析

各接收点情况如下(见图2)：

第一次主要是在隧道进口段右塌陷区投放示踪剂，共分两批次投放4个点，其中TF-01和TF-03投放的药剂是荧光素钠，TF-02和TF-04投放的药剂是罗丹明。各监测点接收情况是：第一批次实验JS-01，JS-02无反应，未检出药剂，JS-03点检测到荧光素钠，JS-04，JS-09均未检测出药剂；第二批次实验JS-01，JS-02无反应，JS-03点检测到荧光素钠和罗丹明，JS-04点检测到荧光素钠，JS-09未检测出药剂。从以上分析可知，隧道右侧的6号、7号、8号、9号、10号沟的水主要在隧道右侧流出。隧道另一端的JS-05，JS-06，JS-07，JS-08点均无明显反应，未检测出荧光素钠或罗丹明，可以判断右塌陷区的水没有流到隧道北段。

第二次共分三批次投放6个点，主要是在隧道进口段左塌陷区和中塌陷区，同时在隧道右塌陷区有一投放点TF-05。其中TF-05，TF-07，TF-09投放的药剂是荧光素钠，TF-06，TF-08和TF-10投放的是罗丹明。各监测点接收情况是：第三批次实验JS-02点检测到罗丹明，JS-03同时检测到荧光素钠和罗丹明，其余各接收点均未检测出药剂；第四批次实验JS-01，JS-02点检测到荧光素钠，JS-04点检测到罗丹明，其余各接收点均未检测出药剂；第五批次实验JS-01，JS-02点同时检测到了荧光素钠、罗丹明，其余各接收点均未检测出药剂。

可以判断本塌陷区内水均未流入隧道北段，左塌陷区主要流入隧道左线，中塌陷区流入隧道两线，右塌陷区主要流入隧道右线。JS-09点位于右侧隧道内，五次试验均未检测出药剂，猜测其与本次地质调查区域内塌陷点关系不大，主要受灰岩裂隙水影响。

3 结论

3.1 隧道区地下水运动规律

1)本次地质调查的塌陷点主要处于灰岩上部深厚第四系残坡积土体上，地下水主要径流路径在第四系残坡积土体与灰岩交界面处。

2)按照隧道左右两侧两条截水沟及3条山脊将隧道进口病害段顶部划分为A～F共6块汇水区及隧道进口段左、中、右3块塌陷区。隧道顶部的不同塌陷区，面积大小不同、汇水区域不同，地表水、地下水的去向也不一样。结合此次试验及前人研究成果，本处隧道进口段地下水总体由北向南方向流入隧道，其中隧道右塌陷区(TF-01～TF-05)的地下水在隧道右线JS-03，JS-04点一带汇集排泄；隧道中塌陷区(TF-06，TF-08，TF-10)的地下水则在隧道进口段两侧均有流出；隧道左侧(TF-07，TF-09)的地下水则在隧道左线JS-01，JS-02点处区域汇集排泄。

3)JS-09接收点涌水量较稳定，未接收到药剂，其地下水来源并非本次地质调查所发现的塌陷点，主要是灰岩、砂岩接触断裂带裂隙水或灰岩含水层裂隙水。

4)本次地质调查的塌陷点到JS-01～JS-04接收点的地下水流动是与降雨量相关的渗流模式，而JS-09接收点是与基岩含水层水量相关的渗流模式，所以相应的处理方式也不同。

3.2 隧道病害区防治方法与原则

对隧道区内的塌陷进行封堵是针对由降雨地表水补给引起的隧道渗漏水最简便有效的防治方法。因此应采用以封堵为主，疏导排泄为辅的方式对隧道塌陷区进行处理[3,4]。

3.3 建议

1)在隧道进口段顶部塌陷区后缘沿地形修建一条截排水沟，与隧道左右两侧排水沟连通，主要截断山顶汇流的地表水并排泄到隧道两侧的排水沟内，防止隧道上方岩土体地表水通过塌陷区域下渗入隧道。

2)左塌陷区汇水面积不大，汇水量主要与降雨相关，可保持现状，无需处理；中塌陷区汇水量中等，对塌陷点主要采用碎石土充填夯实与注浆加固相结合的方法进行处理；右塌陷区汇水量大，塌陷点多，地表防治工程易受损，除了对塌陷点采用碎石土充填夯实与注浆加固外，需要再加设一道截水沟和两道排水沟以保证地表截排水措施效果。

[1] 朱学愚，钱孝星．地下水水文学[M]．北京:中国环境科学出版社，2005:55-102．

[2] 刘兴云，曾昭建．地下水多元示踪试验在岩溶地区的应用[J]．岩土工程技术，2006，20(2):67-70．

[3] 吕康成．隧道与地下工程防排水指南[M]．北京:人民交通出版社,2012:39-77.

[4] 张庆贺,廖少明,胡向东．隧道与地下工程灾害防护[M]．北京:人民交通出版社,2009:53-93.

Thekarst-groundwatermovementruleresearchinatunnelofLuoding-Yangjianghighway

WangYuqiYangZhengxuanLiaoPan

(EngineeringCollege,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China)

The paper revealed the karst-groundwater movement rule of Ebuling tunnel of Luoding-Yangjiang highway. The method is according to hydrogeology specialized surveying and mapping, geophysical prospecting to build the tunnel 3D geological model, then doing groundwater connectivity test to determine the specific groundwater flow paths. Targeted prevention and treatment measures are followed. The conclusion provides a scientific basis for the management of the similar tunnel karst water disasters.

tunnel, karst, groundwater movement rule

2017-10-27

王瑜琦(1994- )，男，在读硕士

1009-6825(2017)35-0166-02

U453.61

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