西南巖溶地區(qū)某高速公路隧道穿越地下河水患治理措施

覃蘭麗,張云良

(廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質勘察院，桂林　541002)

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西南巖溶地區(qū)某高速公路隧道穿越地下河水患治理措施

覃蘭麗,張云良

(廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質勘察院，桂林541002)

摘要：廣西大部分地區(qū)屬典型的喀斯特地貌，地下河發(fā)育。本文以西南巖溶地區(qū)某高速公路隧道穿越地下河為例，分析巖溶地下水動態(tài)特征及計算推測最大洪水位標高，提出幾條經(jīng)濟可行的治理隧道水患的措施。

關鍵詞：隧道；地下河；涌水

1隧道及巖溶地下河概況

隧道為分離式長隧道，全長1 070 m，左、右線縱坡均為1.9%。位于峰叢洼地地貌，區(qū)域地下水類型屬裸露型巖溶水，富水性為中等。2013年11月，隧道開挖揭露該地下河，測水面距隧道開挖底板0.8 m(標高408.4 m)、水深約25 m；水清、無色無味；完全揭露后，巖溶地下河水面寬13～15 m，走向與隧道走向呈40°斜交，向右洞延伸約3.5 m，高度15～20 m，左側溶腔向左上方50°～60°延伸，高度未探明。抽水5 h，水位未發(fā)生變化。為不影響工期，施工時采用洞渣直接回填巖溶地下河，后每隔1個月左右，回填的洞渣都會出現(xiàn)不同程度的沉降，最大沉降值約0.5 m；隨后繼續(xù)回填整平，再向下沉降、再回填，并經(jīng)重載車輛、機具反復往返碾壓；在大、暴雨時節(jié)，還會出現(xiàn)地下水上涌情況，上涌最大高度為設計路面標高以上約0.5 m，沿隧道開挖面流出時間約1～5 d。2015年7月，隧道已貫通，并做好二次襯砌，但地下河涌水問題一直未解決。擬定初步方案為平行隧道再開鑿一個排水隧洞，長約700 m，但工期長，投資大。

2巖溶地下水動態(tài)特征

區(qū)域地下水動態(tài)主要受大氣降雨的影響。區(qū)內巖溶地下水動態(tài)以劇變型為主。在降大、暴雨后，地表水、地下水由北向南匯入洼地；地下水位迅速上升，流量急劇增大。明流在北部洼地巖溶地下河伏流入口(S2)(圖1)進入地下，穿過山體后，在東南部洼地巖溶地下河伏流出口(S1)流出，轉為明流。伏流段地下水排泄比明流排泄暢通性差，導致洼地形成內澇洪淹，洼地積水，水深1～2.0 m。降雨過后，隨著地下水位下降，積水消退；至枯水期水位大幅下降，流量也迅速減少；呈現(xiàn)地下水水位年變幅大、時空分布不均等特點。

3巖溶地下河水上涌分析

在隧道巖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狀態(tài)下地下河的自然規(guī)律發(fā)育、發(fā)展。建設施工過程中，爆破巖塊掉入地下河中，并用洞渣回填巖溶地下河巖溶空腔，相當于在該地下河道上(與隧道相交處)無意之中填筑了一道堆石壩，將巖溶地下河水攔擋，但因非規(guī)范化回填和碾壓，其滲水、過水性能仍保留部分。通常情況下，在地下水枯水期和進入平水期內，因流量相對不大，水位較低，地下河水仍可以經(jīng)渣石壩體的空隙流向下游。降雨季節(jié)和大暴雨時，流量大，水位上升，除經(jīng)壩體滲流下流外，部分地下河水由隧道巖溶地下空腔向上至路面，隧道內地下河水位高低和排入隧道內流量大小等，目前主要受降雨量和降雨形式(如集中、分散)等因素決定。

圖1　隧道及周圍水點平面布置圖

4資料分析、連通試驗與測量、計算

經(jīng)調查分析，隧道開挖揭露的巖溶地下河是匯水于S2～S1巖溶地下河的多條地下河中的一條。對其水位標高和流量影響較大的是隧道西、西北側巖溶山區(qū)，尤以降雨滲入、集中經(jīng)洼地匯聚巖溶地下河的影響較大。

本次于該洼地巖溶地下河流動天窗處(S4)作巖溶地下河連通試驗，投入大量木屑和稻草(1～2 cm)，分別在第9 d和26 d在隧道內地下河(S3點)及S1點發(fā)現(xiàn)有木屑、稻草流出，從而確定S4～S3～S1為連通關系。

實地測量S1水面標高為395.78 m，S2水面標高為406.12 m。S1～S2的直線距離為650 m，S4水面標高為410.02 m，S3水面標高為409.31 m，S4至S3距離為300 m，自然狀態(tài)下地下水水力坡度i=(406.12-395.78)÷650=1.6%。長期的地質地貌發(fā)展和長期的巖溶管道發(fā)育，使地下水遵循阻力最小、最暢通的排泄通道運移，這符合自然規(guī)律，也符合該地下水流場。洼地地下河流動天窗S4至隧道巖溶地下河地下水水力坡度i=(410.02-409.31)÷300=0.24%。計算的水力坡度結果與一般普通的碎石堆積壩或壩體嚴重滲漏水的壩前水力坡度相接近(圖2)。

經(jīng)實地調查并訪問幾位60～70歲村民，封閉巖溶洼地內有村民種植的玉米，幾十年從未被水淹過，根據(jù)洼地標高及天窗內地衣和苔蘚生長特點，并實地測量，確定S4最高水位標高約為Hmax=413.70 m(50 a一遇)。由此按壩前地下水水力坡度0.24%計算，得出隧道巖溶地下河最大洪水位標高為H=413.70-(300×0.002 4)=412.98 m(路面標高為409.29 m)。按自然流場水力坡度計算：隧道巖溶地下河最大洪水位標高為H=413.70-(300×0.016)=408.90 m。即在原自然狀況下，隧道巖溶地下河最高地下水水位為408.90 m。說明回填堵塞隧道巖溶地下河后，形成渣石壩，造成壩前雍水，并隨著降水和水滲入地下河系統(tǒng)，反映出降水越大，壩前水位越高，降水越集中，壩前水位也漲得越快，其雍水水頭也大。隧道地下河水位被抬高了412.98-408.90=4.08 m。

圖2水文計算簡圖

5水患治理措施

綜合以上分析，建議采取措施如下：

(1) 疏通已被洞渣回填碾壓堵塞的巖溶地下河通道

建議盡量疏通被堵塞的地下河通道，以利地下水暢流至下游，降低雍水程度，降低預測的隧道內地下河最大洪水水位標高，使其水位標高處于未堵填地下河前的408.90 m(計算值)至現(xiàn)堵填后的412.98 m之間，最大洪水位標高的大小取決于巖溶地下河通道的疏通程度；越疏通，最大洪水位標高最大值降低幅度越大；疏通程度低，降低幅度越小。

(2) 現(xiàn)澆鋼筋混凝土蓋板跨越地下河

現(xiàn)澆鋼筋混凝土蓋板跨越地下河，起到跨越地下河道空腔和防止、封閉地下河水上涌進入隧道路面的作用。

現(xiàn)澆混凝土蓋板兩端地基基礎，置于完整-較完整灰?guī)r上。鋼筋混凝土蓋板的抗浮問題，可以通過蓋板下的抗浮錨桿基礎及兩側斜拉錨桿等工程措施解決。鋼筋混凝土蓋板基礎及兩端，距離巖溶地下河稍遠處，采用高壓化學壓力注漿封閉地下巖溶裂隙，防止地下水從蓋板兩端涌上路面。相應拱圈左右兩側標高413.00 m以下部分，作適當加強和防水措施，防止水位上漲時，地下河水沿洞壁滲入。

(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，即巖溶地下河伏流入口(S2)至巖溶地下河出口(S1)之間巖洞或巖溶裂隙。從現(xiàn)場調查、訪問看，伏流入口和伏流出口均為巖溶溶洞，洞口均較大，向山體延伸發(fā)育?？梢砸缼r溶洞體實際情況，適當疏通狹窄處或爆破擴寬。達到加快水流迅速下排的目的，使上游洼地內地下水、地表水迅速經(jīng)此通道排至隧道下游；并且降低周邊地下河水位水頭的作用，降低隧道地下河水頭和減少進入隧道路面的涌水量。

6結語

本次工作時間短，任務重，隧道施工不等人，要求提供技術報告時間緊迫(時長沒有跨越一個水文年)。我們著眼于現(xiàn)有資料并進行科學的預測，以解決工程建設過程中的實際問題，為設計、施工提供了必要的水文參數(shù)，否定了初步設計重新開鑿排水隧洞的方法，而采用施工簡單、方便的疏通、跨越的辦法，解決了隧道水患問題，在安全的前提下，既節(jié)省了經(jīng)費，又大大縮短了工期。

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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

文章編號：1006-4362(2016)02-0097-03

收稿日期：2016-01-29改回日期：2016-03-18

中圖分類號：P642.25;U459.2

文獻標識碼：A

作者簡介：覃蘭麗(1980-)，女，廣西來賓人，就職于廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質勘察院，環(huán)境工程地質專業(yè)，碩士，主要從事礦山水文地質詳查、地下水資源論證、地質災害評估等相關工作。E-mail:906670607@qq.com