大型水封式洞庫地下水監(jiān)測技術

羅治軍

（中鐵隧道局集團有限公司，廣東 廣州 511458）

水封洞庫的研究領域中信息化管理是重要一環(huán)。通過基于圍巖穩(wěn)定和地下水穩(wěn)定的動態(tài)施工信息收集的研究，形成完善的水封洞庫信息化施工的理論。提出對地下水分布及運移條件變化的監(jiān)控，與常規(guī)的監(jiān)控量測項目共同判斷現(xiàn)場施工條件是否可行，本文就其中地下水水位和水質監(jiān)測方面的一些做法進行一些總結。

1 工程概況

煙臺LPG水封洞庫工程范圍為3個主洞庫（丁烷、LPG、丙烷）及其連接巷道、交通巷道和水幕巷道。主洞庫及其連接巷道長度約2 700 m，水幕巷道長度約2 500 m，交通巷道長度約2 200 m。

項目位于煙臺市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)臨港化學工業(yè)園，北側為煙臺西港區(qū)，南距G206國道約2 km，西臨九曲河，洞庫位于工業(yè)園地下。周邊多為民房，無大型建筑物。工程處于海陸銜接地帶，屬剝蝕堆積地貌～山谷洪積平原地貌的過渡段，地勢總體起伏不大，地面標高為海拔基本在30 m以下。

庫址區(qū)內含水介質主要為第四系覆蓋層以及燕山早期中粗粒黑云母二長花崗巖。地下水的主要存在類型有四種。其一，賦存于第四系松散覆蓋層中松散巖類孔隙水，其二，存儲于燕山早期中粗粒黑云母二長花崗巖的淺層風化網(wǎng)狀裂隙水，其三，賦存于中風化帶中深部及其以下的巖體中的深層脈狀裂隙水，其四，分布在庫址區(qū)東北部的碳酸鹽類巖溶裂隙水。地下水主要接受大氣降水垂直入滲和側向山區(qū)地下水兩種補給方式，由東西兩側山區(qū)向中部九曲河徑流，最后排向黃海，黃海亦為本區(qū)域的最低排泄面。

2 地下水監(jiān)測的實施

按照監(jiān)測總體方案中的地下水位監(jiān)控點布置方式，結合水位監(jiān)測孔平面位置的設計布設資料，在施工前和施工過程中地表共鉆設了53個地下水位監(jiān)測點（見圖1），利用水位一管和鋼尺水位計，配合水準測量，確定地下水位高程，通過水位管內水面高程的變化，以確定并及時掌握施工期間地下水水位的變化情況，避免洞庫區(qū)域地下水位遭受破壞。實際外業(yè)監(jiān)測過程中，曾發(fā)現(xiàn)個別鉆孔的水位在洞庫施工過程中受到嚴重影響，部分孔位打穿透空，部分孔位由于地面施工影響造成破壞而封堵或重新修復。類似情況鉆孔均實行24 h不間斷監(jiān)測。

與此同時，對洞內施工過程中的涌水量也要進行測量，結合地表監(jiān)測孔水位變化，全面掌握水位變化情況。

3 監(jiān)測成果與分析

3.1 地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總及統(tǒng)計分析

自2011年7月洞庫開工起，按照1次/d的頻率對庫址區(qū)所有鉆孔內地下水水位進行長期測量，對水位變化較大的鉆孔增大測量頻率，直至水位趨于穩(wěn)定。根據(jù)監(jiān)測成果，定期繪制庫址區(qū)水位等值線圖如圖1所示，水位監(jiān)測成果圖如圖2所示

圖1 地下水位監(jiān)測點位和高程等值線圖

圖2 2012年地下水水位監(jiān)測成果

3.1.1 地下水位未受施工影響的自然波動

根據(jù)前期勘察成果，庫址區(qū)地下水位施工前受降水、蒸發(fā)和開采條件等因素的影響。年平均變幅達2～3 m，一般在3月底為最低值，9月底達到最高。

根據(jù)已有監(jiān)測成果，由圖1、圖2可知，部分鉆孔庫址區(qū)未受施工及影響區(qū)域波動，地下水位自然動態(tài)變化與前期勘察成果基本一致。

3.1.2 地下水位受洞庫開挖影響發(fā)生變化

通過2011年6月～2012年3月間對庫址區(qū)鉆孔地下水位的連續(xù)監(jiān)測，煙臺萬華液化烴地下水封洞庫交通巷道（包括明槽段）地下水位除隨季節(jié)發(fā)生自然波動外，庫址區(qū)在施工期間，交通巷道已施工段沿線的ZK21、ZK16、ZK33、ZK06、ZK12、ZK34、ZK15、ZK09、ZK19、ZK04、ZK08、ZK22等12個鉆孔內地下水位受地下洞室開挖影響，均產(chǎn)生較大程度的下降，根據(jù)水位下降的程度和下降類型可將其分為兩大類：

（1）其中，ZK34、ZK15、ZK09、ZK19、ZK04、ZK08、ZK22等7個鉆孔內地下水位自2011年6月監(jiān)測開始至交通巷道開挖施工結束，除個別短暫期內有小范圍波動外，大部分時間呈現(xiàn)平穩(wěn)下降趨勢，總下降深度（垂直深度）小于5.0 m。

此7個鉆孔成孔時間在9月份，成孔時正處于庫址區(qū)地下水位最高月份，自9月份至次年3月份，該區(qū)域地下水位一直呈現(xiàn)平緩下降趨勢，同時在該段時間，交通巷道進行了開挖，這7個鉆孔均處于交通巷道沿線附近，交通巷道開挖過程中，交通巷道內地下水大量流失，造成附近區(qū)域地下水位平緩下降。

其中，ZK19鉆孔在2011年10月15日～11月5日間發(fā)生陡降，該次陡降主要是由于該段時間，在ZK18鉆孔附近的PS1抽水系統(tǒng)進行了為期一周的抽水試驗，該試驗過程中，大量抽取地下水位，而ZK19為斜孔，距離抽水試驗鉆孔最近。

（2）ZK21、ZK16、ZK3、ZK06、ZK12等5個鉆孔內地下水位，在一段觀測期內呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，但均存在突然下降的狀況，總下降深度大于5.0 m，這與相應區(qū)段內施工期發(fā)生突水有關。在采取相應封堵措施后，水位開始保持穩(wěn)定。

3.2 地下水水質監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總及分析

選取2013年6月下旬對洞庫內特定斷面處涌出水進行的地下水水質的監(jiān)測，水質監(jiān)測報告數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 水質檢測報告單

根據(jù)施工期間水質監(jiān)測成果，煙臺萬華液化烴地下水封洞庫實際開挖揭露的地下水水質情況按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）（2009版）有關規(guī)定評價如下。

3.2.1 按環(huán)境類型

依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）附錄G，本場地位于山東省煙臺市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，緊鄰黃海，屬濕潤區(qū)（干燥度指數(shù)K＜1.5），環(huán)境類型為Ⅱ類。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）（2009版）表12.2.1，本場地地下水對混凝土結構具微腐蝕性。

3.2.2 按地層滲透性

本場地地層的滲透性為B類，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）表12.2.2，本場地地下水對混凝土結構具微腐蝕性。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）表12.2.4，本場地地下水在干濕交替條件下地下水對鋼筋砼結構中鋼筋具中等腐蝕性，在長期浸水條件下地下水對鋼筋砼結構中鋼筋具微腐蝕性。

4 結論及建議

水位監(jiān)測：（1）根據(jù)鉆孔內地下水位長期監(jiān)測結果，庫址區(qū)地下水位埋深0.00～21.96 m，水位高程變化趨勢與地形基本一致。同時受工程開挖影響，庫址區(qū)地下水整體徑流方向自東向西、自東北向西南；自丙烷洞庫、LPG洞庫向交通巷道及明槽所在位置、自丁烷洞庫向交通巷道沿線及明槽方向徑流。

（2）庫址區(qū)未受交通巷道開挖影響區(qū)域鉆孔地下水位隨季節(jié)、降雨變化明顯，一般在8～9月底地下水位達到最高，在3月底達到最低。最大變化幅度2.3 m。交通巷道施工過程中，洞室開挖造成了交通巷道周邊場地內地下水位出現(xiàn)不同程度的下降。鉆孔內地下水下降最大的為ZK23鉆孔，該鉆孔內地下水已與交通巷道連通，水位降至交通巷道底板高程處。

（3）交通巷道施工開挖造成了沿交通巷道周邊鉆孔內地下水位普遍下降，通過注漿封堵，避免了地下水位大幅度下降。因此，在地下洞庫開挖過程中，建議加強超前地質鉆探工作，預測未開挖段圍巖涌水量，對圍巖涌水量較大位置盡可能采用超前注漿方式封堵。

水質監(jiān)測：總體來說，地下水封洞庫場地地下水對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋砼結構中鋼筋具微腐蝕性，地下水腐蝕性無異常，與前期勘察成果一致。建議后期的工程建設中，根據(jù)LPG地下水封洞庫建設的特點，增加對水幕供水水質中微生物含量的水質監(jiān)測工作。同時針對混凝土的耐腐蝕性應通過設計及施工手段加以應對，避免造成鋼筋的銹蝕降低混凝土性能和耐久性。