綜合示蹤法在地連墻滲漏探測(cè)中的應(yīng)用

于 唯，蔡可慶，吳學(xué)銀

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇 南京 210098；2.江蘇科能巖土工程有限公司，江蘇 南京 211102）

我國(guó)應(yīng)用示蹤技術(shù)解決工程問(wèn)題或科學(xué)問(wèn)題歷史悠久，早期只是單一的示蹤，如水文地質(zhì)方面的連通試驗(yàn)，從使用一種示蹤劑的單元示蹤試驗(yàn)到同時(shí)投放多種不同示蹤劑的多元示蹤試驗(yàn)[1-3]。綜合示蹤技術(shù)是采用包括連通試驗(yàn)在內(nèi)的多種示蹤方法對(duì)工程問(wèn)題或科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行綜合論證的一種方法，從20 世紀(jì)80 年代以來(lái)廣泛使用，包括天然示蹤和人工示蹤，天然示蹤包括環(huán)境同位素示蹤、環(huán)境水的物理化學(xué)要素示蹤，人工示蹤包括地下水的流速和流向測(cè)試等。長(zhǎng)期以來(lái)綜合示蹤技術(shù)更多用來(lái)解決與堤壩有關(guān)的滲流或滲漏問(wèn)題[4-7]，實(shí)際上對(duì)于在包括地下連續(xù)墻在內(nèi)的很多工程涉漏問(wèn)題都有很好的解決方案。

1 示蹤分析技術(shù)原理

1.1 地下水水平流速

利用單孔稀釋法可以在一個(gè)孔內(nèi)直接測(cè)得任意深度地下水的水平流速[8]，當(dāng)獲得不同深度上的流速曲線后就可判斷滲漏的可能位置。計(jì)算公式如下。

其中：Vf為水平向滲流速度（m/d）；r1為濾水管半徑（m）；r0為探頭半徑（m）；α為流場(chǎng)畸變因子（無(wú)量綱）；Ct為t時(shí)刻的示蹤劑濃度（μg/L）；Cb為示蹤劑本底濃度（μg/L）；C0為示蹤劑初始濃度（μg/L）；t為示蹤劑濃度從C0變化到Ct所需的時(shí)間（d）。

式（1）的使用必須滿足以下條件：①所選用的示蹤劑在地下水環(huán)境中沒(méi)有，或小得幾乎可以忽略不計(jì)，即式中的Cb項(xiàng)可以去掉；②示蹤劑的投放量必須是微量，這樣就可以忽略示蹤劑分子擴(kuò)散所造成的“假流速”；③孔中沒(méi)有垂向流，這也是為了忽略因垂向流導(dǎo)致的水平向“假流速”。

滿足了前提條件后計(jì)算得到的滲流速度代表的是流速的絕對(duì)值，不滿足前提條件但示蹤投放達(dá)到完全均勻的情況下，計(jì)算得到的流速只是相對(duì)流速，因?yàn)槠渲邪朔肿訑U(kuò)散和垂向流的影響。如果示蹤劑投放不均勻，那么計(jì)算得到的流速?zèng)]有任何實(shí)際意義。

1.2 地下水水平流向

滲漏部位周圍的滲流場(chǎng)不同于正常的自然流場(chǎng)，體現(xiàn)在周圍的地下水都向滲漏處流動(dòng)，周圍地下水的流向都指向滲漏處。因此通過(guò)流向的測(cè)量就可以判斷滲漏部位的方向。地下水水平流向的獲得采用了“力學(xué)合成原理”，即在示蹤測(cè)試孔的同個(gè)深度截面上同時(shí)獲得孔內(nèi)6～8 個(gè)不同方向的示蹤劑濃度，即可合成地下水的流動(dòng)方向[9]。

1.3 地下水溫度

天然條件下的地下水，無(wú)論動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，其溫度分布有其固有的空間分布規(guī)律的，尤其是垂向分布規(guī)律。在此背景下，如果工程活動(dòng)造成工程本身存在滲漏缺陷，那么在滲漏缺陷處地下水的溫度分布將出現(xiàn)異常，利用溫度異常就可以分析判斷滲漏的具體位置。溫度在垂向分布曲線上可以呈現(xiàn)正異常，也可以呈現(xiàn)負(fù)異常，這既跟季節(jié)有關(guān)，也跟具體工程活動(dòng)有關(guān)，要結(jié)合具體問(wèn)題具體分析。

1.4 地下水電導(dǎo)率

天然地下水的各種化學(xué)成分在徑流過(guò)程中是動(dòng)態(tài)變化的，受水文、氣象、巖性、構(gòu)造等因素的綜合影響。工程活動(dòng)區(qū)域的地下水水質(zhì)還受工程影響，如混凝土材料與天然地下水的相互作用（腐蝕）、因防滲結(jié)構(gòu)體的滲漏改變了流場(chǎng)而改變水質(zhì)等。也就是說(shuō)工程活動(dòng)區(qū)域地下水水質(zhì)的明顯異常變化是可以用來(lái)分析判斷防滲結(jié)構(gòu)體的滲漏缺陷的。

地下水的電導(dǎo)率實(shí)際是地下水總?cè)芙夤腆w（礦化度）的反映，在同一個(gè)地下水流系統(tǒng)中，電導(dǎo)率與總?cè)芙夤腆w呈正相關(guān)關(guān)系。因此在工程滲漏分析上，可以用電導(dǎo)率代替總?cè)芙夤腆w使用。

2 電力工程地下連續(xù)墻概況

某220kV 線路工程盾構(gòu)始發(fā)井地下連續(xù)墻外徑尺寸18.4m×10.4m，開(kāi)挖深度25.49m。支護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻加6 層內(nèi)支撐為支護(hù)結(jié)構(gòu)型式，地下連續(xù)墻墻深49.5m，墻厚1m，墻段12幅。地連墻墻段間接縫采用H 型鋼接頭，坑內(nèi)底部采用三軸攪拌樁加固，坑外側(cè)采用高壓旋噴樁進(jìn)行接縫止水，高壓旋噴樁的設(shè)計(jì)半徑為1.1m。

為檢驗(yàn)墻段接縫是否存在滲漏，對(duì)其中的5條接縫采用了綜合示蹤分析技術(shù)進(jìn)行分析，見(jiàn)圖1。示蹤測(cè)試孔深50m，孔內(nèi)安裝了濾水管，濾水管內(nèi)徑60mm。

圖1 示蹤探測(cè)孔平面位置示意圖

3 綜合示蹤分析

3.1 相對(duì)水平流速測(cè)試分析

采用食鹽示蹤劑不符合單孔稀釋理論的前提條件，因此只能對(duì)5 個(gè)示蹤測(cè)試孔進(jìn)行相對(duì)水平流速的分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

相對(duì)流速既可以孔內(nèi)不同深度上的水平流速相比較，也可以不同孔之間的水平流速相比較，主要看食鹽示蹤劑投放的相對(duì)量。在該測(cè)試中考慮了食鹽的相對(duì)投放量，各孔之間的水平流速有一定的相對(duì)比較性。從圖2 可以看出，5#的流速是最小的，2#流速最大。從單孔內(nèi)的流速比較看，1#在32m 深處流速最大，2#在28m 深處流速最大，3#孔在39m 深處流速最大，4#孔在44m 深處流速最大，5#孔沒(méi)有明顯的峰值。

3.2 水平流向測(cè)試分析

鑒于上述各孔相對(duì)水平流速的情況，對(duì)1～4#做了響應(yīng)深度的地下水水平流向，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各孔測(cè)點(diǎn)水平流向

如果各孔附近MJS 高壓旋噴樁所對(duì)應(yīng)的連續(xù)墻接縫存在滲漏，各孔的地下水就應(yīng)該向接縫處流動(dòng)，因此各孔合理的流向方位角應(yīng)該是1#孔50～140°之間，2～4#孔140～230°之間。從表1 看，2～4#孔的流向是合理的，但1#孔的流向偏離較大，基本向相反方向流動(dòng)，這意味著1#孔的西側(cè)接縫可能存在更大的滲漏缺陷。

3.3 地下水溫度測(cè)試分析

采用精度0.1℃、分辨率0.01℃的高精度溫度測(cè)井儀進(jìn)行各孔地下水溫度測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)圖3。地下水溫度曲線有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是溫度普遍偏高，有的遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)販\層地下水的溫度，這源于防滲加固中所用水泥的水化造成；二是溫度在淺部和深部低、中部高，這跟水泥加固樁的位置有關(guān)，水泥加固樁的位置主要在中部。

圖3 各孔溫度垂向分布曲線

根據(jù)上述特點(diǎn)，可以歸納出溫度曲線的分布模型，見(jiàn)圖4。曲線分為3 段，每段大體都成直線分布，水泥土加固區(qū)的長(zhǎng)度取決于水泥土加固范圍及水泥的均勻程度。圖3 中的4#孔就顯得比較長(zhǎng)，其他孔相對(duì)較短，甚至成峰狀。利用3 段線形狀的變化可以識(shí)別地連墻接縫可能存在的滲漏缺陷，因?yàn)闈B漏處顯然加快了地下水的流動(dòng)，更容易擴(kuò)散熱量而使溫度偏低，即溫度異常。據(jù)此，1#孔在深度32m 和44m 附近呈現(xiàn)兩個(gè)負(fù)異常，2#孔在33～34m 附近有負(fù)異常顯示，3#孔在39m 附近負(fù)異常，4#孔在44m 附近負(fù)異常，5#孔在34m 附近負(fù)異常。

圖4 溫度垂向分布模型

3.4 地下水電導(dǎo)率測(cè)試分析

鑒于水泥土加固區(qū)地下水的流動(dòng)會(huì)同時(shí)影響地下水的溫度變化和水質(zhì)的變化，因此也可從電導(dǎo)率的變化上進(jìn)行分析。用高精度電導(dǎo)率測(cè)井儀獲得的各孔地下水電導(dǎo)率變化曲線見(jiàn)圖5，圖中的電導(dǎo)率均經(jīng)過(guò)了溫度校正，代表25℃時(shí)的電導(dǎo)率值。水泥土加固區(qū)的電導(dǎo)率理論上應(yīng)該是偏高的，因此，從識(shí)別滲漏缺陷角度看，電導(dǎo)率越大就意味著滲漏的可能性小，反之則可能性大。從圖5 看出，1#孔在28～38m 范圍存在電導(dǎo)率低值區(qū)，2#孔在31～36m范圍存在電導(dǎo)率低值區(qū)，3#孔在37～44m 范圍存在電導(dǎo)率低值區(qū)，4#孔在42m 以下呈低值，5#孔總體電導(dǎo)率均較大，沒(méi)有明顯的低值區(qū)。

圖5 各孔地下水電導(dǎo)率垂向分布曲線

3.5 開(kāi)挖驗(yàn)證

以上無(wú)論是相對(duì)水平流速和水平流向反映的可能滲漏點(diǎn)以及地下水溫度和電導(dǎo)率所反映的異常點(diǎn)，都在基坑開(kāi)挖深度以下，無(wú)法用肉眼直接觀察到，但從基坑底面以上坑壁是否存在漏水現(xiàn)象可以進(jìn)行間接的驗(yàn)證。實(shí)際開(kāi)挖中坑壁十分干燥，未見(jiàn)任何滴水或潮濕現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）各孔所在地連墻接縫可能的滲漏點(diǎn)位置分布為：1#孔28～38m、2#孔28～36m、3#孔38～44m、4#孔42～44m，5#孔沒(méi)有滲漏點(diǎn)?；娱_(kāi)挖底面以上沒(méi)有滲漏點(diǎn)且得到開(kāi)挖驗(yàn)證。

2）綜合示蹤測(cè)試技術(shù)在本電力工程深基坑地下連續(xù)墻滲漏缺陷探測(cè)中間接得到了驗(yàn)證，建議在電力工程深基坑中進(jìn)一步應(yīng)用和完善。