在役公路隧道涌水突泥與滲漏水成因分析及處治對策

林海山，劉少明,2，王辰晨，朱明波

（1.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420；2.廣東交科檢測有限公司，廣東 廣州 510550）

1 引言

隨著我國隧道建設規模的不斷擴大，隧道施工期或運營期發生涌水突泥災害已屢見不鮮，如陳俊武等[1]對九頂山隧道施工中發生特大涌水突泥事故進行綜合分析后得出此段涌水突泥的主要原因是突發性和間歇性的巖溶涌水；楊雁[2]和黃杰[3]分別從地質角度揭示了公路隧道施工中涌水突泥災害成因；郭連[4]則從工程地質、設計、施工三方面入手對田壩嶺隧道涌水進行了原因分析；張煒等[5]對巖溶發育特征與涌突水的關系作了深入介紹并給出了判斷標準，提出巖溶涌水與地質、氣象以及施工等因素的關系；劉燕鵬等[6]通過現場調查對隧道地質構造和病害特征進行分析后確定了某在役隧道突水突泥病害類型為溶洞溶腔型，并給出了以排為主的處治對策。

本文依托某在役公路隧道在暴雨期間發生的涌水突泥和滲漏水病害處治工程，采用地表調查、水聯通試驗、地震映像法探測以及排水系統檢查等多種手段，對涌水突泥及滲漏水的成因進行綜合分析，并基于分析結果提出“地表+洞內”相結合的處治對策，可以為同類工程提供參考。

2 工程概況

2018年5月10日，韶關地區遭遇特大暴雨襲擊，京港澳高速粵境南段某隧道山體匯水劇增，隨著隧址區地下水位迅速上升，導致該隧道北行ZK141+147～ZK141+267段出現涌水突泥，伴隨其他區段出現嚴重滲水現象，嚴重影響隧道內交通安全（圖1）。根據現場涌水突泥調查，涌出的泥沙中夾有樹枝，同時發現部分墻腳增設有泄水孔部位存在墻腳滲漏水現象。

圖1 隧道涌水突泥

2.1 工程地質條件

隧道進口端ZK139+840～ZK140+740為中泥盆統東崗嶺組及上泥盆統天子嶺組中、厚層狀灰巖（泥灰巖），該地段巖層受擠壓彎曲現象明顯；中部地段ZK140+740～ZK141+240為下侏羅統炭質灰巖夾炭質頁巖；出口段ZK141+240～ZK141+520分布有下泥盆統大塘階石澄子段泥質灰巖夾劣煤層，此段巖層受擠壓彎曲現象明顯。隧道穿越2個背斜、1條較大的斷層，背斜1位于K139+920～K140+840地段，背斜2位于K140+840～K141+505地段，斷層位于K140+840附近為正斷層。隧道施工過程中，曾經遭遇過多個溶洞。

2.2 水文地質條件

隧址區地表降雨豐富，沖溝內僅有季節性洪流；地下水以裂隙、溶隙水為主，局部有溶蝕現象，主要接受大氣降水的補給。

3 地表調查結果

由地表調查結果可知，隧道山體地表巖溶不發育，隧道山頂地表共發現三處塌陷（圖2）。塌陷1（TX1）為新塌陷，位于106國道邊坡截排水溝交匯處，即隧道北行ZK141+233上方，距廣州端洞口約282 m，106國道邊坡降水通過截排水溝匯集后經該塌陷流入地下。塌陷2（TX2）為舊塌陷，施工期已進行表面硬化處治，處治后重新開裂塌陷，塌陷位置大約位于ZK140+320上方距北京端進洞口大約400 m，2013年ZK140+365北行慢車道拱腳部位曾出現掉塊現象，該處沖溝上游的降水匯聚后在該處流入地下。塌陷3（TX3）為新塌陷，塌陷位置大約位于ZK139+997上方附近，地表降雨經塌陷處匯聚并流入地下。

圖2 隧道地表塌陷分布示意圖

4 水連通試驗結果

通過水連通試驗基本查明了地表塌陷與隧道之間的水力聯系與特征。結合現場條件，本次水連通試驗基本信息如表1所示，由于塌陷3不具備試驗條件，因此本試驗只選取塌陷1（TF01）和塌陷2（TF02）作為示蹤劑投放點，選取該隧道北行超車道排水溝（JS01）和慢車道排水溝（JS02）作為示蹤劑接收點，每個投放點分別依次投放羅丹明、熒光增白劑2種熒光染料示蹤劑。不同投放點和接收點的示蹤劑濃度—時間變化關系如圖3所示。

表1 水連通試驗基本信息

由圖3可知，塌陷1（TF01）和塌陷2（TF02）投放的熒光增白劑在接收點JS01和JS02均有明顯反應，經塌陷1和塌陷2匯聚的地表水分別經過2 h和1.5 h左右即可達到隧道內，且后續連續24 h仍接收到相關試劑，表明隧道山體地表塌陷位置與隧道之間的水力連通性能較好。投放熒光增白劑和羅丹明2種示蹤劑的濃度—時間變化曲線的走勢較為一致，其中塌陷1（TF01）至隧道超車道排水溝（JS01）和隧道慢車道排水溝（JS02）的熒光增白劑濃度—時間關系曲線均存在多個峰值，表明TF01-JS01、TF01-JS02之間的水流通道較為復雜，可能存在多條長度不同的水流路徑；塌陷2（TF02）至隧道超車道排水溝（JS01）和隧道慢車道排水溝（JS02）的熒光增白劑濃度—時間關系曲線存在2個峰值，表明TF02-JS01、TF02-JS01之間的水流通道相對較為簡單。

圖3 水連通試驗示蹤劑濃度—時間變化關系圖

由于羅丹明易被泥沙吸附，而地表水攜帶有泥沙經塌陷處匯入山體，加上山體溶洞充填物或者破碎帶松散體等影響，導致本次試驗測得的羅丹明濃度較低。

5 隧道襯砌背后巖溶探測結果

為了探明隧道襯砌背后巖溶發育和含水體的分布情況，采用地震映像法沿隧道拱頂、拱腰、邊墻和路面布置了7條測線，如圖4所示，對ZK140+357～ZK140+437、ZK141+147～ZK141+267段的巖溶發育情況進行探測。本次物探共發現異常區域66處，推測為溶洞等不良地質體發育區域；異常區域的寬度在2.0～38.0 m，高度在1.1～4.0 m，可見溶洞等主要集中在ZK140+357～ZK140+437和ZK141+147～K141+207區間，如圖5所示。

圖4 測線布置斷面示意圖

圖5 隧道重點區段溶洞分布示意圖

6 隧道滲漏水及排水系統檢查結果

6.1 洞內滲漏水檢查結果

2018年6月，隧道定期檢查發現北行隧道洞內共發現78處病害，僅發現1處拱部滴漏，其余均為輕微滲漏水及滲漏水痕跡。其中ZK140+307～ZK140+437區段發現17處病害，ZK141+147～ZK141+267區段（涌水突泥區段）發現18處滲漏水病害，兩區段合共長250 m，占隧道總長16.5%，該兩區段隧道病害總數占隧道總病害45.0%。

6.2 排水系統調查結果

2018年6月，對隧道中央排水溝檢查發現排水量較小，由于排水管涵直徑較小無法對其進行進一步檢查，初步推斷中央排水溝可能局部堵塞，但未能檢查其具體堵塞位置及情況。對隧道ZK141+147～K141+227段（涌水突泥段）排水邊溝每隔10 m抽查結果發現溝內排水正常，但是溝底有淤泥堆積，淤積厚度均在20～24 cm之間。

7 隧道水害成因分析

7.1 水害水源分析

該隧道山體地表水系不發育，無常年性河流，沖溝內僅有季節性洪流。隧道山體地層巖性為灰巖（泥灰巖）、炭質灰巖夾炭質頁巖、泥灰巖夾巖劣質煤層，地下水以裂隙、溶隙水為主，富水性差、水量弱，主要接受大氣降水的補給，隧址區年平均降雨量1 640 mm，且每年雨季（4～9月份）降雨量占全年降雨量的77.5%，結合該隧道雨季期間出現涌水突泥和嚴重的滲漏水現象，說明該隧道水害的水源主要是大氣降水。

7.2 水害水流路徑和特征分析

地表調查發現該隧道山體地表有3處塌陷，水連通試驗結果顯示塌陷1和塌陷2與隧道存在明顯的水力聯系，且經塌陷處匯聚的地表水最多2 h左右即可達到隧道內。地震映像法探測結果則顯示隧道涌水突泥和滲漏水病害段內共有66處異常區域，推測這些異常區域為溶洞等不良地質體發育區域。

結合該隧道穿越2個背斜和1個斷層可知，構造裂隙在侵蝕性水流的作用下不斷擴大并形成溶蝕裂隙，溶蝕裂隙繼續發展成寬大的管道，管道繼續溶蝕逐漸形成大的溶洞，為地下水、泥沙等提供良好的流通通道，即在暴雨季節，隧道山體大氣降水在地表塌陷處匯聚后大量流入地下，通過裂隙、管道、溶洞等連通性通道到達隧道位置，又因水流攜帶泥沙或者溶腔充填物大量涌入隧道排水溝，導致邊溝發生不同程度淤堵，隧道排水系統排水能力減弱，短時間內隧道襯砌背后水位快速升高，受強大水壓作用進而誘發隧道襯砌結構薄弱部位發生破損。隧道在暴雨時發生涌水突泥，而旱季期間則以輕微滲水為主，進一步表明隧道內涌水突泥情況與大氣降雨的強度、持續時間等密切相關。

8 隧道水害處治對策

綜上所述，該隧道水害水源主要是大氣降水；地表塌陷起匯水作用，溶洞或裂隙等作為地表水的流通通道。因此，該隧道水害防治應該重點防止大氣降雨或地表水經地表塌陷處直接涌入地下，同時防止或者減少地下水通過溶洞或者溶蝕裂隙等通道匯聚至隧道襯砌結構周邊。

由于隧道水害通道為隱蔽性地質現象，目前巖溶發育規律的研究成果尚不能揭露巖溶的真實發育情況，故采取截斷地下水通道方法具有一定的風險；而截排大氣降雨匯聚的地表水屬地表工程，可操作性強、截排水效果好、施工方便、施工質量能得到保證，缺點是地表截排水工程治理完成后，不能完全阻止地下水的滲流，隨著地下水滲流延續，可能繼續存在潛蝕現象以至于會出現新的塌陷。根據該隧道水害實際情況，建議采取如下處治方法。

（1）采取地表和洞內結合的處治方法，地表處治以截排水為主，對地表塌陷進行封堵以及對地表截排水系統進行修復與重建，應先清理塌陷處原來的地表硬化混凝土，然后采取低滲透性材料進行回填、壓實，地表采用混凝土密封隔水，同時完善地表排水溝系統，確保大氣降雨匯聚后及時、順暢地向遠離隧道位置的低洼處排泄，而不是就地下滲；隧道內以邊墻鉆泄水孔引排水為主。

（2）對隧道周邊圍巖內的溶洞進行注漿處治。

（3）地表處治完成后，日常養護應加強對洞頂塌陷巡查，及時解決發現的問題；同時雨季應對洞內排水系統加強養護，確保隧道排水通暢。

9 結論與建議

本文以在役公路隧道暴雨期間發生涌水突泥病害為例，通過采用地表調查、水聯通試驗、地震映像法探測以及排水系統檢查等手段對病害成因進行了綜合分析后，得出結論如下：

（1）隧道由于穿越地層巖性為灰巖（泥灰巖）、炭質灰巖夾炭質頁巖、泥灰巖夾巖劣質煤層地段，溶蝕裂隙、溶洞溶腔等較為發育，易誘發地表塌陷，在雨季則易導致隧道發生嚴重水害。

（2）大氣降雨為該隧道水害的主要水源，經塌陷匯集的地表水與隧道連通性能較好，約2 h即可達到隧道。

（3）隧道水害治理宜采取地表和洞內結合的處治方法，宜以截排大氣降水匯聚的地表水為主，可采取低滲透性材料進行回填、壓實，地表采用混凝土密封隔水，同時完善地表的排水系統。