楊 正 璇

(中國地質(zhì)大學(武漢)，湖北 武漢 430074)

1 概述

國外曾對公路隧道病害進行統(tǒng)計，80%的嚴重病害隧道是在營運30年后發(fā)生的，國內(nèi)很多研究機構(gòu)進行調(diào)查，漏水隧道數(shù)量竟占50.4%，有的區(qū)段高達94%，嚴重漏水的約占其中的1/3。我國隧道建設由于地質(zhì)條件復雜性，運營期間的安全性與風險管理成為最為關注的問題[1]。不少專家與研究人員在以下方面展開頗有成就的研究工作。周宗青[2]利用風險動態(tài)評估模型及風險規(guī)避方法進行實時控制確保隧道的施工安全。馮冀蒙對運營隧道病害分布規(guī)律，依據(jù)地下水的發(fā)育情況、圍巖巖性等基本指標對圍巖環(huán)境進行了等級劃分[3]。張素磊[4]提出隧道襯砌病害的主成因有襯砌背后空洞、襯砌厚度不足、圍巖處理不當和塑性地壓4個因素?，F(xiàn)有的研究是圍繞施工與運營期間巖溶隧道所暴露出來的問題而展開的，但鮮有人從巖溶區(qū)地表塌陷與隧道病害關聯(lián)因素上進行研究，本文以某隧道為例采用地下水示蹤試驗、地質(zhì)勘察、統(tǒng)計分析等手段，得到地表塌陷對巖溶隧道襯砌病害發(fā)展成因機制。

2 地下水示蹤試驗

2.1 示蹤試驗方案

隧道水文地質(zhì)條件較復雜，斷裂構(gòu)造或破碎帶地段可能出現(xiàn)突水、涌水。SZK6,SZK7,SSZK5鉆孔均出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，該段斷裂構(gòu)造發(fā)育，具承壓性，且水量較大，其中SZK6孔孔口涌水量為112 m3/d，SZK7孔孔口涌水量為15 m3/d，SSZK5孔孔口涌水量為52.8 m3/d(如圖1所示)。巖溶不良地質(zhì)發(fā)育、在隧道所在位置存在多個斷裂帶與破碎帶、在富含地下水且在降雨條件下由于地下水的運動加重地面塌陷范圍的擴大，并將導致新的地面塌陷。

2.2 示蹤試驗過程

連通試驗是一種較為直接的研究地下水流動的技術，利用某種示蹤物質(zhì)在上游點的投放，并在下游利用儀器一起進行監(jiān)測，來證實是否有水力聯(lián)系。試驗采用的示蹤劑為熒光素鈉和羅丹明，監(jiān)測儀器為示蹤儀，分別在隧道左右兩端開展。試驗共設置了10個投放點和9個接收點。隧道頂部為分水嶺，雨季地表徑流流量大、流速快，可以排除遠程地下水補給的可能。雨季地表徑流發(fā)育，降雨多形成坡向流，最終在隧道頂部選擇了10個投放點與9個接收點。

隧道南段為灰?guī)r，灰?guī)r為含水層，隧道區(qū)主要的塌陷和漏洞都在此處，所以在隧道南段設置10個投放點，并布設5個接收點，以了解地下水的流動途徑。隧道北段為砂巖，相對于灰?guī)r，砂巖為隔水層，理論上沒有較大流量的地下水，且區(qū)域內(nèi)沒有明顯塌陷或漏洞，所以沒有在此設投放點，但仍設了4個接收點進行取樣，論證南段投放點的水沒有流到此處。第一次主要是在隧道進口段右塌陷區(qū)投放示蹤劑，共分兩批次投放4個點。

各監(jiān)測點接收情況是：第一批次實驗JS-01，JS-02無反應，未檢出藥劑，JS-03點檢測到熒光素鈉，JS-04，JS-09均未檢出藥劑；第二批次實驗JS-01，JS-02無反應，JS-03點檢測到熒光素鈉和羅丹明，JS-04點檢測到熒光素鈉，JS-09未檢出藥劑。從以上分析可知，隧道右側(cè)的6號～10號溝的水主要在隧道右側(cè)流出。隧道另一端的JS-05～JS-08點均無明顯反應，未檢測出熒光素鈉或羅丹明，可以判斷右塌陷區(qū)的水沒有流到隧道北段。第二次共分三批次投放6個點，主要是在隧道進口段左塌陷區(qū)和中塌陷區(qū)，同時在隧道右塌陷區(qū)有一投放點TF-05。各監(jiān)測點接收情況是：第三批次實驗JS-02點檢測到羅丹明，JS-03同時檢測到熒光素鈉和羅丹明，其余各接收點均未檢測出藥劑；第四批次實驗JS-01,JS-02點檢測到熒光素鈉，JS-04點檢測到羅丹明，其余各接收點均未檢測出藥劑；第五批次實驗JS-01，JS-02點同時檢測到了熒光素鈉、羅丹明，其余各接收點均未檢測出藥劑。

2.3 試驗分析

如圖2所示，按照隧道左右兩側(cè)兩條截水溝及3條山脊將隧道進口病害段頂部劃分為A～F共六塊匯水區(qū)及隧道進口段左、中、右三塊塌陷區(qū)。隧道頂部的不同塌陷區(qū)，面積大小不同、匯水區(qū)域不同，地表水、地下水的去向也不一樣。可以判斷本塌陷區(qū)內(nèi)水均未流入隧道北段，左塌陷區(qū)主要流入隧道左線，中塌陷區(qū)流入隧道兩線，右塌陷區(qū)主要流入隧道右線。JS-09點位于右側(cè)隧道內(nèi)，五次試驗均未檢測出藥劑，推測為其與本次地質(zhì)調(diào)查區(qū)域內(nèi)塌陷點關系不大，主要受灰?guī)r裂隙水影響。

3 結(jié)語

灰?guī)r巖溶區(qū)巖溶發(fā)育、不利地層巖性、富水地質(zhì)、斷裂構(gòu)造條件很大程度決定隧道進口段襯砌滲水區(qū)域最嚴重，其不利地質(zhì)條件提供襯砌病害發(fā)生發(fā)展的天然內(nèi)部條件。地面塌陷導致地表水大面積滲入地下，與巖溶空洞、斷裂構(gòu)造形成滲流通道改變隧道襯砌周邊水土壓力狀態(tài)加重襯砌病害。

綜上所述，此隧道病害主要受斷裂構(gòu)造、不良圍巖、豐富地下水、巖溶空洞的影響，降雨與地下水作用加速地表塌陷，大量地表水入滲，水土壓力及不良圍巖與溶洞改變隧道受力狀態(tài)，其病害逐年增加并呈發(fā)展趨勢，建設之前應對地面塌陷與斷裂帶進行工程災害評估及預處理，竣工之后對重點區(qū)域應跟蹤監(jiān)控，從隧道內(nèi)部到外部分層次采取對應的處治措施，為類似病害加速發(fā)展的巖溶區(qū)富水運營隧道的防治提供工程參考。

[1] 馮冀蒙.既有隧道病害分布規(guī)律及圍巖環(huán)境等級劃分研究[J].現(xiàn)代隧道技術,2013(4):35-41.

[2] 周宗青,李術才,李利平,等.淺埋隧道塌方地質(zhì)災害成因及風險控制[J].巖土力學,2013(5):1375-1382.

[3] 錢七虎.地下工程建設安全面臨的挑戰(zhàn)與對策[J].巖石力學與工程學報,2012,31(10):1945-1956.

[4] 張素磊.基于對應分析模型的隧道襯砌病害主成因挖掘[J].中國鐵道科學,2012(2):54-58.