李奇濤，田 野，董海洲，張玉鑫，程夢龍

（1. 中交隧道工程局有限公司，北京 100102；2. 河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇南京 210024）

1 引言

地鐵車站地下連續(xù)墻施工及基坑開挖過程中，地下水滲漏會對其造成不利影響[1-3]。滲漏水處理不當(dāng)會導(dǎo)致泥沙流失出現(xiàn)空洞或造成周圍地層地下水位下降，引起地面沉降，進而影響基坑穩(wěn)定，危及施工安全。示蹤連通試驗可用來確定地層不同位置的水力聯(lián)系，判斷地下水滲漏來源，在水庫[4-5]、基坑[6]、礦井[7]、隧道[8]、巖溶[9-10]等工程地下水滲漏研究都得到了應(yīng)用。鉆孔示蹤流速測試可以測定地層中地下水的滲透流速，相關(guān)探測理論和技術(shù)也得到大量的研究和應(yīng)用[11-13]。這2種探測方法都是進行地下水滲流調(diào)查的有力工具，但在地下連續(xù)墻滲流研究中應(yīng)用示蹤連通試驗較多，同時進行流速測試很少，也就是很少把兩者結(jié)合起來進行應(yīng)用。實際上，在進行示蹤連通試驗時，需要在基坑外鉆孔中投放示蹤劑，然后在基坑內(nèi)抽水孔中觀測是否有示蹤劑滲流過來，以此判斷地下連續(xù)墻的滲漏位置。而在此過程中，也可以同時監(jiān)測坑外鉆孔中的示蹤劑濃度變化，據(jù)此計算孔中地下水的滲透流速。

本文基于現(xiàn)場示蹤連通試驗，結(jié)合流速測試結(jié)果進行對比分析，以某地鐵車站地下連續(xù)墻為例，對地下連續(xù)墻是否存在滲漏隱患以及滲漏部位、深度等進行研究，并提出防滲處理建議。提出的示蹤連通試驗和流速測試相結(jié)合的測量方法可應(yīng)用于類似工程。

2 工程概況

某地鐵車站為地下兩層島式站，車站長283.6 m，標(biāo)準段寬20.7 m，站臺寬12 m，采用兩層雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)。該地鐵車站地下連續(xù)墻中有一幅墻體在澆筑過程中出現(xiàn)欠方情況，墻身存在滲漏隱患，在后期基坑開挖時可能會出現(xiàn)涌水涌砂等滲漏問題，故需開展地下水滲漏探測研究。

本文中地下水滲漏探測深度為深度23 m以上地層，研究區(qū)域地基土屬第四紀沖湖積相、海陸交互相及沖湖相沉積物，主要由黏性土、粉土及沙土組成，一般呈水平向分布。該地區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙水，按形成時代、成因和水理特征可劃分為潛水含水層、微承壓水含水層及承壓水含水層。與本次研究區(qū)域密切相關(guān)的含水層為潛水含水層、淺部微承壓含水層以及中部、深部承壓含水層，其中，潛水穩(wěn)定埋深為1.3～2.4 m，微承壓水埋深為1.01 m，絕對標(biāo)高為1.04 m。

3 示蹤連通試驗

示蹤連通試驗指在含水層上游某滲漏點投入適量示蹤劑，并在其下游檢測孔或出水點處進行連續(xù)檢測，得到示蹤劑時間-濃度曲線，根據(jù)檢測到的示蹤曲線變化規(guī)律，綜合分析地下水滲流場特征，以分析地下水的補給來源。

地層中若存在集中滲漏問題，往往呈現(xiàn)若干支流匯流至主滲漏通道，然后再分散為若干支流的現(xiàn)象，如圖1所示。地下水的滲流路徑可進一步簡化如圖2所示。

示蹤連通試驗的示蹤劑投放可假定將示蹤劑投放在上游某支流中，然后在下游支流中接收。投放方式分為2類，即瞬時投放和持續(xù)投放[14]。瞬時投放指在某一時刻投放示蹤劑，在接收點監(jiān)測示蹤劑濃度并得到“峰狀”濃度-時間曲線如圖3所示；持續(xù)投放則指在某一時間段內(nèi)持續(xù)向鉆孔內(nèi)投放示蹤劑，而其接收點監(jiān)測所得濃度-時間曲線如圖4所示。根據(jù)示蹤連通試驗所得示蹤劑濃度-時間曲線，便可確定兩點之間的水力聯(lián)系，查明滲流途徑，判斷滲漏通道。

4 鉆孔流速測試

在鉆孔中可以投放示蹤劑進行地下水流速測試，其基本原理是孔中均勻投放示蹤劑后，其濃度會被地下水滲流所稀釋且稀釋速度與地下水流速相關(guān)，監(jiān)測示蹤劑濃度的變化就可以計算出地下水的滲透流速。如圖5所示，在對應(yīng)有地下水滲流的含水層部位，孔中示蹤劑濃度受水流稀釋作用而下降較快，所計算出的流速也較大，而隔水層部位的流速則較小。這種測試方法可以在單個鉆孔中進行，故稱為單孔稀釋法。

示蹤劑濃度稀釋與地下水流速呈指數(shù)關(guān)系，由此可得到含水層滲透流速為[15]：

式（1）中，Vf為滲透流速，即含水層中達西滲透流速；r為濾水管內(nèi)半徑；C1、C2分別為測量時間t1、t2時示蹤劑濃度；Δt=t1-t2；α為因濾水管在含水層中的存在引起流場畸變的校正系數(shù)，通常取值為2。

5 現(xiàn)場試驗

5.1 鉆孔布設(shè)

本次試驗在研究區(qū)域共設(shè)置5個鉆孔（1個抽水孔C1和4個觀測孔G1～G4），鉆孔具體布設(shè)位置見圖6（待檢測地下連續(xù)墻編號為WQ1-36）。其中，抽水孔設(shè)于基坑內(nèi)部，距地下連續(xù)墻內(nèi)邊緣2 m。觀測孔均平行布設(shè)在基坑外側(cè)，觀測孔1、觀測孔2及觀測孔3孔中心位置距地下連續(xù)墻外邊緣2 m，觀測孔4距地下連續(xù)墻外邊緣3 m；兩側(cè)鉆孔（觀測孔1、觀測孔3）距地下連續(xù)墻兩端各1 m，觀測孔2對應(yīng)該幅地下連續(xù)墻中心位置。

5.2 示蹤劑選擇

考慮到研究區(qū)域周邊環(huán)境及場地地下水環(huán)境背景值等因素，現(xiàn)場試驗選用飽和食鹽水作為示蹤劑，應(yīng)用單孔稀釋法進行孔內(nèi)地下水流速測定，同時孔內(nèi)所投放的食鹽亦可用來進行觀測孔與抽水孔之間的連通試驗。

5.3 試驗方法

本次研究依次向4個觀測孔內(nèi)投入示蹤劑，間隔一段時間后對觀測孔及抽水孔進行連續(xù)觀測，并記錄示蹤劑濃度變化情況，得到各孔示蹤劑時間-濃度曲線。示蹤劑投放方法為：將示蹤劑與水混合并充分攪拌，待其充分溶解后投放至各孔中。

現(xiàn)場共進行了2個階段試驗，第一階段試驗于2021年1月24日開始，至2021年1月29日結(jié)束；第二階段試驗于2021年3月10日開始，至2021年3月16日結(jié)束。階段試驗期間均對抽水孔進行抽水作業(yè)。

5.4 結(jié)果與分析

在第一階段和第二階段初期現(xiàn)場示蹤試驗中，根據(jù)測量所得的4個觀測孔的溫度、電導(dǎo)率以及流速測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觀測孔1及觀測孔2內(nèi)地下水流速較快，而觀測孔3及觀測孔4內(nèi)流速則相對較慢，說明觀測孔1和觀測孔2所處位置地下水滲流較快，地下連續(xù)墻隱患部位更靠近觀測孔1及觀測孔2，圖7和圖8分別為2個階段各孔流速對比圖。投放示蹤劑后，在觀測孔-4 m至-6 m高程段存在較大的示蹤劑濃度變化，且該段流速也相對較大，說明地下連續(xù)墻缺陷位置位于該段的可能性較大。

由上述結(jié)果判斷觀測孔1和觀測孔2處于基坑外部向基坑內(nèi)部的滲漏通道上，故著重觀測這2個觀測孔與抽水孔之間的示蹤連通試驗情況。在2021年3月13日至16日抽水試驗期間，抽水孔表層地下水電導(dǎo)率隨時間變化曲線如圖9所示。從圖中可以看出，孔內(nèi)地下水電導(dǎo)率有2處明顯的增高過程（見圖中橢圓區(qū)域），而這2 次電導(dǎo)率增大的原因分別對應(yīng)2次事件：①3月14日9 : 55至10 : 14分別向觀測孔1及觀測孔2內(nèi)投放食鹽水，對應(yīng)了左側(cè)橢圓區(qū)域內(nèi)的增高過程；②3月15日11 : 08至11 : 17在觀測孔1和觀測孔2中注水，后于14 : 37至14 : 41時間段內(nèi)向觀測孔1內(nèi)注水，對應(yīng)右側(cè)橢圓區(qū)域內(nèi)的增高過程。該電導(dǎo)率變化曲線表明觀測孔與抽水孔之間存在水力聯(lián)系，且由于2次電導(dǎo)率增高過程發(fā)生在抽水孔表層，故推測觀測孔內(nèi)的食鹽水不可能經(jīng)由地下連續(xù)墻底部繞滲至抽水孔內(nèi)，其只可能是穿越地下連續(xù)墻上部缺陷位置滲流至抽水孔中。

與此同時，根據(jù)流速測試結(jié)果，觀測孔內(nèi)流速較大的孔段位于高程 -6 m附近，而抽水孔中含有鹽分的地下水入滲位置高于抽水后的抽水孔水位，即其是從孔壁入滲后流入抽水孔內(nèi)地下水的表層，造成抽水孔表層電導(dǎo)率的升高，其滲流路徑如圖10所示。

從圖9中還可以看出，抽水孔內(nèi)地下水電導(dǎo)率的增高幅度較小，說明地下連續(xù)墻雖然存在滲漏缺陷，但在基坑尚未進行大規(guī)模降水的情況下，其滲漏還是比較微弱的。然而，在后期基坑開挖降水的過程中，隨著時間的延長及在基坑外部高水頭壓力的作用下，該滲漏通道可能會進一步發(fā)展，其滲透性會有所增強，故建議在基坑開挖降水前對該幅地下連續(xù)墻采用旋噴樁等方式進行防滲加固處理。

6 結(jié)論

本文基于現(xiàn)場示蹤連通試驗，通過對比分析各示蹤參數(shù)，對地下連續(xù)墻是否存在滲漏隱患以及滲漏部位、深度等進行深入研究，并得到以下結(jié)論。

（1）由單孔稀釋法所測各孔流速探測結(jié)果可以看出：觀測孔1與觀測孔2流速相對較高，觀測孔3及觀測孔4流速相對較慢，說明觀測孔1和觀測孔2所處位置地下水滲流較快，其更靠近地下連續(xù)墻缺陷處。

（2）投放示蹤劑后，在觀測孔-4 m至-6 m高程段存在較大的流速，說明地下連續(xù)墻缺陷位置位于-4 m至-6 m高程段的可能性較大。

（3）示蹤連通試驗結(jié)果表明，向觀測孔中投入食鹽后，抽水期間在抽水孔表層測出了較高的電導(dǎo)率，表明有地下水從觀測孔穿透地下連續(xù)墻滲入抽水孔；且抽水孔中含有鹽分的地下水入滲位置高于抽水后的抽水孔水位，即從孔壁入滲后流入孔中地下水的表層，造成抽水孔表層電導(dǎo)率升高。

（4）抽水孔內(nèi)地下水電導(dǎo)率增高的幅度較小，說明地下連續(xù)墻雖存在滲漏缺陷，但在目前基坑尚未大規(guī)模降水的條件下，其滲漏比較微弱，但基坑開挖降水后滲漏量可能增大，故需要進行防滲處理。