水库泄洪渠贯穿深圳水库与东湖公园,连接线工程主体下穿深圳水库泄洪渠(BXK1+575里程段),该区域隧道顶部岩体极破碎,渗透性强,结构力差,且穿越泄洪渠隧道段洞身埋深浅,开挖可能影响到泄洪通道的顺畅排洪,对水库安全及隧道防水有较高的要求。此外,F9断层带位于水库下游,由水库方向延伸至泄洪渠附近,使该地区水文地质条件更加复杂,故选取该区域BXK1+575里程段为依托进行隧道渗流场演变分析。
在该区域靠近F9断层带一层布置抽水试验,经过洗孔、试抽水、读取静止稳定水位、正式抽水试验、恢复水位观测等阶段后,测试详细渗透系数,分析钻孔的倾向、倾角数据,得出裂隙等密图[见图5.40(a)]、倾向玫瑰图[见图5.40(b)]、走向玫瑰图[见图5.40(c)]、倾角直方图[见图5.40(d)]。由图5.40可知,裂隙走向以北东向为主,倾向以南东向为主,倾角为30°～40°。
图5.40 抽水主孔倾角、倾向分析图
综合钻孔取样、物探(见图5.41)以及抽、注水试验结果分析,该区域岩石渗透等级属于中等透水,基岩受F9断层构造带影响,形成了如角砾岩、糜棱岩及破碎岩等构造岩体,水稳性较差,岩芯多呈砂砾状、砂土状和碎块状至块状。从反演波速来看,F9断层带影响宽度在12～35 m,并在钻孔深部仍有变宽趋势,但断层带渗透性整体较差,不利于水库和隧道间的导水效应。另外,该区域岩石受蚀变作用的影响,次生矿物普遍分布,开挖松弛并形成临空面后水稳定进一步降低,支护不及时易发生软化、坍塌。
图5.41 地震CT测试解译的水库大坝中下游物探综合解释断面图
对F9断层带附近部分地震CT钻孔进行了地下水渗流充电法试验测试,目的在于采用物探方法查找可能存在的物探异常带,从而判断深圳水库与该地区地下水之间有无明显的渗流、排泄通道。现场采用DZD-6A多功能直流电法仪,利用钻孔充电法测试岩石裂隙水渗透方向及渗流速度,先在钻孔中投入一定量的食盐,一定时间后再进行测试,其钻孔充电法测试岩石裂隙水渗流成果如图5.42所示。
从地下水渗流试验结果(见图5.42)可以判定,地下水流向整体与罗湖断裂带走向一致,断裂带对地下水的流动方向起到控制作用。CTZK06钻孔水流方向约249°,盐化后74 h测的地下水流动约3.12 m,流速约1.01 m/d;CTZK07钻孔水流方向约223°,盐化后74 h测的地下水流动约3.72 m,流速约1.21 m/d。此外,深圳水库大坝为早期筑建土坝,后因坝体渗漏而进行了注浆修补,注浆效果的差异会影响地下水渗流速度测试,故地下水渗流速度较大处可能是注浆效果相对薄弱的地方,给隧道开挖后的防排水带来一定的困难。
为分析注浆加固前后隧道渗流场的演变规律,采用Visual-modflow软件进行模拟,建模过程与计算参数如前所述。模拟隧道主线(北线、南线)和匝道(北线匝道、南线匝道)开挖完成时,隧道结构分别处于毛洞状态(工况一)、施作初衬+注浆圈状态(工况二)和施作初衬+二衬+注浆圈状态(工况三),并对其横断面渗流场随时间演变过程进行研究。
1)工况一隧道横断面渗流场演变
模拟隧道主线(北线、南线)和匝道(北线匝道、南线匝道)均开挖完成,未设置任何有效支护措施,对洞室处于毛洞状态下的横断面渗流场进行分析。
如图5.43所示,隧道位于泄洪渠正下方且埋深较浅,水库下游方向离南线隧道不远处有F9断层带通过,毛洞状态下横断面渗流规律较为明显。随着隧道开挖,周边地下水向隧道方向流动,影响范围较大,尤其是隧道下部地层中的地下水,有径直向上移动的趋势,可能与该地区围岩渗透系数较大、泄洪渠高程相对较低有关,进而导致地下水向泄洪渠方向汇集。在F9断层带附近,两侧地下水大体上沿断层流动,这与充电法探测结果相同;随渗流时间推移,渗流场重分布并再次稳定,地下水呈现逐渐透过F9断层带的趋势,压扭性断层阻水作用减弱。由地下水位的变化可知,隧道结构上方的地下水位变化较小,该地区与水库间没有阻隔带,地下水由水库向下游地势较低处流动,但因整体渗透系数较小,水力联系并不显著。
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图5.42 钻孔充电法测试岩石裂隙水渗流成果图
图5.43 BXK1+575里程段横断面渗流变化图(工况一)
2)工况二隧道横断面渗流场变化
为与毛洞状态下的渗流特征进行对比,现对洞室处于施作初衬+注浆圈下的横断面渗流场进行分析。
如图5.44所示,隧道开挖完成并施作初衬及注浆圈状态下,横断面渗流变化与毛洞状态相比变化较大,地下水向泄洪渠汇集的趋势明显减弱,渗流影响范围(主要对下部地层)已明显减小,表明较为完善的防水体系(初衬及加固圈)对保持地下水稳定起到显著作用;F9断层带阻水效果较为明显,且与初始状态较为接近,未出现随时间减弱的现象,进一步证明注浆加固有效地减小了隧道开挖的影响,泄洪渠附近地下水位几乎没有变化。
图5.44 BXK1+575里程段横断面渗流变化图(工况二)
3)工况三隧道横断面渗流场变化
模拟隧道主线(北线、南线)和匝道(北线匝道、南线匝道)开挖完成,并已施作初衬+二衬+注浆加固圈,对隧道及其周围渗流场横断面变化进行分析。
如图5.45所示,隧道开挖完成并施作初衬+二衬+注浆圈状态下,横断面渗流场接近初始渗流场,隧道开挖的影响进一步缩小,地下水未表现出向泄洪渠汇集的趋势;F9断层带附近地下水与初始渗流场相近。
综上可知,F9断层带位于水库下游方向,离南线隧道有一定距离,仅在毛洞状态下表现出阻水性随时间减弱的特征。在工况二和工况三中,隧道开挖对F9断层带几乎没有影响,其两侧地下水沿压扭性断层流动,与充电法探测的地下水流向结果相同。该地区与水库之间没有阻隔带,地下水由水库向下游地势较低处流动,但由于渗透系数整体偏小,水力联系并不显著,泄洪渠附近地下水位变化较小。
图5.45 BXK1+575里程段横断面渗流变化图(工况三)
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