洛阳玻璃厂人防工程涌水原因分析及治理对策
梁龙豹 梁爱英 王勉
（河南省水文地质二队）
前 言 洛阳玻璃厂人防工程位于洛阳市西工区唐宫东路和玻璃厂北路交口东南，属地道型。2002年4月上旬开始，洞内出现大面积涌水，最大时涌水量1600余立方，淹没面积约1000立方米，直接影响着人防工程及地面建筑物的安全。为查明涌水原因，我单位开展了该地段地下水调查及水位测绘工作，根据当时的现场工作及后续的地下水位观测工作，初步查明了人防工程的涌水原因，提出了防治措施。
1.工作区的基本地质、水文地质条件 本次研究区南起洛河，北到道北路，西起七一路，东到西关，面积10.72km
2。
1.1地貌 该区位于洛阳断陷盆地的西北部，地貌单元上：北为洛河冲积一、二级阶地，南为洛河冲积漫滩，经城市建设改造，二级阶地前缘有缓坡，二级阶地及漫滩面均较为平坦。
1.2地层结构 根据钻孔资料分析，其地层结构，从上至下共分5层，分述如下：
（1）粉质粘土：浅黄色，可塑，含少量礓石，厚10.5－11.5m。
（2）粘土：褐黄色，塑性大，结构致密，坚硬，干后锤击可碎。含有礓石，黑色斑点及层理鲜明，厚9－9.5m。
（3）卵石：青绿色为主，夹有杂色，松散，卵石最在粒径5cm以上，局部含砂较多。厚11－12m.。
（4）砂、砾卵石层：砂以细砂为主，浅黄色，松散，有黑色矿物质及少量砾石；砾卵石，青灰色为主，含少量细砂，本层厚1－3.5m，部厚16.5－17m。
（5）粘土：褐黄色，含有钙质结核及黑色矿物质，厚度大于3.5m。
1.3水文地质 研究区的地下水属松散岩类空隙潜水，主要蕴藏于砂、砂卵石层中，埋深小，含量大，为洛阳市的较富水地质。
地下水的补给，洛河水面工程投运前以北西部侧向径流为主，洛河渗漏补给次之；洛河水面工程投运后，以洛河侧向渗补为主，西部及北部地质的地下水侧向迳流次之。地下水的迳流受含水层条件制约，该区段含水层以砂卵石层为主，颗粒粗大，空隙性好，厚度大于10米；地下水的迳流方向，洛河水面工程投运前，以由西北向东南向为主，洛河水面投后以由东向西为主，其迳流的水力坡度，洛河水面工程蓄水前为1/1300，洛河水面工程蓄水后为1/700。地下水的排泄以向东部地区迳流为主，开采次之。
地下水质的水质类型为HCO
3-Ca，水质良好。
2.人防工程及所处地层结构2.1人防工程概况 洛玻人防工程始建于1966年，1983年竣工，工事类型为地道型，位置标高128.87－129.30 m，空间跨度1.5－7.5 m，其中走道长5－80m，宽1.75－2.0m；厅长7－37m，宽1.75－7.5m，周边衬砌；厅以混凝土结构为主，走道以砖结构为主。
2.2涌水部位地层及渗透性 人防工程埋深17米，其上部地层以湿陷黄土为主，根据施工观测孔资料，本层描述如下：
（1）粘土、粉质粘土互层：褐黄色，稍密，稍湿，粉质粘土稍硬，含礓石，白条条状，出孔及植物根系残骸。单层厚0.6－5.3m，总厚14.5－16.5m。
（2）粉土类粉细砂：浅黄色，湿，手振动即有水溢出，铁质浸染明显，厚1－2.5m。
（3）砂卵石：灰-青灰色，卵石粒径一般为5cm左右，厚度大于10 m。
人防地道涌水的部位是第（2）和第（3）层，由于该段地层颗粒相对较大，空隙性好，当地下水位在其中波动时，容易形成富水区，其渗透系数：（2）层，k=0.0014～0.0071m/d；(3)层，k=50～173m/d。当地下水在运移的过程中，遭遇位置低并有缝隙外泄的地方就会向外冒漏或渗漏，帮而造成人防工程内积水。
3.人防工程涌水概况 人防工程涌水始于2002年4月10日，最初只发现大厅地面渗水，后来渗水地主越来越多，且水深不断上涨，便将积水汇积一处，用额定出水量60m
3/h的3寸潜水泵向外排水，抽一个小时，停4－5小时，涌水量约为240m
3/d；4月22日－23日，涌水量增大，3寸泵已无法满足排水要求，改换额定出水量80T/h的4寸潜水泵，抽40分钟至一小时，停2.5－3小时，涌水量约为490m
3/d；之后涌水量继续增加，6月3日，停止向外排水，观测地道内水位变化，延续9小时25分钟，大厅内积水深度超过45㎝，由于已影响地道内电器安全，不得不中断观测，开泵向外排水；其后的排水，要用两台水泵轮流作业，4寸泵开1小时，3寸泵开1.5小时，日涌水量约1630m
3/d，涌水达到最大值；一直持续到7月24日时，涌水量才开始变小，7月29日上午8点15分停止排水，观测地道内积水变化，至7月30日上午8点，大厅内积水深50㎝，以后根据地道内积水变化，调节泵的排水时间，一直不断。
4.地下水动态及涌水原因分析4.1洛河水面工程投动前的地下水动态 为改变城市景观，洛阳市从1999年起在洛河建起四级水面工程。水面工程投动前，区内的地下水动态主要受迳流补给影响，其运动基本上是由西向东的单向流。在靠近洛河地段，地下水迳流从南西向北东流，说明有少量的洛河水入渗补给地下水。
地下水动态变化的特征是：最低水位出现在3月份，取高水位出现在12月，年平均水位130.67m，年变幅1.64m。枯水期地下水位130.32m，丰水期地下水位130.33m，非常接近，呈枯季不枯，丰季不丰的状态，这充分表明区内水位基本上不受降水及河水位变化的影响。同一时间内，研究区内地下水位最高127.5m，最低126m，高差1.5m，水力坡度1/1300，地下水面处于平缓状态（见图1）。
4.2洛河水面工程投运后的地下水动态 洛河水面工程投运后，由于洛河河床水位抬高，对地下水的补给能力增强，打破了原有的地下水运动平衡，区内地下水的动态变得复杂起来。
（1）地下水位普遍抬升。洛河水面工程蓄水后，研究区内地下水位最低127.5m，最高130m，较蓄水前抬升1.5-2.5m。
地下水面不再是平缓状，而是呈现三个明显的凸脊和凹槽，北部凸脊西段较窄，中段变缓，东段基本消失．中部凹槽西段较宽，中段变窄，东段消失；南部凸脊稍窄，但东西变化不大。
出现这种现象有原因是：洛河补给能力的增大，是靠近洛河处的地下水位抬高，及在向北部扩散中，遭遇来自西部的地下水迳流，便形成凸脊；中部是由西向东的地下迳流与洛河补给的水流混合的缓动地带相互作用的结果，使地下迳流总趋势向东的同时，西部来的迳流偏向北，在北部促成相对高水区，出现北高，中低的态势。
（2）地下水迳流方向变得复杂。靠近洛河处的地下水以由南西向北东（接近于由西向东）迳流为主，又由偏向北东和南东的分散迳流，两凸脊处的地下水流向则接近于由西向东。
地下水迳流的水力坡度加大，流速变快。洛河水面工程投动后，区内的地下水的迳流水力坡度增大近一倍，其迳流速度必然加快，但各地段又有差异。
5.人防工程涌水原因分析 分析造成人防工程涌水的原因，无非有两种情况，一是人为的因素，如供水管理破裂，引起水源下渗入人防工程；二是自然因素，即区域地下水位的抬升。前一种原因有关方面已作过停止所有管道供（流）水等实验观测，可以排除，那么，造成人防工程涌水就必然是后一种原因了。上述的分析正说明了这一点。
调查表明，引起人防工程涌水的主要原因是洛河水面工程。在洛河水面工程没蓄水以前，人防工程处的地下水位埋深大于17.3m，标高126.8m，低于人防工程底面高程128.87—129.30m，所以人防工程内不会出现冒水或渗水，而洛河水面工程投运后，人防工程处的地下水位被抬升2.3-2.5m，达到129.1-129.3m，高于地道地面0.2-0.43m，在工程无防渗处理或防渗处理能力弱的情况下，就出现地道内涌水。
资料亦表明，洛河水面工程4月9日蓄水，人防地道10日出现渗水；四月底蓄水高度增大，地道内涌水增大；7月中旬蓄水达最高值，地道涌水量也于7月下旬达最高值，7月20日水在工程水，地道内涌水7月24日较小。
6.人防工程涌水预测 地下水运动是在含水层中进行的，由于含水介质的结构特征，决定了地下水在受外界影响后动态产生变化不是均匀的和同时的。根据现有资料分析，洛河水面工程蓄水后，增加地下水补源，抬高地下水位，但其影响具有一定的迟后性，越远离洛河迟后周期越长，而地下水位趋于稳定所需时间更长。
图2是对水面工程蓄水后，不同时间人防工程地段地下水位的抬升情况。根据预测，水面工程蓄水9个月（水面工程年蓄水最长时间）后，人防工程地段的地下水位升幅达3.57 m，人防工程超过二分之一的部分将被淹没；其涌水量将超过2500m
3/d。
7.治理方案论证7.1开采降水法 此方法的基本原理是在人防工程周围打一定深度的开采井，进行连续不断定抽水，使人防工程处的地下水位整体下降，形成一个降落漏斗区。
根据该处的地层资料分析，其开采井深度大于47m，口径大于550mm，井数不少于６眼，单井开采量大于250m3/h，以保持井内水位降深在２米左右，人防工程中心水位降1.5。
这种方法的优点是：在地面施工，作业条件较好；开采水量可以供给生产及生活用水，减少单纯性开采的成本，一次性投资成本低。
其不足之处是：开采井需要不断地开采，长期运作成本高。
7.2固边堵渗法 此方法的原理是：在人防工程或地道四周打孔注防渗浆，使其凝固后形成一个防渗壳，隔断地下水向地道内的渗漏。根据防水壳形式的不同，有两种作业方式：
（１）地面施工防水帷幕及底壳
采用钻孔高压注防渗浆，在人防工程周围施工一环状的隔水帷幕，钻孔深度进入地道地面下２－３m，防渗处理部位控制在地下水影响的高度内，然后在环幕里面，平均布孔注防渗浆，使其在地道地面下形成一防渗底壳，帷幕与底壳共同构成人防工程的防渗体系。
这种方法的优点是：施工场地在地面，作业方便；形成的防渗体系减低了地下水水平及垂直的压力影响，使用寿命长。其不足之处是：地方建筑物障碍，施工实施困难。
（２）地道内施工防渗层
在地道四周打孔注防渗浆，凝固后形成一防渗壳。
其优点是：同样的防渗壳，其投入比上一种少。其不足是：受作业场地限制，其防水孔施工深度及防渗壳厚度有限，因此其抵御地下水渗透破坏的能力降低，防渗壳寿命不长。
7.3排堵结合法 此方法的原理是把上术排堵两种方法的作用结合起来，排就是不全部堵死现有地下水的渗流，而是规划一定的暗渠，使这些水汇集起来，然后用水泵抽出地道外排泄掉；堵则是在前面排的基础上，在地道四周加做一防渗壳，保持地道内不再有水的渗入。
这种方法的优点是：水的排泄减少了其对防渗壳的浸压作用，会使防渗壳的寿命延长。其不足在于：一是工程造价大；二是防渗壳的出现缩小了地道内的空间，如不缩小空间，就必须破坏地道内原支撑结构；三是排水运作也是连续不断地进行，其运作成本也不可小视。
8.结论及建议 8.1洛玻人防工程涌水的原因系洛河水面工程蓄水后，增大了地下水的补给量，引起地下水位抬升所致，当洛河水面工程连续蓄水９个月，人防工程处地下水面将高出地道底面1.1-1.5m。
8.2涌水治理的方法有四种形式，其中以周边堵渗法较好，建议在现场做堵渗法的试验，以便确定堵渗法中的哪一种施工形式。
参考文献： （1）沈照理，水文地质学，科学出版社，1985年第一版
（2）薛禹群、朱学愚，地下水动力学，地质出版社，1979年第一版
（3）[苏]A·班恩等著，岩石性质对地下液体渗流的影响，石油工业出版社，1981年第一版
（4）王现国、梁龙豹等，洛阳盆地地下水人工调控试验研究，人民黄河，V0l.28 N.7 2006年7月
（5）梁进安、张广林，洛阳市区洛河水面工程对地下水的影响及防治对策，黄河水利职业技术学院学报，V0l.17 N.2 2005年4月
