鐵路工程建設(shè)中的巖溶隱患及對策研究

梁波

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鐵路工程建設(shè)中的巖溶隱患及對策研究

梁波

（四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610072）

以成都至貴陽鐵路的長寧興文～威信段作為研究對象，對線路兩側(cè)10km范圍內(nèi)的暗河、巖溶管道、漏斗等進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查，結(jié)合已收集的氣象資料進(jìn)行分析，針對工作區(qū)線路巖溶工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件中的問題提出了對策措施。

鐵路建設(shè)；巖溶隱患；對策

1 工程概況與工程分析

成都至貴陽鐵路的長寧興文～威信段（CK136~CK321）依次經(jīng)過宜賓市、長寧縣、興文縣，最后在威信與推薦線（AK線）匯合，經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，該段涉及巖溶的隧道有4個(gè)，分別為老王坡、斜口山、水塘子和紅巖隧道。

老王坡隧道總長1 554m，其中巖溶微弱發(fā)育的S2h段長約1 082m，巖溶中等發(fā)育的S1s段長約472m，隧道進(jìn)出口標(biāo)高設(shè)計(jì)為450m和460m，高出當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面約50m、60m。巖層走向與隧道斜交，隧道處于本區(qū)第Ⅴ級(jí)溶洞層范圍，預(yù)測該段可能造成涌水、突泥、坍塌等重大水文及工程地質(zhì)危害。

斜口山隧道總長1 978m，其中巖溶中等發(fā)育的S1s段長約954m，巖溶弱發(fā)育的O段長約425m，巖溶中等發(fā)育的O1段長約599m，隧道設(shè)計(jì)進(jìn)出口標(biāo)高分別為470m及480m，高出當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面約70m、80m，隧道與巖層走向斜交，預(yù)測該段可能造成涌水、突泥、坍塌等重大水文及工程地質(zhì)危害。

水塘子隧道總長3 194m，隧道穿越博望山向斜核部，切全部位于巖溶中等發(fā)育的S1s段，隧道設(shè)計(jì)進(jìn)出口標(biāo)高分別為660m及680m，高出當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面約260m、280m，隧道與巖層走向?yàn)轫樝?，預(yù)測該段可能造成涌水、突泥、坍塌等重大水文及工程地質(zhì)危害。

紅巖隧道總長1 946m，巖溶微弱發(fā)育的S2h段長約872m，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的P1q+m段長約1074m，隧道設(shè)計(jì)進(jìn)出口標(biāo)高分別為700m及720m，高出當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面約200m、220m，隧道與巖層走向?yàn)轫樝?，預(yù)測該段可能造成涌水、突泥、坍塌等重大水文及工程地質(zhì)危害。

2 巖溶地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及巖溶地質(zhì)災(zāi)害（隱患）評(píng)價(jià)

根據(jù)工作區(qū)內(nèi)的巖溶水環(huán)境現(xiàn)狀，對線路兩側(cè)10km的范圍的暗河、巖溶管道、漏斗等進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容主要為地下水位、水質(zhì)、水量等環(huán)境要素，并結(jié)合已收集的氣象資料進(jìn)行了全面分析。

工作區(qū)巖溶地下水環(huán)境總體上表現(xiàn)了以下一些特點(diǎn)：

1）地下水徑流量季節(jié)變化較大。雨季時(shí)含水層得到一定的補(bǔ)充恢復(fù)，地下水位抬升，旱季地下水位逐漸疏干至當(dāng)年最低水位，地下水徑流變化差異大，雨季與旱季差異大于50％。

2）原生水環(huán)境條件較差。工作區(qū)地層巖性除可溶巖之外，煤層、硫鐵礦等所占的比例也較大。煤礦、硫鐵礦等礦坑水被人為排入地表河流，對水環(huán)境的影響較大。

3 長隧道工程對巖溶地下水環(huán)境影響的預(yù)測和評(píng)價(jià)

根據(jù)各判別條件，各隧道涌水災(zāi)害嚴(yán)重等級(jí)判別見表1，并根據(jù)評(píng)分法概略預(yù)測了隧道的最大涌水量，預(yù)測結(jié)果見表2。

鐵路工程的長隧道施工在一定高程和范圍內(nèi)，對區(qū)域地下水資源可能造成疏干。但隨著季節(jié)的交替，包氣帶、季節(jié)交替帶和淺飽水帶之間相互轉(zhuǎn)化，總體上地下水資源最終可達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。另一方面，隧道對局部含水層已經(jīng)巖溶地下通道有一定的阻隔作用，影響或改變地下水徑流的途徑。鐵路工程長隧道在總體上對地下水的天然性能有一定的改變，但這種改變是不均一的。隧址區(qū)，隧道對橫向穿越隧道的地下水的徑流仍然具有較大的影響。首先，隧道施工過程中，在一定范圍內(nèi)（包括水平方面和垂直方向上）對地下水資源量有一定的疏干，對地下水位有降低作用，對地下水流速和流量的變化有較大的影響。工程施工結(jié)束后，隧道又對地下含水層和巖溶通道具有一定的阻隔作用，可能造成地下水位的局部抬升，導(dǎo)致流速和流量的改變。

另一方面，鐵路工程隧道對橫向上地下水的流向有一定的改變，對位于隧址區(qū)相同高程的含水層和隧道兩側(cè)地下巖溶管道有較大的隔斷作用，也會(huì)對地下水徑流方向有一定的改變。鐵路工程對線路兩側(cè)的地下水位有局部的抬升或降低作用，對地下水資源有局部增加或減少作用，對于地下水維持的表生作用有較大影響，對土壤環(huán)境也會(huì)有較大的影響。工程在疏干地下水、降低地下水位的同時(shí)，勢必對維系土壤表生環(huán)境的包氣帶環(huán)境有較大影響，導(dǎo)致包氣帶含水量逐漸減少，地表植被的退化，嚴(yán)重的甚至造成土地石漠化。局部地段地下水位雍高，對保持和增加包氣帶和表層土壤的含水率有積極的作用，對于地表植被的生長較為有利。

總體上鐵路工程在施工期間對區(qū)域地下水水質(zhì)具有一定的影響。線路對地下水巖溶管道的阻隔作用，可能對地下暗河有連通或堵塞作用，可能對地下水運(yùn)移有較大的影響。運(yùn)營期間，由于鐵路的可能對線路兩側(cè)的地表水和地下水環(huán)境有較大影響。

表1 主要隧道涌水災(zāi)害嚴(yán)重等級(jí)判別綜合表

表2 預(yù)測隧道最大涌水量（基本分值2900）

工程在穿越水平巖溶層時(shí)，可能造成隧道頂板的局部塌陷。工程施工過程中，對地下水資源的疏干作用，使原本飽水的地下含水層中的水資源流失，可能造成一定規(guī)模的地面塌陷，也可能對局部灰?guī)r邊坡的穩(wěn)定性有較大的影響。工程對地下水環(huán)境生態(tài)的影響較大。例如線路穿越了巖溶通道，人為改變地下水系統(tǒng)，對于水生動(dòng)、植物種群賴以生存的環(huán)境有較大的改變，對于地下水環(huán)境生態(tài)完整性有較大的影響。工程對地下水系統(tǒng)穩(wěn)定狀況的影響較大主要體現(xiàn)在施工期間。長隧道及其路基施工對地下水系統(tǒng)的改變較多。而運(yùn)營期間，一旦隧道工程施工完成，地下水系統(tǒng)經(jīng)嚴(yán)格堵水處理恢復(fù)，并達(dá)到新的平衡，對地下水系統(tǒng)穩(wěn)定狀況的影響較小。但從四川境內(nèi)已建的巖溶區(qū)隧道（如銅鑼山、華鎣山、明月山等隧道）分析，隧道工程對周邊地表水、地下水的疏干影響較大，甚至很嚴(yán)重，根本無法恢復(fù)。對地表泉水的影響也是很大，如已建的銅鑼山、華鎣山、明月山等隧道上方及兩側(cè)2-3km范圍內(nèi)泉水基本被疏干，大多斷流。

長隧道對鐵路沿線溫泉的影響，主要視其有無揭露熱水含水層，有無改變溫泉的補(bǔ)給通道。長寧溫泉系深孔揭露深部的巖溶熱水層，淺部均屬侏羅系紅色碎屑巖，構(gòu)成熱儲(chǔ)的隔熱（水）蓋層，淺層地下水的局部疏干對之影響有限。對設(shè)計(jì)鐵路沿線的溫泉和熱水鉆孔的影響評(píng)價(jià)應(yīng)在工勘階段予以查明。

鐵路工程對線路兩側(cè)一定范圍內(nèi)具有一定的疏干作用，對于巖溶地區(qū)已有的供水工程影響較大。特別是位于隧道路基之上的地段，地下水位降低巨大，水資源流失和疏干作用明顯。據(jù)以往鐵路、公路隧道的施工涌水量分析，疏干區(qū)一般位于隧道兩側(cè)2～5km。

巖溶自然景觀是巖溶地區(qū)獨(dú)特的地貌與景觀標(biāo)志，興文是我省巖溶景觀發(fā)育和保留較好的區(qū)域，如孤峰、漏斗、巖溶峽谷、大型溶洞等，其中興文縣的石海洞鄉(xiāng)久負(fù)盛名。這些景觀多由巖石、洞穴、水相互映照，如著名的大漏斗、袁家洞等，都是巖溶作用的產(chǎn)物。鐵路施工，可能直接破壞這些景觀體，隧道施工會(huì)造成地下水疏干，水景觀消失或衰減而影響景觀效果，地下水位大幅下降會(huì)誘發(fā)地面塌陷，改變地面形態(tài)等。保護(hù)巖溶區(qū)的植被和水資源，應(yīng)盡量避免線路通過巖溶風(fēng)景區(qū)，盡量減少因鐵路施工造成的地表水、地下水疏干、植被破壞和棄渣堆放等。保持巖溶區(qū)植被茂盛、水源豐富、環(huán)境優(yōu)美。

4 對策措施

針對工作區(qū)線路巖溶工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，所采取的對策主要包括：

1）防護(hù)、加固、避讓、遷移等措施。加強(qiáng)對鐵路隧道、路基、橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的周邊地段（特別是斜坡地段、危巖、地面塌陷和沉降帶）的防護(hù)和加固處理。如具有特別重大的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)影響，應(yīng)考慮加以避讓和遷移。

2）對景觀保護(hù)應(yīng)提出補(bǔ)償、防護(hù)、減免措施。對鐵路沿線的景區(qū)，特別是鐵路建設(shè)和運(yùn)營期間有重大影響的核心景區(qū)，應(yīng)對景觀保護(hù)提出響應(yīng)的補(bǔ)償、防護(hù)和減免措施。

3）環(huán)境監(jiān)測與管理，建立環(huán)境管理信息系統(tǒng)。加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測與預(yù)防管理，建立鐵路工程環(huán)境管理信息系統(tǒng)。

4）加強(qiáng)工程與水文地質(zhì)勘察和研究。加強(qiáng)鐵路沿線，特別是重大工程的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘察和研究工作。

[1] 梁波 林光鑫等. 新建鐵路成都至貴陽線宜賓～鎮(zhèn)雄段巖溶工程地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R]．成都，2011

[2] 《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》（TB10049-2004）[S].

Karst Hidden Trouble and Countermeasures in Railway Construction Engineering

LIANG Bo

This paper deals with hydrogeological and Engineering Geological problems related to underground river, karst cave and karst funnel in Changning-Xingwen-Weixin section of the Chengdu-Guiyang Railway and puts forward some countermeasures.

railway construction; karst hidden trouble; countermeasure

P642.25

A

1006-0995（2015）01-0114-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.026

2014-03-18

梁波（1980-），男，四川遂寧人，工程師，長期從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)及巖土工程勘察工作