巖溶地區(qū)鐵路工程地質(zhì)勘察對(duì)策

王 勇

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巖溶地區(qū)鐵路工程地質(zhì)勘察對(duì)策

王 勇

巖溶對(duì)鐵路工程危害很大,是鐵路建設(shè)中的一個(gè)重要工程地質(zhì)問(wèn)題。結(jié)合我國(guó)西南巖溶地貌連續(xù)分布，面積最大最廣發(fā)育類(lèi)型最齊全，其中桂林建立了國(guó)內(nèi)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，對(duì)桂林地區(qū)的巖溶發(fā)育程度進(jìn)行了深入的研究。本文在認(rèn)真分析總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，充分利用到自己的工作中，通過(guò)介紹已建成鐵路遇到的巖溶問(wèn)題實(shí)例,闡述了巖溶對(duì)鐵路工程造成的主要危害是突水突泥和路基塌陷,總結(jié)了在鐵路勘察中對(duì)某隧道進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)繪調(diào)查勘察以及勘探等措施，在后來(lái)的施工中做出了較為準(zhǔn)確的評(píng)判起到了很好的指導(dǎo)作用。

巖溶地區(qū)；鐵路工程；地質(zhì)勘察對(duì)策

0引言

巖溶地貌在我國(guó)分布廣泛，這種地質(zhì)裂紋和孔洞較多，地表容易出現(xiàn)天坑和洼地等特殊地形，在工程建設(shè)中這種地形地貌的難度是很大的，然而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的深化以及鐵路工程向西南延伸，工程建設(shè)項(xiàng)目位于巖溶地貌區(qū)是必然面對(duì)的一個(gè)現(xiàn)實(shí)。而這會(huì)導(dǎo)致鐵路工程在建設(shè)中出現(xiàn)很多工程勘察中的技術(shù)問(wèn)題，工程技術(shù)人員和科研人員必須不斷在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從而更好地服務(wù)于西南地區(qū)的工程建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1案例

某隧道屬剝蝕丘陵地貌區(qū)，山體海拔高程260～360m，相對(duì)高差5～50m，邊坡的自然坡度一般為15度到55度之間，山坡覆蓋薄土，見(jiàn)基巖（灰?guī)r）出露，植被不發(fā)育。溶溝槽內(nèi)充滿黃色粘土，隧道穿過(guò)一座獨(dú)立山體。

地下水補(bǔ)給、徑流、流量主要受地形控制?；鶐r中裂隙水豐富，但分布不均勻。地下水的數(shù)量受季節(jié)變化的影響，這是由大氣降水和地表水補(bǔ)給。基巖中裂隙-溶隙水較豐富，但其分布具不均一性。經(jīng)調(diào)查地面附近山體偶見(jiàn)溶洞溶隙，巖溶中等發(fā)育。在施工開(kāi)挖中洞身可能會(huì)遇干溶洞，隧道處于巖溶水垂直循環(huán)帶，平常無(wú)水，雨季施工中會(huì)遇到較大涌水。隧道最大埋深為100米，據(jù)工程勘測(cè)分析洞身中部巖溶中等發(fā)育，故應(yīng)存在個(gè)別溶蝕通道。因此，有必要加強(qiáng)整個(gè)隧道的地質(zhì)預(yù)勘測(cè)與預(yù)報(bào)，以防止多降雨時(shí)節(jié)的開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)大涌水。當(dāng)隧道底板與溶洞及槽段吻合時(shí)，應(yīng)及時(shí)回填，回填工程之前徹底清除溶洞溶槽充填物，同時(shí)放入C25片石混凝土，填料標(biāo)準(zhǔn)滿足相應(yīng)部位要求，以便于加強(qiáng)拱墻襯砌的支護(hù)。

2常用勘測(cè)方法

2.1工程測(cè)繪與調(diào)查

實(shí)地調(diào)查巖溶區(qū)的地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)，通過(guò)人工的測(cè)試，定位，從宏觀了解當(dāng)?shù)貛r溶地形發(fā)展的區(qū)域分布特征，從而確定工程勘探的下一步工作該如何開(kāi)展。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，是最基礎(chǔ)也是最實(shí)用的一個(gè)野外工程地質(zhì)勘測(cè)辦法。

2.2地球物理勘探方法

一般應(yīng)用在勘探測(cè)繪復(fù)雜巖溶地貌環(huán)境，為了確定巖溶洞穴的位置、深度、塌陷程度、形態(tài)等詳細(xì)數(shù)據(jù)，會(huì)采用一些輔助工程儀器，利用地球自身的物理性質(zhì)，例如無(wú)線電波、電阻率、反射波、重力等物理方法，配合地質(zhì)雷達(dá)與層析分析成像設(shè)備，采納透射法等方法，對(duì)巖溶地區(qū)的差異性形態(tài)與實(shí)際狀況進(jìn)行較為精確的測(cè)繪。

2.3遙感技術(shù)

遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于對(duì)地球的地理特性、資源存在、地區(qū)特征進(jìn)行獲取。自上世紀(jì)七十年代后我國(guó)引進(jìn)先進(jìn)的各類(lèi)遙感技術(shù)，輔以雷達(dá)、紅外線與航拍等多種遙感技術(shù)，對(duì)我國(guó)的廣大有待勘測(cè)的地區(qū)的勘探進(jìn)度與效率起到了極大的提升。遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能勘探到很大范圍的地區(qū)，同時(shí)具有反復(fù)勘探提高精度的好處。這一技術(shù)應(yīng)用于巖溶地區(qū)的地質(zhì)勘測(cè)中，就可以有效地把握巖溶的層次性與地區(qū)特性，確定地質(zhì)構(gòu)成，有助于開(kāi)挖鐵路工程隧道時(shí)避開(kāi)巖質(zhì)更脆弱的部位。

2.4工程地質(zhì)原位測(cè)試技術(shù)

動(dòng)力觸探試驗(yàn)的一般使用，有助于對(duì)溶洞和土洞充填物的測(cè)定。由于巖溶地貌的承載力較差，地質(zhì)建設(shè)中很容易在填充中塌陷。這一測(cè)試技術(shù)的施工簡(jiǎn)單，而且使用成本低，而且使用的多而成熟，所以較為廣泛的應(yīng)用。

2.5示蹤試驗(yàn)

使用可見(jiàn)的化學(xué)染料示蹤劑，能有效地對(duì)巖溶地貌的水文活動(dòng)和水系連接進(jìn)行跟蹤調(diào)查，從而確定巖溶地區(qū)的水位、水系等，這種方法很簡(jiǎn)單也很可靠，但是有些巖溶地區(qū)沒(méi)有地下水，那就無(wú)法使用，受到限制。

2.6模型試驗(yàn)

在之前的人力測(cè)繪中，可以對(duì)巖溶地區(qū)的大體土層、地質(zhì)、水文進(jìn)行了簡(jiǎn)單的確定，進(jìn)而進(jìn)行一定規(guī)模的模擬試驗(yàn)，然后觀察試驗(yàn)結(jié)果，得出模型結(jié)論，進(jìn)而確定工程地區(qū)的各類(lèi)條件。

2.7插釬

將一定長(zhǎng)度的鋼筋間隔插入覆土層，用于研究喀斯特洞穴在土壤中的發(fā)育過(guò)程。例如，在桂林地區(qū)的勘測(cè)活動(dòng)中，首先是要找出是否有一個(gè)溶洞在土壤中或崩潰軟層在土壤中。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單，成本低下。

在西南巖溶地質(zhì)條件下進(jìn)行工程施工，應(yīng)采用多種方法進(jìn)行綜合勘察，相互印證以保證勘察資料的準(zhǔn)確性。

3不同巖溶發(fā)育地區(qū)的勘察對(duì)策

在進(jìn)行桂林巖溶地區(qū)的鐵路工程建設(shè)，我們應(yīng)該根據(jù)不同地區(qū)的生長(zhǎng)特性和分布情況，并結(jié)合具體實(shí)際，選擇合適的技術(shù)與方法，根據(jù)其具體巖溶發(fā)育情況進(jìn)行勘探。

3.1巖溶徑流區(qū)和補(bǔ)給區(qū)工程勘察

巖溶地區(qū)的地下水一般與巖溶地區(qū)的發(fā)展強(qiáng)相關(guān)性，經(jīng)水蝕作用形成峰叢、石芽、溶洞和倒斗，特性呈現(xiàn)密集排列的垂直發(fā)展。具有淺層且大小不一的特點(diǎn)。特殊地區(qū)如土壤覆蓋區(qū)和水蝕槽頂部容易在外力作用下形成土洞。但必須指出的是，原來(lái)的巖溶徑流面積由于地殼運(yùn)動(dòng)將成為新的干性溶洞，需要加強(qiáng)勘測(cè)。

3.2巖溶排泄區(qū)工程勘察

地下水的排泄面積包括流域邊緣的大部分和溶洞、地下河，大部分裸露的地下水規(guī)模是非常大的，有利于集中的地下水排水。覆蓋的喀斯特洞穴大部分呈管道狀，埋藏在第四紀(jì)地層之下，與巖溶地區(qū)相連。但是巖溶地區(qū)地下水排泄區(qū)在開(kāi)采過(guò)程中容易發(fā)生一些災(zāi)害，會(huì)導(dǎo)致工程地帶的地下水的不穩(wěn)定或下沉，從而導(dǎo)致了在開(kāi)采過(guò)程中，在開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的地下水污染與破壞。巖溶水蝕而成的天然水道一般發(fā)育很好，沒(méi)有特別多的阻塞物，單井涌水大，井水渾濁。上覆土層薄，一般不到三十米，在喀斯特礦區(qū)的水，很容易造成塌陷或塌陷，而喀斯特出水口不易確定，那么由此產(chǎn)生的坍塌位置很難判斷，對(duì)工程危害極大。

4不同階段巖溶地區(qū)勘察對(duì)策

在進(jìn)行鐵路工程建設(shè)之前，無(wú)論是地基打樁還是隧道開(kāi)挖，都需要對(duì)地質(zhì)的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)特性、潛在威脅地段進(jìn)行查明。而一個(gè)建設(shè)工程的施工過(guò)程中，需要經(jīng)歷幾個(gè)時(shí)期的勘探工作。而每個(gè)階段的巖溶地區(qū)勘測(cè)，都因?yàn)楦髯蕴攸c(diǎn)需要不同的手段和技術(shù)，來(lái)滿足所需要的勘測(cè)需求。

4.1可行性研究勘察階段

這一階段，主要的勘察對(duì)象為巖溶發(fā)育的洞穴與縫隙情況，以及它們的成形狀況，是否結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。對(duì)其可能在施工過(guò)程中出現(xiàn)的變化做出預(yù)計(jì)與評(píng)估，通常采用實(shí)地人工測(cè)繪方法，同時(shí)輔以各種儀器，進(jìn)行較為精確的聲波、重力等物理勘察。

4.2初步勘察階段

找出巖溶溶洞和土洞的發(fā)育程度和規(guī)律，評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性。根據(jù)地址發(fā)育狀態(tài)的具體情況，分析巖溶洞隙及伴生土洞的具體參數(shù)，并分析其地表沉降、分區(qū)的分布與發(fā)育程度。同樣適宜采用人工工程地質(zhì)測(cè)繪，輔以無(wú)線電波、電阻率、反射波等方法，發(fā)現(xiàn)在該地區(qū)的物理特性是否有異常，之后要多做一步工作，就是選取某部分進(jìn)行鉆孔檢驗(yàn)，確定所選取的鉆孔區(qū)具有代表性。鉆孔深度應(yīng)穿過(guò)巖溶地區(qū)表面，深入到溶洞內(nèi)。

4.3詳細(xì)勘察階段

應(yīng)確定隧道工程的施工具體范圍，或施工建設(shè)可能涉及到哪幾部分溶洞和溶洞近土區(qū)的建設(shè)狀態(tài)，位置，大小，深度，圍巖成分。還要對(duì)埋藏地下水的水系、水位進(jìn)行確定，并對(duì)地基穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。西南地區(qū)的工程建設(shè)開(kāi)發(fā)，需要探明到某些特定的土層所含有的洞穴與溶洞群。第一類(lèi)是土層較薄，土壤裂隙較多的巖溶地貌區(qū)。第二類(lèi)是巖石表面開(kāi)放性裂隙的發(fā)育及巖體或巖體的轉(zhuǎn)移。第三類(lèi)是兩條構(gòu)造裂縫或?qū)捔芽p帶的交點(diǎn)。第四類(lèi)是不規(guī)則的地形以及隱藏較深的深層巖溶洞穴等。第五類(lèi)是降水漏斗的中心部分。由于巖溶巖石的水滲透性是相當(dāng)均勻的，最好選擇在漏斗中的地下水流量的上游部分，并且當(dāng)水是集中的，應(yīng)選擇的下游部分的地下水流量的地下水流的選擇。最后就是低洼地區(qū)及近地表水域。

5結(jié)束語(yǔ)

綜合各種方法進(jìn)行勘探，在我國(guó)西南地區(qū)修筑鐵路隧道的時(shí)候進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查是必要的。由于西南地區(qū)各個(gè)巖溶地貌地形區(qū)的發(fā)育程度不一樣，所以在實(shí)際施工中，所需要解決的問(wèn)題就很復(fù)雜，就需要工程師結(jié)合工程建設(shè)地的具體情況，采用成本最低、效果最好的勘測(cè)對(duì)策，去摸清楚巖溶的發(fā)育情況和分布規(guī)律，從而為鐵路工程的隧道挖掘提供有效的數(shù)據(jù)，幫助施工的安全、有效進(jìn)行。同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)每一次施工的總結(jié)，以促進(jìn)我國(guó)西南地區(qū)的鐵路工程建設(shè)滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

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1007-6344（2017）03-0369-01