丹霞樞紐互通區(qū)下伏巖溶發(fā)育規(guī)律研究

黃曉明 李云安 張 涵

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

巖溶是地下水或地表水對具有可溶性的巖層進(jìn)行的化學(xué)方面的侵蝕和破壞所產(chǎn)生的溶洞現(xiàn)象[1-3]。巖溶的生成與所處的地質(zhì)條件和自然條件有直接關(guān)系，其發(fā)育過程是一個長期且復(fù)雜的過程，與地質(zhì)巖性、地質(zhì)構(gòu)造和地下水的運(yùn)動規(guī)律都有密切聯(lián)系。巖溶對道路工程有極大的影響和危害，其中隱伏型巖溶對地基的穩(wěn)定性造成巨大威脅[4]，而其發(fā)育形成與其所處環(huán)境、巖層物理性質(zhì)有很大關(guān)系，在施工中如果不能清楚的摸清楚溶洞的位置和形式，那么將直接威脅工程的使用。

1 工程概況

擬建丹霞樞紐互通位于廣東省韶關(guān)市仁化縣周田鎮(zhèn)，路線經(jīng)打鐵沖村與新建村。其中所穿的高速公路主線近南北向分布，互通區(qū)以橋梁及路基形式通過，線路上部為沖洪積平原，地形平緩，地勢相對平坦，以水田、魚塘為主，有一條水溝穿過；丘陵低山，山體高大、山坡較陡，植被發(fā)育，場區(qū)有粵贛高速、水泥路及在建的韶贛鐵路與外界相通，交通條件較好。場區(qū)地貌上屬于低山丘陵單元區(qū)。

1.1 地層巖性

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，位于粵湘褶皺帶的交界處。在漫長的地質(zhì)時期經(jīng)歷了多次和多種性質(zhì)的地殼運(yùn)動，場地發(fā)育F1,F2斷層。

1)F1正斷層：F1斷層在區(qū)內(nèi)未見露頭，于K249+416 m處南側(cè)200 m處山溝上測英脈裂面產(chǎn)狀為186°∠81°。組成物為碎裂巖、破碎的砂巖、頁巖、泥巖、石英脈等，屬壓扭性斷層。斷層上盤巖性為第三系丹霞群地層，紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。下盤為泥盆系鎢礦山組砂巖。F1斷層以填方路基形式通過互通區(qū)，對互通影響小。

2)F2走滑斷層：F2斷層與線路大角度相交，對線路影響小。斷層長約500 m，寬2 m～5 m，產(chǎn)狀為211°∠89°。斷面波狀，其組成物為破碎砂巖、糜棱巖、泥質(zhì)粉砂巖等。F2斷層以挖方路基通過互通區(qū)，對路基有影響，需注意。

2 巖溶發(fā)育規(guī)律

巖溶發(fā)育的基本條件可歸結(jié)為三個，即可溶性的巖石、具溶蝕能力的水和良好的地下水循環(huán)交替條件。工作區(qū)域內(nèi)巖溶分布廣泛，可溶性的碳酸鹽巖地層為泥盆系錫礦山組角礫狀灰?guī)r(D3x)，巖溶發(fā)育受多種因素的控制和影響，而其中最主要的就是地下水對巖溶的發(fā)育的影響。

2.1 地下水運(yùn)動規(guī)律

通過對丹霞互通區(qū)域的地質(zhì)調(diào)查并結(jié)合勘察資料進(jìn)行分析，已基本了解了互通區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)與巖溶發(fā)育特征：整體上互通區(qū)位于流域內(nèi)的匯水區(qū)域，來自東、西、南、北四個方向的地下水與地表水流經(jīng)此區(qū)域，且區(qū)域內(nèi)分布有泥盆系的碳酸鹽巖，巖溶發(fā)育，形成地下水的徑流通道。但具體的流動途徑仍然不明確，由此我們通過地下水連通試驗進(jìn)行進(jìn)一步了解。

地下水連通試驗:連通試驗是一種較為直接的研究地下水流動的技術(shù)，利用某種示蹤物質(zhì)在上游點的投放，并在下游點利用儀器進(jìn)行監(jiān)測，來證明是否有水力聯(lián)系。本次連通試驗采用的示蹤劑是熒光素Na和羅丹明WT，監(jiān)測儀器為多功能野外在線地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測儀(Ⅲ)。試驗共設(shè)置了2個投放點和6個接收點。在ZKB1投放點投放羅丹明WT，在ZKB2投放點投放熒光素Na，在ZKB3,ZKB4,ZKB5,ZKB6,ZKB7,ZKB8六個鉆孔處監(jiān)測。

根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)合地下水等水位線，畫出兩種示蹤劑在地下水中的運(yùn)移軌跡如圖1所示。由圖1可推測：地下水有南北向和東西向兩條主徑流帶，南北向和東西向主徑流帶在仁新線和韶贛線的交點附近交匯，兩條主徑流帶的交匯點可能是巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的區(qū)域，這與地下水等水位線圖中的地下水交匯區(qū)域一致。

2.2 區(qū)域整體情況

從整體上來說，通過統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)230個鉆孔數(shù)據(jù)，計算出區(qū)域內(nèi)的鉆孔巖溶能見率為66.09%，平均線巖溶率為27.09%，最大線巖溶率為80.49%。根據(jù)GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范對巖溶發(fā)育等級的界定，該地區(qū)為巖溶強(qiáng)發(fā)育(鉆孔巖溶能見率大于30%或線巖溶率大于20%)。區(qū)域內(nèi)共揭露基巖(D3x中風(fēng)化角礫狀灰?guī)r)溶洞454個，其中全充填溶洞247個(54.4%)，半充填溶洞71個(15.6%)，空溶洞136個(30.0%)，溶洞最大高度達(dá)40 m，跨度達(dá)45 m，局部區(qū)域呈串珠狀發(fā)育，溶洞發(fā)育標(biāo)高范圍為20 m～85 m，屬于覆蓋型溶洞。

大多數(shù)溶洞均有充填物，充填物多為軟塑～流塑狀粉質(zhì)黏土，且溶洞附近多伴有巖溶化灰?guī)r。區(qū)域內(nèi)由物探等手段探測出的WF1,F1和F2斷裂以及裂隙使得可溶巖的透水性增強(qiáng)，促進(jìn)水交替循環(huán)，加速了碳酸鹽巖的溶解。

2.2.1水平向發(fā)育規(guī)律

利用區(qū)域內(nèi)鉆孔資料，并結(jié)合地下水水位等值線圖分析，溶洞在水平上主要分布在地下水的3個匯集區(qū)以及地下水主徑流帶上。地下水匯集區(qū)由四周的地表水和降雨不斷補(bǔ)給，匯集區(qū)的水又不斷匯集到主徑流帶上，最后排至湞江，因此造成了匯集區(qū)和主徑流帶上不斷進(jìn)行著水循環(huán)交替，不斷的帶走次生沉積物，從而加速溶洞的形成和擴(kuò)大。故而，這些區(qū)域的巖溶較其他地段發(fā)育。

2.2.2垂直向發(fā)育規(guī)律

利用鉆孔資料，作出溶洞標(biāo)高分布范圍柱狀圖，如圖2所示?？梢钥闯?，區(qū)域內(nèi)溶洞主要分布在標(biāo)高20 m～85 m的范圍內(nèi)，由此可劃分為4個巖溶發(fā)育帶，分別為70 m～85 m,60 m～70 m,40 m～60 m,20 m～40 m。前兩段離第四系覆蓋層較近，后兩段頂板厚度較大。其中，高程40 m～60 m和60 m～70 m兩段溶洞數(shù)量最多，巖溶最為發(fā)育。

通過綜合整理巖溶發(fā)育的關(guān)聯(lián)因素，結(jié)合地下水運(yùn)動規(guī)律、研究區(qū)巖溶水平方向與垂直方向上的發(fā)育情況等進(jìn)行要素合并，通過克里金插值計算可得出互通區(qū)巖溶發(fā)育的危險區(qū)、強(qiáng)發(fā)育區(qū)、中等發(fā)育區(qū)、微發(fā)育區(qū)(見圖3)，由此可有針對性對不同片區(qū)進(jìn)行防治治理。

3 結(jié)論及建議

碳酸鹽巖分布于互通區(qū)域的東、西、北和中間位置，占地面積約為0.5 km2，區(qū)域內(nèi)巖溶強(qiáng)發(fā)育，具體表現(xiàn)為數(shù)量眾多、規(guī)模大小不一、形態(tài)復(fù)雜、連通性強(qiáng)。結(jié)合前期野外實地勘察、區(qū)域巖溶發(fā)育規(guī)律及評價結(jié)果，為防止巖溶誘發(fā)工程地質(zhì)問題，建議：1)對不穩(wěn)定空溶洞、半充填溶洞、土洞的處理，采取先充填、再夯實、后灌漿處理措施。宜采用先依次充填塊石、碎石、砂子，保證良好的顆粒級配，與此同時進(jìn)行錘擊夯實充填物，最后灌注混凝土，以提高整體承載力，達(dá)到良好的治理效果。2)對于全充填溶洞頂板破壞后可能造成的沉降，可直接采取壓力灌漿的方式處理下伏溶洞、土洞。區(qū)域內(nèi)全充填溶洞內(nèi)的充填物大部分為可塑、軟塑狀粉質(zhì)黏土，通過壓力注漿的方式可有效提高充填物整體的承載力。3)加強(qiáng)對危險區(qū)及強(qiáng)發(fā)育區(qū)的關(guān)鍵地段、關(guān)鍵位置的變形及地下水位的監(jiān)測，做到早發(fā)現(xiàn)、早治理，杜絕安全事故的發(fā)生。

[1] 弓俊偉.大瑤山隧道巖溶治理技術(shù)方法研究[D].桂林：桂林理工大學(xué)，2009.

[2] 劉自強(qiáng).瀘沽湖機(jī)場巖溶發(fā)育特征及地基穩(wěn)定性分析與評價[D].成都：成都理工大學(xué)，2011.

[3] 張 磊.鐵路路基巖溶穩(wěn)定性的分析與評價[J].廣東建材，2010(11):28-30.

[4] 姚裕春，李安洪.洛湛鐵路巖溶路基加固分析[J].鐵道工程學(xué)報，2009(6):41-43.