巖溶地區(qū)地下洞室勘測技術(shù)研究

申波

摘要：本文作者首先概述了我國巖溶地區(qū)地下建設的概況、簡介了需要勘測的內(nèi)容、需要用到那些技術(shù)以及一些問題的注意事項和解決方法。希望可以提供些許參考。

關鍵詞：巖溶地區(qū)；地下洞室勘測；技術(shù)研究

隨著我國在鐵路、公路、水利、采礦工程的地下工程建設中，巖溶地區(qū)的地下水、天然氣及其它不良工程地質(zhì)條件都是影響地下工程施工安全、工程質(zhì)量及結(jié)構(gòu)安全的主要因素，已得到廣泛的關注，并具有較多的研究成果，大幅度地降低了其危害程度。但是，地下工程的建設對周圍環(huán)境的破壞，特別是對巖溶地區(qū)地下工程標高以上地區(qū)的水、土資源將會造成較大的影響，甚至可能對該地區(qū)整個水、土環(huán)境造成破壞，逐漸引起社會各界的重視。

因此，研究和預測巖溶地區(qū)地下工程建設對環(huán)境的影響具有重大的現(xiàn)實意義。通常，我國巖溶地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造十分復雜，各種時代、各種成因的巖溶十分發(fā)育，鐵路、公路、水利工程中地下工程特別是長大地下工程的建設會嚴重影響工程所在地的地下水、地表水環(huán)境，從而給巖溶地下地區(qū)的環(huán)境造成改變和破壞。因此，重視和研究巖溶地區(qū)地下工程建設對環(huán)境的影響，提出相應的治理措施和對策，具有十分重要的經(jīng)濟和社會意義。

一、地下洞室?guī)r溶工程地質(zhì)問題勘測內(nèi)容

（1）地下洞室?guī)r溶工程地質(zhì)勘察應在調(diào)查區(qū)域巖溶發(fā)育特征和水文地質(zhì)條件的基礎上進行。（2）調(diào)查洞室內(nèi)的地形地貌特征，研究不同地形地貌條件對巖溶發(fā)育的影響。（3）查明地下洞區(qū)碳酸鹽巖的類別、分布、產(chǎn)狀、厚度及其與非碳酸鹽巖層的組合情況。（4）查明地下洞室區(qū)的褶皺形態(tài)、性質(zhì)、特征等，研究不同構(gòu)造部位對巖溶發(fā)育和形態(tài)的影響。（5）查明地下洞室區(qū)主要斷層的結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、性質(zhì)、規(guī)模、延伸情況，及其位置與洞室的關系，研究斷層對巖溶巖層切割錯位情況，斷層與巖溶發(fā)育關系。（6）調(diào)查地下洞室區(qū)的重要巖溶現(xiàn)象，特別是溶洞、溶隙、落水洞、管道、地下暗河等的分布、位置、形態(tài)、規(guī)模、填充情況以及它們與洞室的關系。（7）查明洞室區(qū)各巖溶含水層的地下水位、動態(tài)規(guī)律及最高、最低水位，劃分巖溶含水和相對隔水層，查明巖溶泉的出露位置、泉水動態(tài)，查明含水層和相對隔水層遭受斷層切割的情況，收集歷史暴雨強度資料。（8）根據(jù)地下水與河水的補排關系，確定洞室區(qū)水動力條件；按地下循環(huán)條件，劃分巖溶水動力帶，并判斷隧洞所處的地下水循環(huán)帶位置。

二、地下洞室?guī)r溶工程勘測技術(shù)

（一）地質(zhì)測繪及巖溶調(diào)查

（1）引水線路區(qū)的測繪和調(diào)查范圍應包括各比較線路及其兩側(cè)各500～1000m的地帶。當巖溶管道水系統(tǒng)規(guī)模較大并對隧洞影響較大時，地質(zhì)測繪及調(diào)查的范圍應不限于要求，而應適當擴大至補給區(qū)，以方便對該巖溶管道系統(tǒng)的補給、徑流、排泄條件進行宏觀分析判斷，有利于評價巖溶及地下水對地下洞室的影響。（2）巖溶地區(qū)隧洞線路的測繪比例尺一般選用1： 10000，當巖溶水文地質(zhì)條件極為復雜時，測繪比例尺可選用

1： 5000。

（二）初期勘探技術(shù)

地質(zhì)雷達探測

地質(zhì)雷達探測是利用高頻電磁波（主頻為數(shù)十數(shù)百乃至數(shù)千兆赫）以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過發(fā)射天線向地下發(fā)射，當遇到地下地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時發(fā)生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天線接收并由主機記錄下來，形成雷達剖面圖。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁波場強度以及波形將隨所通過介質(zhì)的電磁特性及其幾何形態(tài)而發(fā)生變化。因此，根據(jù)接收到的電磁波特征，即波的旅行時間（亦稱雙程走時）、幅度、頻率和波形等，通過雷達圖像的處理與分析，可確定地下界面或目標體的空間位置或結(jié)構(gòu)特征。適用于淺層覆蓋層分層、巖溶及構(gòu)造破碎帶、滑坡和塌陷等地質(zhì)災害的探測，探測深度一般在15m以內(nèi)較為準確。

三、CT物探

CT物探探測原理為：完整巖體對電磁波表現(xiàn)為低吸收，當巖體中存在斷層破碎帶、軟弱夾層、巖溶洞穴時，電磁波響應會因其影響程度不同而發(fā)生相應變化，即對電磁波的吸收會增高，利用電磁波吸收系數(shù)的變化，并結(jié)合地質(zhì)情況即可推斷巖溶分布及發(fā)育特征，也可用于圈定構(gòu)造破碎帶等。CT物探適用于在30一50m深巖層中探測。

四、巖溶地區(qū)水、土保護措施初探

我們認為，對巖溶地區(qū)地下工程建設對環(huán)境的影響和破壞進行專門的評價，特別是對水環(huán)境的影響評價具有重要意義，確保地下工程建設中對環(huán)境問題認識的超前性和治理方案的針對性。

（一）加強檢測

加強超前地質(zhì)預測、預報巖溶大突水、突泥工作，了解封堵圍巖粗大出水管道后2次襯砌的襯背水壓力的大小及其變化，提高圍巖止水與加固效果，減少地下水通過巖溶管道流失和造成古巖溶激活的可能性，保護地下水資源，維護現(xiàn)有沙土環(huán)境。

（二）高外水壓力問題及其處理

外水壓力為隧洞涌水作用在隧洞襯砌結(jié)構(gòu)上的水壓力。在采用經(jīng)驗公式確定其值時，外水壓力的大小取決于隧洞涌水介質(zhì)形式、涌水水頭。如果涌水介質(zhì)為管道、洞穴，水頭折減系數(shù)就大，外水壓力值就大；若為破碎帶或裂隙巖體，其水頭折減系數(shù)小，外水壓力值就小。如廣西天生橋二級Ⅰ號引水隧洞2+256樁號右壁沿白云質(zhì)灰?guī)r中發(fā)育的巖溶管道發(fā)生大涌水。隧洞開挖至2+256樁號時，隧洞切斷巖溶管道，小管道坡度45度時，隧洞切，延伸至隧洞底板以下。管道斷面直徑1～1.5m，局部擴大為5～7m溶洞，暴雨時沿管道涌水，流量最大達1m3/s。封堵管道出口后從旁邊另沖出一涌水口，噴距達5m。經(jīng)過勘測后，推測外水壓力約2.8MPa，隧洞采用加厚襯砌處理，解決了高外水壓力問題。

五、結(jié)語

綜上所述，水電工程探測工作是水電工程施工的重要環(huán)節(jié)。本文重點對地下洞室?guī)r溶工程常見的地質(zhì)問題進行分析，對洞室?guī)r溶工程勘測過程中常見的問題進行了探討，并結(jié)合實際案例對處理措施進行了分析。

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