西南及鄰區(qū)高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)研究

杜宇本,蔣良文,胡清波,崔建宏,毛邦燕,馮 濤

(1.中鐵二院勞模(專家)地質創(chuàng)新工作室,成都 610031； 2.中國鐵路總公司工程設計鑒定中心,北京 100844)

引言

全球巖溶總面積約2 200萬km2，我國巖溶面積約344萬km2，占國土面積的1/3，主要分布于川渝、滇黔桂、湘鄂等西南及鄰區(qū)[1，2，5，14]。西南及鄰區(qū)位于我國第一、第二、第三地勢階梯及其地形急變帶，地形地貌復雜多樣，可溶巖廣泛分布，巖溶發(fā)育程度高度不均一、形態(tài)各異，巖溶水系統(tǒng)復雜，給我國高速鐵路建設帶來了極大挑戰(zhàn)。西南及鄰區(qū)高速鐵路橋隧比重大，深埋長大隧道、高墩大跨特殊結構橋梁和深挖高填路基工點多，遇到的巖溶工程地質問題及其誘發(fā)災害復雜多樣[15-20]。

目前巖溶工程分區(qū)[5-12]主要為巖溶相關研究單位就公路建設而偏重于自然-氣候體系劃分的，其對地形地貌、地質條件等對路基路面的影響和地質災害、公路病害涉及較少。如何開展復雜巖溶地區(qū)高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)，目前還沒有可以借鑒的標準。因此開展高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)，對西南及鄰區(qū)復雜巖溶區(qū)高速鐵路建設，具有重要指導意義。

1 高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)的目的

根據西南及鄰區(qū)可溶巖分布情況，地形地貌、氣候特征與巖溶發(fā)育特征和高速鐵路建設所面臨的主要巖溶工程地質問題[21-25]，開展高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)，以利于針對不同的巖溶工程分區(qū)特點，制定相應的勘察方案，采用不同的勘察方法，以期查明復雜的巖溶工程地質問題，便于采取相應工程措施，規(guī)避工程風險。

2 高速鐵路巖溶工程分區(qū)的原則

根據西南及鄰區(qū)地形地貌、氣候條件、巖溶發(fā)育和分布規(guī)律，結合高速鐵路建設所面臨的主要巖溶工程地質問題，高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)原則如下。

第一級巖溶分區(qū)，按照地形地貌和氣候條件，高速鐵路建設面臨的主要工程地質問題，進行鐵路巖溶工程地質分區(qū)。

第二級巖溶分區(qū)是巖溶亞區(qū)，按照地形地貌、巖性、構造、巖溶發(fā)育和巖溶水系統(tǒng)特征，結合高速鐵路修建遇到的主要巖溶工程地質問題等方面組合因素考慮，進一步細分為亞區(qū)。

3 高速鐵路巖溶工程分區(qū)

3.1 高速鐵路巖溶工程分區(qū)

根據分區(qū)原則，西南及鄰區(qū)第一級鐵路巖溶工程地質分區(qū)包括高原巖溶區(qū)(A)(面積2 220 213 km2，巖溶區(qū)面積3 838 787 km2)、斜坡過渡帶巖溶區(qū)(B)(面積1 613 903 km2，巖溶區(qū)面積478 408 km2)、巖溶化平原區(qū)(C)(面積1 173 445 km2，巖溶區(qū)面積117 053 km2)三大區(qū)，在此基礎上細分為17個亞區(qū)，各亞區(qū)特征見表1。

表1 西南及鄰區(qū)高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)特征

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

(1)高原巖溶區(qū)(A)：包括青藏高原剝蝕亞區(qū)(A1)、滇東南溶原—峰林高原亞區(qū)(A2)、滇東溶原—丘峰高原斷陷盆地亞區(qū)(A3)三個亞區(qū)。分布于青藏高原，云南中部、東部、南部，貴州西部等地方。

(2)斜坡過渡帶巖溶區(qū)(B)：包括青藏高原溶蝕—剝蝕亞區(qū)(B1)，秦嶺—大巴山、米倉山中山—山地亞區(qū)(B2)，川鄂溶洼—丘峰山地亞區(qū)(B3)，四川盆地亞區(qū)(B4)，鄂黔溶洼—丘峰山地亞區(qū)(B5)，川西南峽谷—山地亞區(qū)(B6)，黔西溶洼—丘峰山原亞區(qū)(B7)，滇西中山及高山山地亞區(qū)(B8)，黔中溶原—丘峰與峰林山原亞區(qū)(B9)，黔桂溶洼-峰林山地區(qū)亞區(qū)(B10)十個亞區(qū)。分布于青藏高原東南部、四川、重慶、湖北、貴州西北部、云南西部、廣西北部等地。

(3)巖溶化平原區(qū)(C)：包括長江中下游溶原—丘峰與丘陵亞區(qū)(C1)，湘贛溶盆—丘峰山地與丘陵亞區(qū)(C2)，粵桂溶原—峰林平原亞區(qū)(C3)，華東南沿海丘陵盆地亞區(qū)(C4)四個亞區(qū)。分布于華東、華南地區(qū)，分布范圍較廣。溶原—丘峰、巖丘、低山與丘陵、平原等巖溶地貌為主，巖溶水系統(tǒng)以褶皺型為主，部分地方覆土厚。該區(qū)地形起伏不大，鐵路工程以路基、橋梁為主，長隧道分布較少。

3.2 高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)特征

(1)四川、重慶、湖北西部、貴州等地巖溶，地形復雜，部分地段江河深切，褶皺、斷裂發(fā)育，有高原巖溶區(qū)(A)與斜坡過渡帶巖溶區(qū)(B)共存穿插，巖溶水系統(tǒng)復雜，類型較多。

(2)高原巖溶區(qū)(A)：除青藏高原剝蝕亞區(qū)(A1)巖溶水系統(tǒng)復雜，一般是巖溶裂隙水。其他亞區(qū)巖溶廣泛分布，發(fā)育溶原面，分布眾多斷陷溶盆，溶洼、丘峰、峰林高原等巖溶形態(tài)發(fā)育，巖溶形態(tài)復雜。巖溶水系統(tǒng)類型較多，巖溶水系統(tǒng)主要受巖性、構造地形控制，管道水和巖溶裂隙水發(fā)育。

(3)斜坡過渡帶巖溶區(qū)(B)：主要分布于怒江、瀾滄江、長江、烏江、珠江流域，該區(qū)地形起伏大，山高谷深。深切河流為各巖溶水系統(tǒng)侵蝕基準面，往往形成受構造控制相對獨立的巖溶水系統(tǒng)，管道流發(fā)育，同時封閉構造形成的巖溶水系統(tǒng)存在較高壓力的承壓水。

(4)巖溶化平原區(qū)(C)：溶原—丘峰、巖丘、低山與丘陵、平原等巖溶地貌為主，巖溶水系統(tǒng)以褶皺型為主，部分地方覆土厚。該區(qū)地形起伏不大，鐵路工程以路基、橋梁為主，長隧道分布較少。

(5)三大區(qū)主要巖溶工程地質問題具有共性、重疊性，同時具有差異性。具體表現在：巖溶高原區(qū)(A)主要巖溶工程地質是隧道巖溶涌水突泥，巖溶地面塌陷，局部存在危巖落石；斜坡過渡帶巖溶區(qū)(B)主要巖溶工程地質是隧道巖溶涌水突泥，大型溶洞失穩(wěn)，危巖落石，巖溶水環(huán)境劣化等；巖溶化平原區(qū)(C)主要巖溶工程地質是巖溶地面塌陷、橋基礎成樁困難。

4 結論

(1)根據西南及鄰區(qū)可溶巖分布情況，地形地貌、氣候特征與巖溶發(fā)育特征和高速鐵路建設所面臨的主要巖溶工程地質問題，開展高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)，以利于針對不同的巖溶工程分區(qū)特點，制定相應的勘察方案，采用不同的勘察方法，以查明復雜的巖溶工程地質問題，采取相應工程措施，規(guī)避工程風險。

根據西南及鄰區(qū)地形地貌、氣候條件、巖溶發(fā)育和分布規(guī)律，結合高速鐵路建設所面臨的主要巖溶工程地質問題，高速鐵路巖溶工程地質分區(qū)原則如下。

第一級巖溶分區(qū)，按照地形地貌和氣候條件，高速鐵路建設面臨的主要工程地質問題，進行鐵路巖溶工程地質分區(qū)。

第二級巖溶分區(qū)是巖溶亞區(qū)，按照地形地貌、巖性、構造、巖溶發(fā)育和巖溶水系統(tǒng)特征，結合高速鐵路修建遇到的主要巖溶工程地質問題等方面組合因素考慮，進一步細分為亞區(qū)。

(2)西南及鄰區(qū)巖溶工程分區(qū)一級分區(qū)按照地形地貌和氣候條件，高速鐵路建設面臨的主要工程地質問題，劃分為高原巖溶區(qū)(A)、斜坡過渡帶巖溶區(qū)(B)、巖溶化平原區(qū)(C)等3個巖溶工程地質分區(qū)。二級分區(qū)在一級分區(qū)基礎上，按照地形地貌、巖性、構造、巖溶發(fā)育和巖溶水系統(tǒng)特征，結合高速鐵路修建遇到的主要巖溶工程地質問題等方面組合因素考慮，進一步細分為17個亞區(qū)。

(3)三大區(qū)主要巖溶工程地質問題具有共性、重疊性，同時具有差異性。具體表現在：巖溶高原區(qū)(A)主要巖溶工程地質是隧道巖溶涌水突泥，巖溶地面塌陷，局部存在危巖落石；斜坡過渡帶巖溶區(qū)(B)主要巖溶工程地質是隧道巖溶涌水突泥，大型溶洞失穩(wěn)，危巖落石，巖溶水環(huán)境劣化等；巖溶化平原區(qū)(C)主要巖溶工程地質是巖溶地面塌陷、橋基礎成樁困難。