巖溶地區(qū)地下洞室勘測技術(shù)研究

朱代強(qiáng)

摘要：本文首先對巖溶地區(qū)地下洞室勘測的內(nèi)容進(jìn)行了分析，然后對具體的勘測技術(shù)進(jìn)行了介紹，詳述了施工中勘測工作的重點(diǎn)，對勘測中常見問題以及問題的處理措施進(jìn)行了分析。通過上述研究可進(jìn)一步分析地下洞室的破壞原理，保證地下洞室施工的正常開展。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū) 地下洞室 勘測技術(shù) 物探 水文地質(zhì)

在水電工程建設(shè)中地質(zhì)勘測是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，從工程地質(zhì)編錄的實(shí)現(xiàn)方式和地質(zhì)測繪方式來看：當(dāng)前主要使用路線測繪法、地質(zhì)點(diǎn)測法、實(shí)測剖面法等。受交通條件、作業(yè)環(huán)境等影響，主要勘測工作以地質(zhì)測繪、巖溶水文地質(zhì)分析及少量物探為主，開展大規(guī)模的重型勘探工作不現(xiàn)實(shí)，其控制范圍也較為有限。通過施工地質(zhì)編錄與分析，驗(yàn)證前期分析資料，尤其是巖溶發(fā)育規(guī)律及規(guī)模、突水等巖溶地質(zhì)問題，并及時(shí)提出地質(zhì)預(yù)報(bào)，為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供詳細(xì)的地質(zhì)資料。

1.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(yīng)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(chǔ)上進(jìn)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(guān)系，研究斷層對巖溶巖層切割錯(cuò)位情況，斷層與巖溶發(fā)育關(guān)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(guān)系。（7）查明洞室區(qū)各巖溶含水層的地下水位、動(dòng)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(dòng)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(qiáng)度資料。（8）根據(jù)地下水與河水的補(bǔ)排關(guān)系，確定洞室區(qū)水動(dòng)力條件；按地下循環(huán)條件，劃分巖溶水動(dòng)力帶，并判斷隧洞所處的地下水循環(huán)帶位置。

2.地下洞室?guī)r溶工程勘測技術(shù)

2.1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(yīng)包括各比較線路及其兩側(cè)各500～1000m的地帶。當(dāng)巖溶管道水系統(tǒng)規(guī)模較大并對隧洞影響較大時(shí)，地質(zhì)測繪及調(diào)查的范圍應(yīng)不限于要求，而應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大至補(bǔ)給區(qū)，以方便對該巖溶管道系統(tǒng)的補(bǔ)給、徑流、排泄條件進(jìn)行宏觀分析判斷，有利于評(píng)價(jià)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(dāng)巖溶水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜時(shí)，測繪比例尺可選用1：5000。

2.2使用綜合物探手段對引水隧洞通過段勘測

（1）巖溶地區(qū)引水隧洞通過地段多山高坡陡、溝壑縱橫，除局部淺埋過溝段外，不宜采用重型勘探工作，而多采用綜合物探手段勘測巖溶發(fā)育強(qiáng)度、大洞穴位置及地下水位。例如，天生橋二級(jí)水電站早期隧洞區(qū)物探調(diào)查一般采用地震勘探或電法勘探。前期調(diào)查深度較淺，對深部巖溶調(diào)查基本無能為力。后者主要用于調(diào)查巖溶管道的位置若地下水集中滲流帶的位置；但由于其多解性，且隧洞區(qū)不可能采用大規(guī)模的鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，故電法勘探的精度與較低。隨著物探技術(shù)的發(fā)育，至后期一般采用四通道電導(dǎo)率連續(xù)成像系統(tǒng)（EH-4）、可控源音頻大地電磁測深法（GDP32、V6、V8）等方法，探測洞室附近的洞穴和巖溶發(fā)育帶位置和規(guī)模。

（2）對過溝淺埋段或地下廠房區(qū)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)測繪或EH-4等調(diào)查可能存在影響工程建設(shè)的巖溶洞穴時(shí)，應(yīng)結(jié)合勘探鉆孔，采用鉆孔層析成像方法，探測鉆孔及孔間的巖溶發(fā)育情況。

2.3水文地質(zhì)復(fù)雜地段的勘測方法

（1）隧洞線路的鉆孔宜布置在地形低洼、巖溶發(fā)育、水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地段，可能存在大洞穴、大斷層、低水位帶部位應(yīng)布置專門性鉆孔。

（2）鉆孔深度應(yīng)進(jìn)入洞室底板以下10～30m，或達(dá)到地下水位，或大洞穴底板以下，建筑物區(qū)的鉆孔深度應(yīng)視具體要求而定。

2.4水文地質(zhì)試驗(yàn)與測試技術(shù)

（1）根據(jù)隧洞區(qū)巖溶水文地質(zhì)條件，可采用連通試驗(yàn)，對隧洞區(qū)巖溶管道水系統(tǒng)的補(bǔ)給、徑流、排泄條件進(jìn)行分析論證。

（2）隧洞區(qū)鉆孔受供水條件、鉆孔深度等因素影響可不進(jìn)行壓水試驗(yàn)，但所有鉆孔均應(yīng)進(jìn)行地下水位觀測。對可能影響并導(dǎo)致隧洞發(fā)生巖溶涌水等問題的大泉水，應(yīng)進(jìn)行長期觀測。

（3）隧洞區(qū)應(yīng)取鉆孔水位（必要時(shí)分層取水樣）、泉水水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，據(jù)其水化學(xué)成分，分析其滲流條件。

3.施工期間地質(zhì)勘測工作要點(diǎn)

施工期地質(zhì)工作要點(diǎn)如下：

（1）隧洞室開挖，編錄和測繪揭露的斷層帶、破碎帶、巖溶現(xiàn)象和水文地質(zhì)情況。

（2）對前期資料進(jìn)行驗(yàn)證、分析，并及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)測可能出現(xiàn)的巖溶地質(zhì)問題，特別是巖溶突水、突泥問題，為隧洞施工提供相關(guān)資料。

（3）采用地質(zhì)雷達(dá)對已開挖的洞室圍巖進(jìn)行檢測，了解近洞壁一帶可能發(fā)育的溶洞的位置及規(guī)模。

（4）利用揭露的管道進(jìn)行地下水連通試驗(yàn)，利用揭露的涌水點(diǎn)，追索管道位置，選擇抽排水位置。

（5）根據(jù)隧洞開挖揭露的巖溶水文地質(zhì)特征，以及地質(zhì)雷達(dá)檢測發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)區(qū)，當(dāng)分析認(rèn)為上述巖溶現(xiàn)象或異常區(qū)對隧洞工程結(jié)構(gòu)影響較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)提出補(bǔ)充勘察工作方案，布置鉆探、物探等方法，進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查。針對溶洞進(jìn)行的補(bǔ)充勘察工作應(yīng)采用鉆探及物探相結(jié)合的方式進(jìn)行，方能有效查明溶洞的分布范圍、邊界特征及深度、充填特征及充填物性狀。

（6）根據(jù)隧洞開挖揭露的巖溶水文地質(zhì)特征，以及補(bǔ)充勘察工作得到的資料，應(yīng)及時(shí)提出堵、排巖溶地下水和加固處理巖溶地基等措施的建議。

4.地區(qū)水電工程勘測常見問題及處理措施

4.1圍巖穩(wěn)定問題的勘測和處理

巖溶地區(qū)巖溶洞穴引起的隧洞圍巖穩(wěn)定問題即巖溶穩(wěn)定問題，其取決于巖溶發(fā)育程度及溶洞規(guī)模、充填物性狀、溶洞發(fā)育方向及其與隧洞的關(guān)系、地下水活動(dòng)狀態(tài)。溶洞對隧洞圍巖穩(wěn)定性的影響存在以下幾種情況：

（1）隧洞開挖中遇到大溶洞，但無充填物及地下水活動(dòng)，對隧洞的穩(wěn)定性影響相對較小，其受溶洞的規(guī)模，周圍巖體工程特性及其在隧洞內(nèi)所處的位置的影響。

（2）隧洞開挖揭露有充填物的溶洞且有地下水涌出時(shí)對隧洞施工開挖及圍巖穩(wěn)定性均有極大影響，其影響程度取決于溶洞規(guī)模、充填物的性質(zhì)及涌水量的大小，若地下水涌水量很大極易造成泥石流，甚至地面塌陷。

4.2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(yàn)公式確定其值時(shí)，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(jí)Ⅰ號(hào)引水隧洞2+256樁號(hào)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(hào)時(shí)，隧洞切斷巖溶管道，小管道坡度45度時(shí)，隧洞切，延伸至隧洞底板以下。管道斷面直徑1～1.5m，局部擴(kuò)大為5～7m溶洞，暴雨時(shí)沿管道涌水，流量最大達(dá)1m³/s。封堵管道出口后從旁邊另沖出一涌水口，噴距達(dá)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。

5.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(diǎn)對地下洞室?guī)r溶工程常見的地質(zhì)問題進(jìn)行分析，對洞室?guī)r溶工程勘測過程中常見的問題進(jìn)行了探討，并結(jié)合實(shí)際案例對處理措施進(jìn)行了分析。通常情況下，溶洞的規(guī)模、發(fā)育方向、充填物性質(zhì)等會(huì)對巖溶的穩(wěn)定性造成影響，如果溶洞比較大，但是溶洞中沒有地下水和充填物活動(dòng)，不會(huì)對巖溶穩(wěn)定性造成太大影響，無需做特殊處理。但是如果勘測發(fā)現(xiàn)有地下水涌出，并且溶洞中有充填物，對巖溶穩(wěn)定性比較大，需要根據(jù)實(shí)際情況采取處理措施。而對于高外水壓力問題來說，壓力大小主要是由涌水水頭、隧洞涌水介質(zhì)來決定的，需要勘測后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。以上問題都是水利工程施工中的常見地質(zhì)問題，通過勘測可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程地質(zhì)存在的問題，并針對性的采取處理措施，保證水電工程的安全。