巖溶地區(qū)地下洞室勘測技術研究

朱代強

摘要：本文首先對巖溶地區(qū)地下洞室勘測的內(nèi)容進行了分析，然后對具體的勘測技術進行了介紹，詳述了施工中勘測工作的重點，對勘測中常見問題以及問題的處理措施進行了分析。通過上述研究可進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。

關鍵詞：巖溶地區(qū) 地下洞室 勘測技術 物探 水文地質(zhì)

在水電工程建設中地質(zhì)勘測是一項基礎性工作，從工程地質(zhì)編錄的實現(xiàn)方式和地質(zhì)測繪方式來看：當前主要使用路線測繪法、地質(zhì)點測法、實測剖面法等。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，其控制范圍也較為有限。通過施工地質(zhì)編錄與分析，驗證前期分析資料，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，并及時提出地質(zhì)預報，為設計優(yōu)化提供詳細的地質(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。

2.地下洞室?guī)r溶工程勘測技術

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。

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)育強度、大洞穴位置及地下水位。例如，天生橋二級水電站早期隧洞區(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)模的鉆探進行驗證，故電法勘探的精度與較低。隨著物探技術的發(fā)育，至后期一般采用四通道電導率連續(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?shù)刭|(zhì)測繪或EH-4等調(diào)查可能存在影響工程建設的巖溶洞穴時，應結(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)條件復雜的地段，可能存在大洞穴、大斷層、低水位帶部位應布置專門性鉆孔。

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

2.4水文地質(zhì)試驗與測試技術

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

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

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

3.施工期間地質(zhì)勘測工作要點

施工期地質(zhì)工作要點如下：

（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）對前期資料進行驗證、分析，并及時進行地質(zhì)預報，預測可能出現(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資料。

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

（4）利用揭露的管道進行地下水連通試驗，利用揭露的涌水點，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)雷達檢測發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)區(qū)，當分析認為上述巖溶現(xiàn)象或異常區(qū)對隧洞工程結(jié)構(gòu)影響較大時，應及時提出補充勘察工作方案，布置鉆探、物探等方法，進行補充調(diào)查。針對溶洞進行的補充勘察工作應采用鉆探及物探相結(jié)合的方式進行，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，以及補充勘察工作得到的資料，應及時提出堵、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系、地下水活動狀態(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，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。

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。通常情況下，溶洞的規(guī)模、發(fā)育方向、充填物性質(zhì)等會對巖溶的穩(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，不會對巖溶穩(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)實際情況進行處理。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。