黎湛鐵路電氣化改造工程巖溶地質(zhì)勘察與分析

楊維思

【摘 要】 巖溶，是水對(duì)可溶性巖石（碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等）進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象的總稱。巖溶是黎湛鐵路電氣化改造工程需要解決的主要不良地質(zhì)問(wèn)題。分析巖溶發(fā)育的誘因，通過(guò)具體工程實(shí)例，介紹巖溶勘察的過(guò)程，提出了針對(duì)巖溶的勘察措施和巖溶分布區(qū)（主要是廣西、貴州等西南地區(qū)）類似工程勘察措施的改進(jìn)思路。

【關(guān)鍵詞】 巖溶 鐵路 勘察

1 巖溶發(fā)育的誘因

影響巖溶發(fā)育的基本因素主要有巖石的性質(zhì)、水的性質(zhì)、氣候條件。

黎湛鐵路位于廣西東南至廣東西南雷州半島，區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖地層約74公里，大都被第四系所覆蓋，隱伏巖溶是全線最主要的不良地質(zhì)問(wèn)題。

線路所經(jīng)區(qū)域內(nèi)，可溶巖是巖溶現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)。地質(zhì)資料顯示，沿線碳酸鹽巖主要有石炭系和泥盆系兩個(gè)較為古老的地質(zhì)時(shí)代的巖層分布，巖石致密堅(jiān)硬，石灰?guī)r的孔隙度通常在2%以下，白云巖也在4%以下，而飽和抗壓強(qiáng)度高，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果中風(fēng)化石灰?guī)r的飽和抗壓強(qiáng)度均在40～80MPa之間，微風(fēng)化石灰?guī)r的飽和抗壓強(qiáng)度通常大于100MPa。

沿線屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，是塑造巖溶的外營(yíng)力，其直接承受印度洋及太平洋水汽補(bǔ)充，溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，夏季長(zhǎng)而炎熱，冬季短偶有奇寒，有明顯的干濕兩季之分。

區(qū)域內(nèi)地表水系發(fā)育，河流縱橫，地下暗河發(fā)育，水流的水平流動(dòng)增大了溶蝕侵蝕能力，而干濕兩季明顯的地下水位差異，也造成了地下水垂直運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步增大了溶蝕程度。

多種因素造就了本線的巖溶現(xiàn)象，各因素的強(qiáng)弱關(guān)系也造成了巖溶發(fā)育的方向各異。在工程實(shí)際中，影響工程質(zhì)量和安全的巖溶現(xiàn)象主要是溶洞。

2 巖溶勘察實(shí)例

勘察過(guò)程中揭示溶洞的大小差異很大，形態(tài)也各不相同，有串珠型豎向連續(xù)出現(xiàn)若干溶洞，有垂直發(fā)育如井狀，橫向分布卻很有限的豎井型溶洞，有分布不甚規(guī)律的蛇形S型溶洞等不盡相同。

以黎湛線K121+428上跨橋?yàn)槔摌蛭挥趶V西玉林境內(nèi)，本區(qū)域內(nèi)分布有泥盆系上統(tǒng)（D3），淺灰色厚層塊狀石灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，具備巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（1）初勘情況。鑒于此處巖溶發(fā)育的可能性，初勘中布置鉆孔Z-1，用以初步了解地層分布以及巖溶發(fā)育情況，從鉆探結(jié)果看，此處覆蓋層較厚，達(dá)到17.2m，主要為粉質(zhì)粘土，褐黃色～棕紅色，夾粉土團(tuán)塊，夾約占3～7%的細(xì)角礫。

鉆探深度17.2m～20.0m揭示為微風(fēng)化石灰?guī)r：青灰色，成分以方解石為主，碎屑結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖芯呈柱狀，一般柱長(zhǎng)為20～30cm，最大柱長(zhǎng)約為50cm，錘擊不易碎，錘聲清脆。

鉆探深度20.0～25.0m為溶洞，洞內(nèi)無(wú)填充物為空洞，25.0m～35.0m為微風(fēng)化石灰?guī)r。

從初勘結(jié)果上判斷，此處屬于覆蓋型巖溶，在上覆土層中有可能會(huì)形成土洞。土洞的形成過(guò)程（見(jiàn)圖1）。

由于鉆孔Z-1中的溶洞內(nèi)為空洞，說(shuō)明土洞尚未形成，且由于此處橋梁基礎(chǔ)選擇鉆孔灌注樁，施工中可采取向孔內(nèi)拋片石、袋裝粘土等處理措施，填充空洞。

（2）詳勘情況。按照橋梁墩位，首先采取逐墩鉆探，在揭示出溶洞的墩位進(jìn)行逐樁鉆探。其中Z-5、Z-6兩孔中揭示出溶洞存在。其中Z-6孔中溶洞深達(dá)13.0m，無(wú)填充物，故逐樁鉆探，按橋墩樁位布置，以Z-6孔位為中心，分別向左右各偏移1.8m進(jìn)行鉆探，新增兩孔Z-6-1，Z-6-2均未揭示出有溶洞發(fā)育，說(shuō)明局部溶洞發(fā)育方向與橋梁走向一致，而垂直方向發(fā)育情況極為有限。

3 本線巖溶發(fā)育特點(diǎn)

黎湛鐵路電氣化改造過(guò)程中，巖溶地質(zhì)問(wèn)題時(shí)有發(fā)現(xiàn)，上述黎湛線K121+428上跨橋較為典型，總的來(lái)看第四系覆蓋層下的隱伏巖溶是最為常見(jiàn)的類型，而且?guī)r溶現(xiàn)象往往發(fā)生在巖、土交界的一定深度范圍內(nèi)。覆蓋層、可溶巖、地下水是這種隱伏巖溶發(fā)育的三大因素，這其中，覆蓋層和可溶巖都是地質(zhì)營(yíng)力作用結(jié)果，變化相對(duì)緩慢，而最活躍的因素就是地下水活動(dòng)。

本線隱伏巖溶區(qū)域內(nèi)普遍為雙層含水層結(jié)構(gòu)，其中上層為第四系孔隙含水層，下層為巖溶含水層。上層第四系含水層主要接受大氣降水，地表水以及工業(yè)廢水，農(nóng)業(yè)灌溉水補(bǔ)給，下層巖溶含水層主要由上層含水層補(bǔ)給，并向深度下切的江河，地下水開采區(qū)等低水位區(qū)域排泄。

當(dāng)?shù)叵滤淮蠓茸兓瘯r(shí)，如強(qiáng)降雨，周邊地下水過(guò)量開采等情況下，常產(chǎn)生水對(duì)土層的潛蝕而形成土洞，而且作用時(shí)間相對(duì)較短，造成地表塌陷的情況發(fā)生。

故此，在可溶巖發(fā)育地區(qū)，無(wú)論是施工中，還是運(yùn)營(yíng)中都應(yīng)該盡可能的注意減少對(duì)地下水的開采和擾動(dòng)，以維持相對(duì)平衡的地下水流動(dòng)系統(tǒng)，避免加劇巖溶塌陷發(fā)生的頻率。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

巖溶空洞發(fā)育空間上的不確定性，使得鉆探這種傳統(tǒng)勘察方法有它的局限，通常需要用物探測(cè)試來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充，然而由于物探測(cè)試多通過(guò)電、磁、地震波等巖土體的間接特性、指標(biāo)來(lái)揭示巖溶的分布，也有它的局限性，那就是缺乏直接的依據(jù)，空間上的準(zhǔn)確性不能保證，依舊需要鉆探來(lái)驗(yàn)證。

這就需要采用新技術(shù)為工程勘察、設(shè)計(jì)、施工提供直接的依據(jù)，其中三維激光掃描技術(shù)，又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”已經(jīng)日漸成熟，在我國(guó)的礦山、高速公路等行業(yè)已經(jīng)有所應(yīng)用。隨著我國(guó)鐵路工程的進(jìn)一步增多，尤其是西南地區(qū)鐵路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，不可避免的會(huì)頻繁的遇到巖溶問(wèn)題，采用高速度、高性能、非接觸性的三維激光掃描技術(shù)來(lái)測(cè)量巖溶的空間分布，將大大提高勘察的效率及精度。

參考文獻(xiàn)

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