蕪湖軌道交通1號線白馬山段巖溶發(fā)育影響因素分析探討

王行勇

摘要：巖溶是大自然的產(chǎn)物，是人類工程活動面臨的復(fù)雜問題。通過調(diào)查分析建設(shè)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、巖性、礦物化學(xué)成分等有關(guān)影響巖溶發(fā)育因素，分析巖溶形成規(guī)律、發(fā)育地段及發(fā)育規(guī)模，從而可以指導(dǎo)工程施工，對提高工程質(zhì)量有著積極的作用。

關(guān)鍵詞：巖溶發(fā)育；影響因素；地下水；礦物成分

我國巖溶地層分部廣泛，在工業(yè)、民用、軌道交通、機場、港口等基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中經(jīng)常受到巖溶的影響與制約。由于巖溶發(fā)育復(fù)雜，具有不規(guī)則性、不均一性，較難摸清巖溶發(fā)育的大小規(guī)模，然而其發(fā)育地段、出露規(guī)律、形成條件、影響因素值得研究與探討。本文以蕪湖市軌道交通1號線白馬山段橋基工程勘察實例，分析影響巖溶發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、地層巖性、礦物成分及地形地貌、氣象等有關(guān)因素。

1.工程實例概況

擬建蕪湖市軌道交通1號線為南北向的骨干線路，全長30.41km，白馬山段位于蕪湖市弋江區(qū)，沿205國道平行走向，全段均為高架區(qū)間。本工段基礎(chǔ)形式擬采用鉆孔灌注樁，樁長約16m～26m，樁徑1.0m～1.25m，基礎(chǔ)均為多樁承臺，其中1#、10#、11#、28#墩臺為四樁承臺，其余為兩樁承臺。

本工段巖溶為覆蓋型巖溶，溶蝕作用普遍發(fā)育于三疊系下新統(tǒng)（T2）石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、含砂質(zhì)石灰?guī)r中，巖溶發(fā)育明顯受地質(zhì)構(gòu)造、巖石成分、水文地質(zhì)條件控制，溶洞多發(fā)育于基巖面附近或基巖淺部?；?guī)r中巖溶發(fā)育程度為強發(fā)育，一般為單層溶洞，局部地段揭露多層串珠狀溶洞，單孔揭露的最多溶洞個數(shù)為5個，其最大揭示高度達9.5m，溶洞大部分全充填，局部半充填，充填物主要為可塑粉質(zhì)黏土局部軟塑夾原巖風化殘塊，部分揭露溶洞壁。

2.影響巖溶發(fā)育因素的分析

2.1地質(zhì)構(gòu)造對巖溶發(fā)育的影響

白馬山工段場區(qū)位于華北斷塊、秦嶺～大別山斷塊和下?lián)P子斷塊三大構(gòu)造單元的交接區(qū)，印支運動本區(qū)域結(jié)束海相沉積史，進入陸相盆地發(fā)育階段；自晚侏羅世開始出現(xiàn)大規(guī)模巖漿噴溢和侵入活動，并發(fā)育斷陷盆地構(gòu)造，晚白堊～古近紀是斷塊運動高峰期；盆地的發(fā)生、發(fā)展、消亡都明顯地受到斷裂的控制，地震的孕育和發(fā)生亦與斷裂活動有著密切聯(lián)系。

新構(gòu)造運動的主要特點是以地殼差異性升降活動為主導(dǎo)，并可能伴有水平運動。其標志和表現(xiàn)形式是第四系地層厚度的差異、多級性層狀地貌以及地貌和水系的異常變化等。如青弋江蕪湖段主要沿青弋江斷層發(fā)育，平原區(qū)的湖泊、河流大量疊置于“南黃”沉降坳陷之上，均有明顯的承襲性。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，近場區(qū)構(gòu)造格架主要是印支～燕山旋回中造就的。印支運動使得前侏羅系產(chǎn)生軸向北東褶皺，并生成一些同向和橫向斷裂。燕山期大規(guī)模的斷裂運動并伴生強烈的巖漿侵入和火山噴發(fā)，改造先期形成的褶皺，這些因素造成近場區(qū)基巖組成極不均一，構(gòu)造也顯得較為復(fù)雜。褶皺、斷裂構(gòu)造方向多為北東、北北東向。在斷裂構(gòu)造中，除北北東、北東向外，還發(fā)育北西向等方向的斷層。這些構(gòu)造的存在嚴格控制巖溶發(fā)育程度。如白馬山段的11#墩（DK9+138）埋深在18.20m～27.76m發(fā)育溶洞，洞高9.56m；17#墩（DK15+114）、18#墩（DK15+146）埋深在25.4m～42.7m段發(fā)育溶洞；與火龍崗隱伏深斷裂帶相關(guān)聯(lián)的26#墩（DK16+ 678）、27#墩（DK16+710）埋深分別在13.7m～18.6m和10.7m～ 16.4m段發(fā)育溶洞。從鉆孔揭露看，其構(gòu)造附近巖溶所表現(xiàn)特點是巖溶發(fā)育強烈，且深度較深。

2.2水文地質(zhì)條件對巖溶發(fā)育的影響

本工段場地地下水類型包括填土、粉質(zhì)黏土中的上層滯水，第四系孔隙水及基巖裂隙水。根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露情況，上層滯水分布不均，局部富水；孔隙水少量賦存于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土中，富水性弱；基巖裂隙巖溶水，富水性中等。

第四系孔隙潛水主要賦存于覆蓋層中的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土中，含水層厚度16.5m～25.0m，地下水位埋深2.1m～4.0m，年變化幅度1m～2m，礦化度<0.3g/L，pH值7.41～ 7.67，水化學(xué)類型為HCO3-Ca或HCO3-Ca-Na型，當含有侵蝕性CO2時，具弱酸性。

基巖裂隙巖溶水主要賦存于基巖風化裂隙、構(gòu)造裂隙及灰?guī)r溶洞溶隙中，含水層因構(gòu)造和巖性的差異，具有條帶性和分布不均勻的特點，一般在斷裂、破碎帶內(nèi)地下水富集，其他區(qū)域則相對貧乏，主要接受上部第四系孔隙水下滲補給，富水程度取決于裂隙發(fā)育程度及張開度。在灰?guī)r發(fā)育區(qū)段存在巖溶水，巖體巖溶裂隙發(fā)育，徑流條件較好，巖溶水受大氣降水補給，季節(jié)性變化明顯。

地下水是形成巖溶的必要條件。地下水常年在動態(tài)變化下，隨著補給、徑流、排泄，將碳酸鹽巖中易溶、可溶性物質(zhì)分解、運移，而形成溶洞。白馬山段地處兩江之間，水位季節(jié)性變化較大，地表、地下水常年補給青弋江、漳河，枯水期水力坡度較大，為區(qū)域巖溶的形成提供了必要的水力條件。

碳酸鹽巖在地下水強力的動態(tài)變化下，由于地下水補給充足，徑流、排泄不斷往復(fù)，強烈交替，且在弱酸性的化學(xué)環(huán)境中作用，可溶巖溶解加劇，易形成溶洞，若易溶區(qū)較大，則易形成較大規(guī)模的溶洞或地下暗河。由此可見，地下水動力條件和地下水化學(xué)環(huán)境是形成巖溶的必要條件。

2.3地層巖性、礦物成分對巖溶發(fā)育的影響

碳酸鹽巖是構(gòu)成巖溶地貌的物質(zhì)基礎(chǔ)，碳酸鹽巖的層位、礦物和化學(xué)成分及出露條件都將影響和控制著巖溶發(fā)育的程度，巖性對巖溶發(fā)育的影響，一般來說，質(zhì)地純正且厚度較大的碳酸鹽分布區(qū)有利于形成以溶蝕作用為主的巖溶地貌；而地層較薄及不溶物含量較高的碳酸鹽分布區(qū)或者可溶鹽與非可溶鹽相間分布的地區(qū)則易于形成溶洞。

根據(jù)白馬山段勘探揭露來看，巖溶發(fā)育強的（石灰?guī)r）、巖溶發(fā)育一般的（泥質(zhì)灰?guī)r）和巖溶發(fā)育弱的（含砂質(zhì)石灰?guī)r）巖石的化學(xué)分析結(jié)果分別是CaO48.6，MgO0.59，不溶殘余2.4；CaO50.1，MgO0.76，不溶殘余14.7、CaO39.8，MgO9.2，不溶殘余4.1。從巖石礦物化學(xué)成分看，碳酸鹽巖中除CO2具強烈溶解能力外，溶解性還與CaO、MgO和不溶殘余物含量關(guān)，CaO含量越高溶解性越強，MgO和不溶殘余含量越高溶解性越弱。同時盧耀如將我國南方主要典型地區(qū)有代表性的巖層劃分為七類：I.石灰?guī)r類；II.石灰?guī)r-白云巖類；III.白云巖類；IV.泥質(zhì)石灰?guī)r或硅質(zhì)灰?guī)r類；V.泥質(zhì)白云巖或硅質(zhì)白云巖類；VI.泥質(zhì)灰?guī)r或硅質(zhì)灰?guī)r類；VII.碳酸鹽質(zhì)頁巖或碳酸質(zhì)砂巖類。巖層的巖溶化程度和抗溶性溶解度在常溫常壓下從I到VII依次降低。endprint

由此可見，白馬山段碳酸鹽巖相同環(huán)境中巖溶發(fā)育在巖性上所表現(xiàn)的特征是：石灰?guī)r溶解性強，泥質(zhì)灰?guī)r溶解性次之，含砂質(zhì)石灰?guī)r溶解性弱。

2.4地形地貌、氣象對巖溶發(fā)育的影響

地形地貌、氣象條件與巖溶發(fā)育有著密切關(guān)系，白馬山段靠青弋江約2km、漳河江3km，地處兩江之間，橋址區(qū)所處地貌為丘間平地及火龍崗盆地，地貌類型多樣，總體為白馬山山前傾斜丘陵平原區(qū)，地形較平坦，河湖水網(wǎng)密布，地形略有起伏，地面高程在6.5m～18.1m之間。所發(fā)育溶洞處于典型的丘間平地和山間洼地地帶，總體地勢遠高于兩江水面，地下水排泄條件有利，所以地形地貌有利于巖溶的發(fā)育。

本區(qū)域中心地理坐標為東經(jīng)119°21′、北緯31°20′，屬亞熱帶濕潤季風氣候，溫和濕潤，雨量充沛，四季分明。年平均氣溫為16℃，極端最低氣溫-13.1℃，極端最高氣溫為41℃。年平均降水量1595.5mm，全年平均降水128天。年最大降水量為1906.5mm，年最小降水量為1565.7mm，年平均蒸發(fā)量1254.5mm～1463.4mm。

通過氣象資料分析，年平均降水量大于年平均蒸發(fā)量，由此為地下水提供了良好的補給來源，也為巖溶發(fā)育提供了良好的外部條件。此外，年氣溫溫差較大，給可溶巖風化、蝕變、溶蝕等提供了有利條件。

3.結(jié)論

（1）巖溶發(fā)育與地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)，在有斷裂構(gòu)造通過的地段巖溶發(fā)育強烈，其原因是構(gòu)造產(chǎn)生破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，在地下水動力作用下碳酸鹽巖中的易溶物質(zhì)將被溶解，隨地下水排走，巖溶隨構(gòu)造的規(guī)模及其產(chǎn)狀而發(fā)展，往往在寬度、深度上規(guī)模較大。（2）地下水動力是碳酸鹽巖產(chǎn)生巖溶的必要條件。溶洞的形成是漫長的，良好的地下水的補給、徑流、排泄條件促使巖溶的形成。同時地下水水循環(huán)交替越強烈，地下巖溶就越發(fā)育。（3）碳酸鹽巖的層位、礦物和化學(xué)成分都影響和控制著巖溶發(fā)育的程度。碳酸鹽類礦物的化學(xué)組分中CaO含量越高，溶解性越強，巖溶越發(fā)育。根據(jù)本工段工作總結(jié)，其碳酸鹽巖的溶解性能由強到弱的順序為石灰?guī)r-白云巖-泥質(zhì)灰?guī)r-含砂質(zhì)灰?guī)r。（4）地形地貌上有利于地表、地下水流動，不同地貌單元接觸部位，年氣候條件變化明顯均有利于巖溶的形成。

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