巖溶鐵路隧道災(zāi)害及治理措施探討

蔣凌云

（吉首大學(xué)張家界學(xué)院 湖南省張家界市 427000）

0 引言

隨著我國(guó)交通行業(yè)的不斷發(fā)展，隧道工程領(lǐng)域也隨之崛起。而在巖溶地區(qū)進(jìn)行鐵路隧道施工最易出現(xiàn)溶洞突水、突泥、頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷等工程問題[1-2]，給工程施工帶來困難。本文針對(duì)巖溶的形成、巖溶對(duì)鐵路隧道的危害和巖溶地區(qū)的鐵路隧道易出現(xiàn)的施工問題進(jìn)行探討，并提出了相應(yīng)的處理措施，希望對(duì)巖溶地區(qū)鐵路隧道的施工具有一定的幫助。

1 巖溶的形成

1.1 形成機(jī)理

巖溶是巖溶作用與其產(chǎn)生的一切巖溶現(xiàn)象，也稱之為喀斯特。在長(zhǎng)期地下水作用下，地下水對(duì)地表或地下可溶性巖石的溶蝕、侵蝕、溶蝕-侵蝕等作用而形成的[3]。

1.2 形成條件

1.2.1 巖石的可溶性

巖石的可溶性是熔巖發(fā)育的先決條件。不同巖石其組成礦物成分不一，其在地下水作用下的溶解度也不一樣，按其溶解度可分為易溶解的巖石、中等溶解度的巖石、難溶解的巖石，而自然界中的巖溶地貌大部分是碳酸鹽巖石經(jīng)地下說的侵蝕、溶蝕、侵蝕-溶蝕作用形成的。

1.2.2 巖石的透水性形成溶洞的巖石必須具有一定的透水性。巖石的透水性取決于巖石中的孔隙和裂隙發(fā)育程度，通常而言，巖石中的孔隙裂隙越發(fā)育，巖石的透水性越強(qiáng)，也越容易產(chǎn)生溶洞。故在地表分化帶、斷層帶和巖層面處巖溶較發(fā)育。

1.2.3 有溶解能力的地下水活動(dòng)

有溶解能力的地下水活動(dòng)是巖溶形成的另一必備條件。水對(duì)碳酸鹽類巖石的溶解主要依靠溶解在水中的侵蝕性CO2，當(dāng)溶解于水中的侵蝕性CO2越多，碳酸鹽被溶解的也就越多。侵蝕性CO2與碳酸鹽中的Ca－CO3發(fā)生反應(yīng)，最終生成可溶性的Ca（HCO3）2。其化學(xué)反應(yīng)如下：

有溶解能力的水主要靠大氣降水補(bǔ)給，因不同地區(qū)降水量不一，進(jìn)而導(dǎo)致不同地區(qū)形成的巖溶深淺不一。

1.3 影響因素[4]

1.3.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖溶的形成影響極大。巖石的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅決定巖溶大小還決定巖溶的延伸方向，在巖溶形成過程中起著主控作用。同時(shí)地下水是通過巖石中的裂隙進(jìn)行滲透，當(dāng)巖石中的裂隙足夠大時(shí)就會(huì)形成地下暗河，從而不斷的溶蝕巖石。

1.3.2 地形地貌

在巖溶發(fā)育地區(qū)，地表水或地下水不斷的作用于巖石，使得巖石產(chǎn)生不同程度的侵蝕、搬運(yùn)、沉積作用，最終形成不同的地形地貌。有溶解能力的地下水又可在上述運(yùn)動(dòng)中流向不同的地形地貌，從而形成水流循環(huán)系統(tǒng)，不斷影響巖溶的形成過程，形成多樣的地形地貌。

1.3.3 地層巖性

組成巖石的礦物不一，進(jìn)而導(dǎo)致不同巖石的性質(zhì)不同。有溶解能力的地下水只對(duì)碳酸鹽類巖石具有一定的溶解能力，當(dāng)巖石中的碳酸鹽礦物成分越多，巖石越容易被溶解，也就越容易形成巖溶地貌。同時(shí)并非所有的巖石只具備可溶性碳酸鹽，更多的是可溶性鹽與非可溶性巖共同組成的巖石，故在可溶性地下水的作用下，可溶性鹽被地下水侵蝕或溶解，而非可溶性鹽未被可溶性地下水溶解或侵蝕，這就導(dǎo)致巖溶易出現(xiàn)奇形怪狀。

2 巖溶對(duì)鐵路隧道施工的危害及防治措施

2.1 巖溶對(duì)鐵路隧道施工的危害

查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，在巖溶區(qū)域進(jìn)行鐵路隧道施工易出現(xiàn)溶洞突水、突泥、頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷等工程問題，針對(duì)以上工程常見問題可采取如下防治措施：

2.2 防治措施

2.2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

在鐵路隧道施工過程中，常采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)行前方地質(zhì)情況的探測(cè)，常用的探測(cè)技術(shù)有TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、地質(zhì)雷達(dá)、鉆炮等技術(shù)。以上技術(shù)都是運(yùn)用物探原理，通過拾取掌子面前方巖體的反射波信息，達(dá)到探知前方地質(zhì)情況的目的。如若發(fā)現(xiàn)前方有巖溶存在，巖溶區(qū)域較小且無水的條件下可直接進(jìn)行填埋處理。巖溶區(qū)域有水存在時(shí)，可在保證排水通暢的前提下進(jìn)行填埋、注漿等措施，防治水進(jìn)一步溶蝕或侵蝕圍巖。如若巖溶區(qū)域較大，可采用跨越或繞避等措施。

2.2.2 紅外探水

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，特別是有巖溶發(fā)育區(qū)域，在掘進(jìn)過程中容易遇見隱患問題，如地下水體或含水層理。紅外探水除可探測(cè)掌子面前方的地質(zhì)情況外，還可探測(cè)掌子面前方頂板上方、底板下方、兩邊墻外部的地質(zhì)情況。針對(duì)復(fù)雜水文地質(zhì)特點(diǎn)，紅外探測(cè)儀可實(shí)現(xiàn)全空間全方位探測(cè)。如若發(fā)現(xiàn)前方有水存在，可采用相應(yīng)的排水措施，如引流、排、堵等，亦可采用跨越或繞避等措施。

2.2.3 綜合治理

在巖溶區(qū)域進(jìn)行鐵路隧道施工時(shí)，因故未探及溶洞或地下暗河存在，導(dǎo)致施工過程中發(fā)生溶洞突水、突泥、頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷等工程問題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行綜合處理。針對(duì)突水、突泥工程地質(zhì)災(zāi)害，可利用大尺寸的超前鉆孔進(jìn)行探測(cè)，將內(nèi)部的水釋放，待水量下降時(shí)，可適當(dāng)施作止水帷幕，防治地下暗河中的水進(jìn)一步發(fā)生滲透。針對(duì)巖溶鐵路隧道頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷，可及時(shí)對(duì)陷落或塌陷區(qū)域進(jìn)行處理，隨后采用噴錨技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，防治巖溶鐵路隧道頂板溶洞填充物中和底板進(jìn)一步發(fā)生塌陷。亦可對(duì)地表水采取截?cái)啻胧?，防止地表水發(fā)生滲透，增加地下暗河的涌水量。

3 結(jié)束語

巖溶地區(qū)鐵路隧道施工中的巖溶問題依舊是一件極為復(fù)雜的施工問題，本文就巖溶的形成和巖溶鐵路隧道施工中易出現(xiàn)的溶洞突水、突泥、頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷等工程問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理措施，對(duì)巖溶區(qū)域鐵路隧道的施工具有一定的參考意義。