馬鐵蹄

(銅仁市公路勘察設(shè)計(jì)院)

1 巖溶的形態(tài)及形成條件

1.1 巖溶的形態(tài)特征

巖溶主要分布在以碳酸鹽類為主的可溶性巖石周圍，這是因?yàn)橛捎诘叵滤臎_擊對(duì)可溶性巖石產(chǎn)生了破壞性的作用，與可溶性巖石產(chǎn)生了化學(xué)溶解，從而引起了各種地質(zhì)現(xiàn)象和形態(tài)發(fā)生了改變。

巖溶發(fā)育初期大多是石芽和溶溝，然后慢慢形成落水洞和溶斗。隨著時(shí)間的推移，地下洞穴開始慢慢擴(kuò)大，相互交匯成一個(gè)地下水系統(tǒng)，并以地下水面為分界線，地下水面以上的溶洞干涸，而地下水面以下的溶洞則水資源豐富，這就是熔巖發(fā)育的青春期。巖溶進(jìn)入中年期后，由于地面被長(zhǎng)期腐蝕，貼近地面的溶洞的頂板就會(huì)開始崩塌，而此時(shí)地下河的一些段塌頂也逐步變成地面河。最后，石灰?guī)r被大量腐蝕，溶洞和地下河大量崩塌，最終形成了平原地貌。此時(shí)，我們可以形容該時(shí)期為巖溶的老年期。

1.2 巖溶的形成條件

巖溶的發(fā)育離不開三個(gè)條件，即巖層具有可溶性，水要充足并且具有腐蝕性，水的狀態(tài)必須是持續(xù)流動(dòng)的。這三個(gè)條件相輔相成，缺一不可。

除上述三個(gè)條件外，巖溶的發(fā)育還會(huì)受到氣候，地形地貌等因素的影響。氣候的變化直接影響著水的溶蝕能力、規(guī)模以及被腐蝕的速度。而對(duì)巖溶發(fā)育影響最大的當(dāng)屬降水量和氣溫，一旦降水量和氣溫越來(lái)越高，巖溶就越容易被侵蝕，它的成長(zhǎng)速度也就越快。然而，地形地貌對(duì)巖溶的發(fā)育成長(zhǎng)也不容小覷。在分水嶺地區(qū)，由于水資源不充足，一般都是靠降水補(bǔ)給，所以，靠近分水嶺地區(qū)的巖溶作用相對(duì)比較薄弱。在丘陵地區(qū)，地下的水資源充足，不斷地在流動(dòng)，并且與暗河相連，所以巖溶作用很強(qiáng)。山頂雖然也有豎井和溶洞，但是水流基本趨于停滯狀態(tài)，所以幾乎沒(méi)有巖溶作用可言。

2 隧道勘察設(shè)計(jì)在巖溶發(fā)育地區(qū)遇到的問(wèn)題

2.1 巖溶隧道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

在進(jìn)行隧道勘察設(shè)計(jì)前必須先了解隧道的風(fēng)險(xiǎn)狀況，其次根據(jù)其風(fēng)險(xiǎn)狀況制定合理有效的施工處理方案以及應(yīng)急處理措施，以便最大程度地降低施工中的人員傷亡。巖溶隧道按照地表所處的地理位置不同，分為三類:

(1)陸地越嶺隧道。

該類型的隧道是工程施工中最常見(jiàn)的一種，也是目前隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要對(duì)象，同地下隧道和水下隧道相比較而言，是最容易整治的。

(2)地下隧道。

地下隧道通常位于地下水位之下，而地下水位又和巖溶區(qū)域比較接近，所以一旦隧道通過(guò)巖溶區(qū)域時(shí)，不可避免地會(huì)引起地質(zhì)災(zāi)害，這在分險(xiǎn)等級(jí)中屬于高風(fēng)險(xiǎn)。

(3)水下隧道。

水下隧道最主要的特點(diǎn)就是水資源豐富，而且隧道突水的壓力較大，地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重，政治條件最困難，在這三類風(fēng)險(xiǎn)中屬于風(fēng)險(xiǎn)最大的等級(jí)。

2.2 巖溶制約隧道施工進(jìn)程

在勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，隧道的施工進(jìn)程往往受到巖溶的影響，其影響方面主要有以下幾點(diǎn)。

(1)突泥突水。

由于巖溶地帶有很強(qiáng)的腐蝕性，地面結(jié)構(gòu)很容易崩塌，所以施工進(jìn)程比較緩慢，如果不顧及巖溶地段的特殊性，一旦巖溶崩塌就會(huì)造成場(chǎng)地被毀，人員受傷，最終導(dǎo)致工期延誤。根據(jù)有關(guān)資料的顯示，可以把突泥突水分為4 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

①I 級(jí)(嚴(yán)重)。特大突水(涌水量大于1 ×105m3/d)、大型突水(涌水量1 ×104～1 ×105m3/d)、突泥、高水壓。突水發(fā)生的時(shí)間無(wú)法確定，短則幾小時(shí)，長(zhǎng)則十幾小時(shí)，一旦發(fā)生突水情況，施工掌子面在短時(shí)間內(nèi)被淹沒(méi)，施工設(shè)施被破壞，施工人員的安全也令人擔(dān)憂。

②Ⅱ級(jí)(較嚴(yán)重)。中小型突水(涌水量1 ×103～1 ×104m3/d)、突泥，此時(shí)的突泥突水對(duì)施工的影響甚微，也不會(huì)傷害施工人員的人身安全。

③Ⅲ級(jí)(一般)。小型涌水(涌水量1×102～1×103m3/d)、涌泥。

④Ⅳ(輕微)。涌水量小于1 ×102m3/d，涌突水可能性極小。

(2)地表作用。

如果隧道內(nèi)的巖溶水流動(dòng)量大，就會(huì)造成地表塌陷以及地表嚴(yán)重缺水的狀況。

(3)結(jié)構(gòu)作用。

有時(shí)在開挖巖溶地段的隧道時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多小溶洞，這些小溶洞的水量很少，有的甚至無(wú)水，但這并不代表沒(méi)有安全隱患。如果在雨水頻繁的季節(jié)，已完工的襯砌或支護(hù)受巖溶水的影響而出現(xiàn)開裂、變形的現(xiàn)象。

(4)空溶洞和充填溶洞的影響。

這兩種溶洞的施工成本比較大，和普通溶洞相比，施工難度大，施工進(jìn)程也會(huì)相對(duì)減慢。

2.3 勘察設(shè)計(jì)時(shí)面臨的巖溶問(wèn)題

巖溶隧道的設(shè)計(jì)施工一直是隧道工程界的一個(gè)難點(diǎn)，這是因?yàn)閹r溶發(fā)育的不均衡行和不規(guī)則以及其他因素的難以掌控，發(fā)育的形態(tài)也千奇百怪。一般來(lái)說(shuō)水源多的地段隧道襯砌設(shè)計(jì)很難把握，而突水突泥現(xiàn)象對(duì)工程施工的進(jìn)度和安全造成了很大危害。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外隧道施工團(tuán)隊(duì)一直把特長(zhǎng)巖溶隧道問(wèn)題作為重大難題。我國(guó)在隧道勘察施工過(guò)程中均遇到過(guò)巖溶突泥突水、底板塌陷以及頂板溶洞充填物陷落冒頂?shù)葐?wèn)題。例如:在修建貴昆鐵路梅花隧道時(shí)，遭遇地下河及大型溶洞，商討后決定在隧洞中修隔水墻，攔截暗河;在修建京廣鐵路大瑤山隧道時(shí)，由于巖溶突水不斷聚集，最終形成泥石流，導(dǎo)致鐵路運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期停滯，損失慘重。

3 隧道勘察設(shè)計(jì)與施工策略

3.1 隧道勘察設(shè)計(jì)

避免大范圍、發(fā)育嚴(yán)重的巖溶地帶;避免與地下暗河的水流交匯;避免大面積地穿越水巖層，這是在隧道工程設(shè)計(jì)時(shí)需要總體把握的原則。在初步設(shè)計(jì)勘察時(shí)，需要對(duì)基巖情況、地下水出頭情況、各種溶蝕地貌的發(fā)育狀況進(jìn)行大面積的勘察。對(duì)于隧道周圍有大規(guī)模水源體或大規(guī)模的導(dǎo)水通道應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注，然后根據(jù)勘察結(jié)果制定可靠的勘察設(shè)計(jì)方案，對(duì)于存在地下暗河的區(qū)域，要清楚地下水系與隧道的地理位置關(guān)系，在設(shè)計(jì)方案時(shí)盡可能地避免地下水系與隧道軸線縱橫交錯(cuò)，降低施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。初步勘查設(shè)計(jì)完成后就可以利用初勘的原始圖件對(duì)隧道穿越地層進(jìn)行進(jìn)一步的勘探。比如，對(duì)初勘中可疑地段進(jìn)行有針對(duì)性的勘察;對(duì)隧址區(qū)的巖溶發(fā)育情況和地下水系情況進(jìn)一步的詳細(xì)探明。在進(jìn)行圖稿設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)襯砌加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

3.2 施工策略

(1)詳細(xì)檢測(cè)巖溶發(fā)育區(qū)域。

巖溶區(qū)的溶洞發(fā)育形態(tài)綽約多姿，與隧道的位置有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系，在隧道基床底部還有各種各樣的巖溶發(fā)育地段，這些巖溶發(fā)育地段不管有沒(méi)有布設(shè)仰拱，都無(wú)法全部說(shuō)明巖溶對(duì)隧道造成的不利影響。針對(duì)以上問(wèn)題，在施工前要對(duì)隧道基床進(jìn)行檢測(cè)并制定詳細(xì)的檢測(cè)方案，在異常區(qū)內(nèi)需要進(jìn)行橫向掃描和鉆孔探測(cè)，巖溶區(qū)隧道在仰拱或底板施工前要縱向進(jìn)行3 條側(cè)線掃描，根據(jù)上述的測(cè)量信息采取相應(yīng)補(bǔ)救措施，如增加鋼筋混泥土底板等。

(2)巖溶隧道地表塌陷機(jī)理與處治方法。

地表塌陷是因?yàn)橛腥軠虾痛怪比芏吹拇嬖?，由于溶溝的寬度、深度、長(zhǎng)度以及溶溝與隧道方向位置的關(guān)系難以把握，所以在隧道進(jìn)洞初期地表塌陷的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，尤其是在偏壓地段。為了防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)當(dāng)把洞內(nèi)塌方體的封閉穩(wěn)定和地表截水溝作為首要措施。

地表塌陷的類型和形態(tài)大小的不同決定了應(yīng)該采用什么方法進(jìn)行處理。對(duì)于寬度小的溶槽，可以通過(guò)錨桿錨固來(lái)解決或者采用大石塊來(lái)填充。而對(duì)于表面積較大的溶溝區(qū)可以采用地表注漿的方法來(lái)加固塌陷地表。對(duì)于陷坑表面，可以用網(wǎng)噴混凝土澆蓋，再加上鋼化管注漿加固，安全通過(guò)后方可用水泥土回填順接地表，并通過(guò)噴射混凝土來(lái)封閉表面。

4 結(jié)束語(yǔ)

巖溶地區(qū)隧道設(shè)計(jì)是一項(xiàng)高難度且多樣化的系統(tǒng)工作。一方面要結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)、水文情況，還要考慮到對(duì)環(huán)境的影響;另一方面要能夠一次性完成根治，沒(méi)有后顧之憂，保證施工和運(yùn)營(yíng)能夠有效進(jìn)行。在隧道勘察設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮各方面的因素，根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行合理檢測(cè)安排，控制風(fēng)險(xiǎn)成本，推動(dòng)整個(gè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

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