趙 寧

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

巖溶是一種特殊的地質(zhì)構(gòu)造，其主要的定義就是可溶于水的巖石在地下遺跡地表，以化學(xué)溶蝕為主要運(yùn)動(dòng)的地質(zhì)現(xiàn)象。巖溶活動(dòng)可以依附的巖石種類很多，有碳酸巖石，比如石灰?guī)r或者是白云巖；有發(fā)生在硫酸鹽巖石當(dāng)中的，比如石膏以及硬石膏；有對(duì)應(yīng)發(fā)生在鹵素鹽類巖石，比如巖鹽或者鉀鹽當(dāng)中。這其中分布最廣泛的就是碳酸鹽類別構(gòu)建下的巖溶分類。巖溶在我們國(guó)家分布非常廣泛，尤其是以南方最為常見。僅僅是在云貴高原的相關(guān)省份，碳酸鹽的巖層露出面積就占了省份總面積的一半左右。舉個(gè)例子，宜萬(wàn)鐵路的總長(zhǎng)度約為378 km，沿途經(jīng)過(guò)的159座隧道當(dāng)中涉及的高風(fēng)險(xiǎn)巖溶隧道就占據(jù)了34座，占所有隧道的21%。

1 鐵路視角下的巖溶與地質(zhì)構(gòu)造

巖層本身形狀發(fā)展趨勢(shì)是緩慢傾斜的，地下水就以水平運(yùn)動(dòng)為主要形態(tài)進(jìn)行流動(dòng)，同時(shí)巖溶本身的形態(tài)主要還是水平流動(dòng)。當(dāng)巖層本身比較傾斜，陡峭程度比較高的時(shí)候，地表水一般來(lái)說(shuō)會(huì)沿著層理進(jìn)行下滲作用，同時(shí)地下水的活動(dòng)速度也比較激烈，巖溶的發(fā)育方向也會(huì)受到當(dāng)前的層面影響。

對(duì)于巖溶水來(lái)說(shuō)，單層破碎帶和風(fēng)化裂隙等等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，都是巖溶水在重力作用下的活動(dòng)通道。這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)給巖溶水提供了非常良好的條件，用來(lái)進(jìn)行水文循環(huán)作用。同時(shí)巖溶本身的形狀和方向，以及對(duì)應(yīng)的規(guī)模和數(shù)量都跟巖溶水本身的活動(dòng)相關(guān)。鐵路襄渝線途徑的黑水河隧道當(dāng)中，就會(huì)遇到沿著地質(zhì)順層結(jié)構(gòu)控制下的斷裂帶進(jìn)行發(fā)育的縫隙狀巖溶管道構(gòu)建。襄渝線的另一個(gè)隧道——趙里溪隧道就屬于內(nèi)沿水平裂隙地質(zhì)構(gòu)造的水平垂直洞穴結(jié)構(gòu)，同時(shí)這些洞穴也受到層間裂隙的控制。不管是水平裂隙還是層間裂隙，都在構(gòu)造斷裂面的控制范圍下。

2 鐵路視角下的巖溶與非溶性巖石界面

可溶巖一般常和其他類型的巖石，比如頁(yè)巖以及泥灰?guī)r，又或者是千枚巖以及層狀火成巖等非溶性巖層間隔形成。在這種環(huán)境之下，各種非溶性巖石組成的界面就會(huì)給巖溶水本身的循環(huán)流通造成極大的限制，讓每一層可溶性巖石本身的地下水具有各自獨(dú)立的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。因?yàn)閹r層的阻擋，這些地下水循環(huán)系統(tǒng)之間基本上沒(méi)有什么關(guān)聯(lián)，同時(shí)巖溶本身的發(fā)育也受到附近的非溶性巖石的界面阻隔。一般來(lái)說(shuō)這種發(fā)育集中于非溶性巖石本身的界面結(jié)構(gòu)附近。比如說(shuō)對(duì)黑水河越嶺隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，山洞整體結(jié)構(gòu)是建立在寒武系的碳酸鹽類巖石框架當(dāng)中的，然后在進(jìn)行施工的時(shí)候，根據(jù)施工對(duì)應(yīng)的開挖結(jié)構(gòu)以及鉆孔得到的地質(zhì)結(jié)果，我們可以知道，可溶性巖石以分層的形式被夾雜在非溶巖石界面當(dāng)中進(jìn)行發(fā)育，但是這些被分層的巖溶之間并沒(méi)有產(chǎn)生多少聯(lián)系，尤其是在水循環(huán)上的聯(lián)系。同樣以該條隧道為例，如果我們進(jìn)行勘察的話，從地表開始測(cè)算到120 m左右的深度內(nèi)，巖溶自身發(fā)育程度非常猛烈，結(jié)構(gòu)也都不一樣，形態(tài)變化萬(wàn)千，但是當(dāng)深度達(dá)到了150 m的時(shí)候，巖溶發(fā)育就相對(duì)之前出現(xiàn)了明顯的劣化，其主要的發(fā)育形態(tài)就轉(zhuǎn)為了縫隙狀管道。此時(shí)巖溶管道本身一般就會(huì)以斷裂帶為依托，在可溶性巖層的引導(dǎo)下，與非溶性巖層進(jìn)行充分的接觸并且發(fā)育自身，然后在此基礎(chǔ)上形成大流量的承壓水流，直接噴涌到坑道當(dāng)中。

3 和巖溶有關(guān)的主要鐵路施工地質(zhì)案例分析

巖溶的特殊地質(zhì)條件給鐵路施工所帶來(lái)的影響是全面的。（1）巖溶水本身會(huì)直接沖涌到隧道內(nèi)部，或者是鐵路橋梁的基坑深處，對(duì)橋墩或者是路基進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的浸泡，并且直接導(dǎo)致路基出現(xiàn)下沉的災(zāi)害。（2）隧道圍巖的成洞性，以及鐵路路基或鐵路橋梁本身基坑附近對(duì)應(yīng)位置的邊坡穩(wěn)定性也會(huì)造成很大的影響。（3）由于巖溶自身的物理特點(diǎn)，松軟的洞穴填充物將會(huì)給鐵路的隧道洞穴，或者是鐵路基坑的防護(hù)邊坡帶來(lái)坍塌的后果；由于巖石本身的化學(xué)性質(zhì)，山坡上的石灰?guī)r也會(huì)引起路基邊坡本身的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)失衡，直接導(dǎo)致隧道的涌水突泥以及鐵路的路基沉陷。這三點(diǎn)是在云貴高原上進(jìn)行鐵路施工時(shí)最常遇到的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)于鐵路的施工也是損失最大的。

我們?cè)谶M(jìn)行鐵路修建的時(shí)候，巖溶涌水是必須要進(jìn)行防備的核心問(wèn)題之一，尤其是在我們把隧道施工放在穿越巖溶地層的環(huán)境時(shí)更是如此。一般有兩種情況需要面對(duì)這樣的穿越：首先是針對(duì)巖溶化地層構(gòu)建的越嶺隧道，其次是相距河谷距離比較遠(yuǎn)的長(zhǎng)隧道。在云貴高原，面對(duì)這兩種情況的時(shí)候，巖溶涌水的情況幾乎是每一個(gè)溶洞都會(huì)遇到。比如襄渝線的黑水河隧道就是典型的巖溶不良地質(zhì)案例。這個(gè)隧道的總長(zhǎng)度是5 400 m，整體洞身是由多種巖層構(gòu)建出的復(fù)合型地質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括白云質(zhì)灰?guī)r等各種可溶性巖層。整個(gè)巖石當(dāng)中的溶蝕現(xiàn)象相對(duì)來(lái)說(shuō)比較普遍，含有充沛的地下水。在5 400 m的隧道總長(zhǎng)度當(dāng)中，大約有六處溶洞自身的涌水量每天可以達(dá)到1 000 t左右，整條隧道每天可以達(dá)到的最大涌水量為17 萬(wàn)t，即使是在正常情況下也可以達(dá)到5 萬(wàn)t。在進(jìn)行該隧道施工的過(guò)程中，當(dāng)施工人員利用平行導(dǎo)坑對(duì)寒武紀(jì)灰?guī)r進(jìn)行挖掘的時(shí)候，曾經(jīng)挖出過(guò)一個(gè)規(guī)模巨大的涌水溶洞構(gòu)建，洞口打開時(shí)涌水水柱本身的噴射高度最高達(dá)到了1 500 cm，同時(shí)在水中被一起噴射出來(lái)的還有大量的泥沙石塊，單日噴水量達(dá)到了15 萬(wàn)t并且連噴數(shù)日。當(dāng)幾天之后單日噴水量降低到1 400 t左右時(shí)，施工人員進(jìn)入洞穴檢查情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，大量的涌水和砂石已經(jīng)把坑道給堵得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，整個(gè)工程都被迫停工全力清理砂石。另一個(gè)案例就是宜萬(wàn)鐵路的馬鹿箐隧道曾經(jīng)在DK225+978位置遇到過(guò)一個(gè)溶洞。在修建這段鐵路的時(shí)候，該溶洞一共突水14次，每一次突水均為爆發(fā)式噴射。其中的一次突水短短10 min之內(nèi)就噴射出5 萬(wàn)t水流，堪比一個(gè)大型水庫(kù)的單次泄水量。這次施工泄水的瞬間突水量之大也刷新了世界鐵路建設(shè)史上的一個(gè)記錄。

在巖溶平原以及對(duì)應(yīng)的洼地和谷底當(dāng)中分布著第四紀(jì)構(gòu)建下的松散土層。一般來(lái)說(shuō)當(dāng)基層巖溶發(fā)育的時(shí)候，地下水流極有可能造成地面的塌陷活動(dòng)。黎湛鐵路K148曾經(jīng)創(chuàng)紀(jì)錄的一夜之間出現(xiàn)了407個(gè)塌陷洞穴，導(dǎo)致路基大面積下沉，通車路線全部中斷；來(lái)合鐵路的路段則一夜之間出現(xiàn)了25個(gè)塌陷洞穴，路基直接報(bào)廢；由于溶洞出險(xiǎn)造成的鐵路道砟水平位置下降，鐵路懸空的情況也很多；浙贛鐵路分宜站曾經(jīng)處出現(xiàn)過(guò)71處下沉，泰安站也曾出現(xiàn)過(guò)26次下沉，并直接撕裂了站房。這些災(zāi)害無(wú)論是時(shí)間還是空間都無(wú)法預(yù)測(cè)，是復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路修建的一個(gè)難題。

4 結(jié)語(yǔ)

巖溶對(duì)鐵路的危害很大。比如巖溶水的侵蝕以及地面塌陷等都是鐵路在巖溶地面上進(jìn)行施工的重大問(wèn)題。鑒于巖溶地質(zhì)的高度復(fù)雜性，需要更多的研究來(lái)打開局面，解決這個(gè)工程上的難題。