岩溶地区的水文与工程地质问题研究

岩溶地区的水文与工程地质问题研究

黄志敏

岩溶地貌的形成及分类

岩溶地貌是具有溶蚀力的水对可溶性岩石（大多为石灰岩）进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称喀斯特地貌。喀斯特（Karst）一词源自前南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛碳酸盐岩高原的名称，当地称之为岩石裸露的地方，“喀斯特地貌”因近代喀斯特研究发轫于该地而得名。除溶蚀作用以外，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。

岩溶地貌可分出以下6种：

1、地表水沿灰岩内的节理面或裂隙面等发生溶蚀，形成溶沟（或溶槽），原先成层分布的石灰岩被溶沟分开成石柱或石笋。

2、地表水沿灰岩裂缝向下渗流和溶蚀，超过100米深后形成落水洞。 3、从落水洞下落的地下水到含水层后发生横向流动，形成溶洞。 4、随地下洞穴的形成地表发生塌陷，塌陷的深度大面积小，称坍陷漏斗，深度小面积大则称陷塘。

5、地下水的溶蚀与塌陷作用长期相结合的作用，形成坡立谷和天生桥。

6、地面上升，原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林，地下水的溶蚀作用在旧日的溶洞和地下河之云南路南的石林是上述第一阶

段（溶沟阶段）的产物，这里的自然风光因阿诗玛姑娘的动人传说而变得格外旖旎。桂林的象鼻山，则是原地下河道出露地表形成的。在广西境内，经常可看到这种抬升到地表以上的溶洞，俗称“神女镜”或“仙女镜”。

岩溶地貌在中国的分布及岩溶的不利影响

中国岩溶地貌分布广、面积大。主要分布在西部地区的碳酸盐岩出露地区，面积为91~130万平方千米。其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大，是世界上最大的喀斯特区之一。岩溶地貌除了桂林和云南、九寨沟这些举世闻名的喀斯特地貌以外，在中国的华东地区，在中国长江流域，甚至在中国东北地区都有分布，有的还形成了著名的旅游景点。虽然形态各异的岩溶景观让人陶醉惹人喜欢，但岩溶发育对工程建设却有着十分不利的影响。如在一定的地质条件下，水库蓄水抬高的水头有可能驱使库水通过一些地下通道向邻区或下游发生渗漏，降低水库蓄水能力，从而影响水库正常效益的发挥。而由于岩溶的发育，尤其是岩溶管道的出现，使得水库发生剧烈的永久性的渗漏更大，从而导致工程效应受损甚至直接是工程报废，后果极其严重不容忽视。岩溶发育还可以导致桥梁房屋垮塌、地面塌陷、大坝沉降、石漠化等一列问题。由于岩溶发育，往往使可溶岩表面石芽、溶沟丛生，参差不齐；地下溶洞又破坏了岩体完整性。岩溶水动力条件变化，又会使其上部覆盖土层产生开裂、沉陷。这些都不同程度地影响着建筑物地基的稳定。

岩溶发育导致的施工难度加大和成本的增加

在岩溶发育地区进行工程建设除了要面对和解决复杂的地质问题，还会造成施工难度加大和建设成本的直接提高。宜万铁路绝大部分地域是喀斯特地貌山区，遍布岩溶、暗河等不良地质，是世界上地质条件最复杂的铁路。宜万铁路总投资约为227亿元，其中，铁路建设基金89.18亿元，亚行贷款5亿美元，国家开发银行贷款95.22亿元。曾担任青藏铁路建设指挥的朱鹏飞说，宜万铁路，在我国同类铁路建设中，道路造价创下中国之最，平均每公里耗资约6000万元，而堪称“天路”的青藏铁路，平均每公里也只花了2900万元。

宜万铁路全线桥梁、隧道的总长度约278公里，有34座高风险的岩溶隧道，全球铁路独一无二，是我国铁路史上修建难度最大、公里造价最高、历时最长的山区铁路。宜万铁路因穿越喀斯特地貌地区，被誉为我国铁路史上施工难度最大的山区铁路工程。它集“西南山区铁路艰险之大成”，专家们称之为“筑路禁区”。全线共建隧道159座、桥梁253座、桥梁隧道占线路总长的74%，为我国普速铁路之最。宜万铁路修建的难度，最难在隧道。宜万铁路的159座隧道中有70%位于石灰岩地区。其中有34座隧道被评估为高风险隧道，其中长度10公里以上隧道3座，除了无法预测溶洞，还有暗河。最难是齐岳山隧道，这条长10.5公里的隧道，坐火车经过只需几分钟，贯通却要6年。上世纪60年代，国家打算续建川汉铁路，就是因为这条隧道搞不定才搁置。这条隧道通过15条断层、3条暗河，施工揭示溶腔138个，实测水压最高达2.3MPa，以这样大的压力，足以从地面将水送

到100层的高楼。隧道上方220米处就有暗河，水量最大达40多万方。宜万铁路白云山隧道位于宜昌市点军区土城乡长阳高家堰镇，全长6827m，是宜万铁路控制工期的13座长达隧道之一，是全线控制工期工程。白云山隧道地质条件十分复杂，岩溶发育，溶洞、暗河、落水洞、漏斗及岩溶洼地等岩溶现象多见。隧道穿越天阳坪区域断裂，穿越纸厂湾、猴子洞、耗子洞等3个暗河系统，区内发育5条断层，预测最大涌水量427314m3/d，正常涌水量167354m3/d。地层为寒武系上统三游洞群ε3sn，岩石主要为白云岩、灰岩、泥质灰岩。

在岩溶地区进行工程勘察的意义及应注意的问题

在地质条件如此复杂的地区进行工程建设其难度可想而知，其增加的不仅仅是施工难度，施工工期，及其建设成本，此外还要面对各种不可预知的风险。如在施工时遇到透水事故，隧道施工中揭穿地下暗河的隔水顶板。此外还有可能遇到溶洞坍塌，地表岩溶塌陷等等一系列问题。因此岩溶地区的工程地质勘察的重要性就不言而喻了。因为每一个细节的失误都可能造成灾难性的后果和不可挽回的损失。

在中国铁路建设史上，因为宜万铁路，第一次为铁路隧道按风险分为轻、中、高3个等级。因此在岩溶地区进行工程建设，工程选址工作及查明拟建场地的工程地质情况就显得尤为重要。在工程项目选址时尤其是线路工程应尽量绕开岩溶地区，当实在无法避开时，应选择岩溶不发育或者是发育不严重的地方。在岩溶不发育的地段应该进行拟建场地的岩溶发展趋势评估。然后根据评估结果采取相应具体的

技术措施。如在岩溶不发育地段经评估对工程安全无影响时可不作处理。而如果影响项目的正常使用的话可采取跨越受岩溶影响的地段，如架桥。

岩溶区公路建设的选线规定及要求

在公路建设中，岩溶区根据地质条件选线应符合下列规定： 1路线应避开岩溶强烈发育地带，选择在岩溶发育微弱、洞穴层数少、顶板稳固、受岩溶水影响小或非岩溶化地带通过。

2路线应避免沿断裂带、可溶岩与非可溶岩的接触带、有利于岩溶发育的褶皱轴部布线，避开断裂的交汇处、岩溶水富集区及岩溶水排泄区。

3路线通过孤峰平原区，应选择覆盖层较厚、地下水埋藏较深的地段通过，避开多元土层结构、地表水位与地下水位变化幅度较大、地下水埋藏较浅及抽取地下水后可能形成下降漏斗的地段。

4路线通过峰林谷地、峰丛洼地及溶丘洼地地区，路线设计高程应高于岩溶水的最高洪水位，避开断裂通过的垭口。

5路线通过河谷区，路线宜在岩溶发育较弱的一岸布设，避开谷坡上的岩溶负地形和无水溶洞群，避免路线设计高程处于岩溶发育强烈的水平径流带内。

6越岭线应避开岩溶负地形和岩溶水排泄区。 7路线应避开土洞、地面塌陷发育的不良地质地段。

在进行地质钻探前还应进行专门的地质调绘，并应符合下列规

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