韓興廣

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

1 概述

巖溶(又稱喀斯特)是指水(地表水、地下水)對(duì)可溶性巖層的化學(xué)作用和物理作用,以及這些地質(zhì)作用所產(chǎn)生地質(zhì)現(xiàn)象的總稱?？扇苄詭r石按化學(xué)成分和礦物成分可分為三種類型：碳酸鹽類巖石(石灰?guī)r、白云巖等)、硫酸鹽類巖石(石膏、芒硝等)、鹵鹽類巖石(石鹽、鉀鹽等)，在鐵路工程中比較常見的是碳酸鹽類巖石。本文以濟(jì)南地區(qū)地質(zhì)勘察和施工過(guò)程中的一些工程實(shí)例,敘述了本地區(qū)巖溶發(fā)育的特點(diǎn),對(duì)今后加深巖溶形態(tài)以及發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識(shí)都有很大幫助。

2 巖溶勘察

2.1 玉符河特大橋地質(zhì)勘察

濟(jì)南市區(qū)南部玉符河特大橋(中心里程DK418+458.12),小里程為羅而莊特大橋,大里程為路基,接西渴馬1號(hào)隧道。玉符河特大橋工程地質(zhì)縱斷面(局部)如圖1所示。

橋址區(qū)鉆探深度內(nèi)灰?guī)r發(fā)育大量溶洞、溶隙及溶槽,溶洞直徑溶槽寬度一般在0.1～8.4 m之間。大部分溶洞及溶槽為全充填式,充填物為棕黃色、棕紅色黏土,堅(jiān)硬—軟塑,含灰?guī)r碎塊及半壁狀灰?guī)r；少量溶洞充填碎石土,棕紅色,中密,潮濕,碎石成分為灰?guī)r,充填黏土；其余溶洞無(wú)填充或部分填充,空洞最大豎向發(fā)育深度為9.9 m。巖溶發(fā)育深度為基巖面以下30～40 m,層底高程25～30 m,DK417+920～DK418+200段灰?guī)r溶蝕較深,溶蝕面層底高程10 m左右。溶蝕面以下巖石完整堅(jiān)硬,少見溶蝕現(xiàn)象。部分溶洞通過(guò)溶孔、溶隙連通或直接連通,整體上看橋址區(qū)巖溶中等發(fā)育。按照鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范要求,對(duì)大部分橋墩均進(jìn)行了逐樁鉆探。

典型墩臺(tái)工程地質(zhì)剖面如圖2所示。

2.2 巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級(jí)

巖溶的發(fā)育主要受巖性、構(gòu)造(裂隙)及地下水等因素的控制。從勘探資料分析,巖溶主要沿裂面及層面發(fā)育,不同地段或同一墩臺(tái)巖溶的發(fā)育強(qiáng)度都有較大差異，總體上看巖溶發(fā)育分布不均,規(guī)律性較差，石灰?guī)r,尤其是泥質(zhì)條帶灰?guī)r地段巖溶發(fā)育強(qiáng)度比白云質(zhì)灰?guī)r強(qiáng)烈,溶隙、溶洞、串珠狀溶洞多分布在含泥質(zhì)條帶灰?guī)r段；淺部巖溶橫向溶洞連通較好,垂向上則發(fā)育不均,連通性差。巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

圖1 玉符河特大橋工程地質(zhì)縱斷面(局部)

圖2 橋墩地質(zhì)剖面

3 巖溶發(fā)育規(guī)律的再認(rèn)識(shí)

3.1 路基、隧道施工開挖情況

大里程DK419+245～DK420+395段巖溶路基位于玉符河高階地,采用灌砂注漿處理。DK420+000～西渴馬1號(hào)隧道進(jìn)口為路塹邊坡防護(hù)段,現(xiàn)場(chǎng)開挖揭示的溶溝溶槽如圖3所示。

地層巖性為寒武系中統(tǒng)(∈2)灰?guī)r,青灰色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,巖體呈中厚層—巨厚層狀,弱風(fēng)化(W2),局部夾薄層泥灰?guī)r,溶蝕現(xiàn)象發(fā)育。原有鉆探資料揭示灰?guī)r中多溶洞,豎向發(fā)育深度1～2.52 m。實(shí)際開挖所揭示的溶洞多以溶隙和溶溝溶槽為主,沿豎向和垂向呈樹根狀發(fā)育。橫向延伸規(guī)模并不大,裂隙面見淋濾凹槽,充填棕紅色黏土,溶溝內(nèi)巖石表面受侵染顏色為暗紅色。

表1 巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級(jí)

圖3 路塹邊坡開挖揭示的溶溝溶槽

與路塹相連的為西渴馬1號(hào)隧道,隨著線路進(jìn)入丘陵區(qū),洞身范圍內(nèi)揭示的溶蝕現(xiàn)象逐漸減少,出露的巖溶形態(tài)也多以緊閉型溶蝕裂隙為主,裂隙寬度小于3 cm,全充填褐紅色硬塑狀黏土,手感細(xì)膩,黏性很強(qiáng)。

3.2 水動(dòng)力作用控制巖溶發(fā)育程度

玉符河特大橋通過(guò)的地層為寒武系中統(tǒng)(∈2)灰?guī)r,產(chǎn)狀平緩,為一單斜構(gòu)造,巖石以石灰?guī)r為主。通過(guò)對(duì)物探資料以及鉆探資料的詳細(xì)分析,物探異常點(diǎn)(帶)、溶洞充填物的標(biāo)貫、動(dòng)探擊數(shù)等進(jìn)行研究,未充填以及半充填的溶洞(溶隙)多發(fā)生在地下水水動(dòng)力作用較強(qiáng)的河流附近的可溶巖地層中。如棗莊荊河特大橋地下巖溶發(fā)育,溶洞多為空洞或半充填,充填物為黏土夾碎石及粗砂、礫砂等,部分勘探孔發(fā)現(xiàn)有土洞發(fā)育,局部砂層變得松散,表現(xiàn)為鉆具自由下沉、塌孔情況,巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。而濟(jì)南地區(qū)玉符河特大橋沉積物多為圓礫土,未發(fā)現(xiàn)土洞存在,巖溶中等發(fā)育。

在丘陵山坡,覆蓋層薄,主要為溶蝕破碎帶以及有充填物的體積較小的溶洞為主,溶蝕主要沿節(jié)理裂隙縱向發(fā)育為主,表現(xiàn)為淺表發(fā)育的充填有黏性土(部分夾碎石、姜石等)溶溝、溶槽以及溶隙,充填的黏性土絕大部分為堅(jiān)硬—硬塑狀態(tài),個(gè)別為軟塑及流塑狀態(tài),淺表性溶蝕主要發(fā)育在可溶巖5～15 m范圍內(nèi),巖溶弱發(fā)育。

3.3 巖溶發(fā)育強(qiáng)度與微地貌的關(guān)系

玉符河特大橋的巖溶特征主要表現(xiàn)為河道和階地巖溶發(fā)育強(qiáng)度更強(qiáng),淺部溶蝕現(xiàn)象強(qiáng)于深部的特點(diǎn),與微地貌關(guān)系相吻合。隨著山體抬升形成階地,隧道、路基至玉符河特大橋方向的覆蓋層逐漸變厚,基巖埋深增加,巖溶總體發(fā)育強(qiáng)度從弱發(fā)育增強(qiáng)為中等發(fā)育。

3.4 巖溶發(fā)育特征

結(jié)合物探孔透試驗(yàn),證明溶洞、溶隙連通性一般,溶洞主要是沿著裂隙面溶蝕擴(kuò)大為而成,存在橫向發(fā)育大溶洞的可能性較小；鉆探揭示的7～9 m溶洞大部分就是豎向的溶蝕裂隙,這一點(diǎn)可從鉆探中多見的半邊柱狀巖芯得到印證。該橋址區(qū)巖溶總體上表現(xiàn)為中等發(fā)育,具有自上而下逐漸變?nèi)醯奶攸c(diǎn),巖溶主要形態(tài)為溶隙、溶槽和小溶洞,橫向規(guī)模小,個(gè)別橫向發(fā)育達(dá)到大溶洞,沒有出現(xiàn)廊道、大廳。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)鉆探和物探手段,說(shuō)明玉符河特大橋巖石性質(zhì)相近,巖溶發(fā)育強(qiáng)度與水動(dòng)力作用直接相關(guān),反映出不同地貌的巖溶發(fā)育強(qiáng)度差異大。

(2)通過(guò)路基施工開挖,反映出灰?guī)r的巖溶形態(tài)以裂隙巖溶為主,結(jié)合勘察成果重新認(rèn)識(shí)溶洞的發(fā)育規(guī)模,表現(xiàn)為溶隙、溶槽和小溶洞為主,個(gè)別橫向發(fā)育達(dá)到大溶洞,沒有出現(xiàn)廊道、大廳,發(fā)育強(qiáng)度為中等發(fā)育。地質(zhì)橫斷面判釋的溶洞規(guī)模和形態(tài)與實(shí)際情況差別較大。

(3)巖溶地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)繪,分析認(rèn)識(shí)巖溶的發(fā)育規(guī)律,充分利用物探手段開展綜合勘察,才能查明橋基巖溶的地質(zhì)條件。

[1]TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[2]鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1999

[3]鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院.巖溶工程地質(zhì)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1984

[4]劉湛省.巖溶地區(qū)鐵路工程地質(zhì)勘察淺探[J].西部探礦工程，2010(7)