趙 寧

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，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)溶蝕為主要運動的地質(zhì)現(xiàn)象。巖溶活動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。舉個例子，宜萬鐵路的總長度約為378 km，沿途經(jīng)過的159座隧道當(dāng)中涉及的高風(fēng)險巖溶隧道就占據(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)展趨勢是緩慢傾斜的，地下水就以水平運動為主要形態(tài)進行流動，同時巖溶本身的形態(tài)主要還是水平流動。當(dāng)巖層本身比較傾斜，陡峭程度比較高的時候，地表水一般來說會沿著層理進行下滲作用，同時地下水的活動速度也比較激烈，巖溶的發(fā)育方向也會受到當(dāng)前的層面影響。

對于巖溶水來說，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，用來進行水文循環(huán)作用。同時巖溶本身的形狀和方向，以及對應(yīng)的規(guī)模和數(shù)量都跟巖溶水本身的活動相關(guān)。鐵路襄渝線途徑的黑水河隧道當(dāng)中，就會遇到沿著地質(zhì)順層結(jié)構(gòu)控制下的斷裂帶進行發(fā)育的縫隙狀巖溶管道構(gòu)建。襄渝線的另一個隧道——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立的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。因為巖層的阻擋，這些地下水循環(huán)系統(tǒng)之間基本上沒有什么關(guān)聯(lián)，同時巖溶本身的發(fā)育也受到附近的非溶性巖石的界面阻隔。一般來說這種發(fā)育集中于非溶性巖石本身的界面結(jié)構(gòu)附近。比如說對黑水河越嶺隧道結(jié)構(gòu)進行分析，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，然后在進行施工的時候，根據(jù)施工對應(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)中進行發(fā)育，但是這些被分層的巖溶之間并沒有產(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，如果我們進行勘察的話，從地表開始測算到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)變化萬千，但是當(dāng)深度達到了150 m的時候，巖溶發(fā)育就相對之前出現(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。此時巖溶管道本身一般就會以斷裂帶為依托，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的影響是全面的。（1）巖溶水本身會直接沖涌到隧道內(nèi)部，或者是鐵路橋梁的基坑深處，對橋墩或者是路基進行長時間的浸泡，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應(yīng)位置的邊坡穩(wěn)定性也會造成很大的影響。（3）由于巖溶自身的物理特點，松軟的洞穴填充物將會給鐵路的隧道洞穴，或者是鐵路基坑的防護邊坡帶來坍塌的后果；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。這三點是在云貴高原上進行鐵路施工時最常遇到的地質(zhì)災(zāi)害，對于鐵路的施工也是損失最大的。

我們在進行鐵路修建的時候，巖溶涌水是必須要進行防備的核心問題之一，尤其是在我們把隧道施工放在穿越巖溶地層的環(huán)境時更是如此。一般有兩種情況需要面對這樣的穿越：首先是針對巖溶化地層構(gòu)建的越嶺隧道，其次是相距河谷距離比較遠(yuǎn)的長隧道。在云貴高原，面對這兩種情況的時候，巖溶涌水的情況幾乎是每一個溶洞都會遇到。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。這個隧道的總長度是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。整個巖石當(dāng)中的溶蝕現(xiàn)象相對來說比較普遍，含有充沛的地下水。在5 400 m的隧道總長度當(dāng)中，大約有六處溶洞自身的涌水量每天可以達到1 000 t左右，整條隧道每天可以達到的最大涌水量為17 萬t，即使是在正常情況下也可以達到5 萬t。在進行該隧道施工的過程中，當(dāng)施工人員利用平行導(dǎo)坑對寒武紀(jì)灰?guī)r進行挖掘的時候，曾經(jīng)挖出過一個規(guī)模巨大的涌水溶洞構(gòu)建，洞口打開時涌水水柱本身的噴射高度最高達到了1 500 cm，同時在水中被一起噴射出來的還有大量的泥沙石塊，單日噴水量達到了15 萬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，施工人員進入洞穴檢查情況時發(fā)現(xiàn)，大量的涌水和砂石已經(jīng)把坑道給堵得嚴(yán)嚴(yán)實實，整個工程都被迫停工全力清理砂石。另一個案例就是宜萬鐵路的馬鹿箐隧道曾經(jīng)在DK225+978位置遇到過一個溶洞。在修建這段鐵路的時候，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t水流，堪比一個大型水庫的單次泄水量。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)史上的一個記錄。

在巖溶平原以及對應(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。一般來說當(dāng)基層巖溶發(fā)育的時候，地下水流極有可能造成地面的塌陷活動。黎湛鐵路K148曾經(jīng)創(chuàng)紀(jì)錄的一夜之間出現(xiàn)了407個塌陷洞穴，導(dǎo)致路基大面積下沉，通車路線全部中斷；來合鐵路的路段則一夜之間出現(xiàn)了25個塌陷洞穴，路基直接報廢；由于溶洞出險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71處下沉，泰安站也曾出現(xiàn)過26次下沉，并直接撕裂了站房。這些災(zāi)害無論是時間還是空間都無法預(yù)測，是復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路修建的一個難題。

4 結(jié)語

巖溶對鐵路的危害很大。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行施工的重大問題。鑒于巖溶地質(zhì)的高度復(fù)雜性，需要更多的研究來打開局面，解決這個工程上的難題。