鐵路工程建設中的巖溶隱患及對策研究

梁波

?

鐵路工程建設中的巖溶隱患及對策研究

梁波

（四川省地質工程勘察院，成都 610072）

以成都至貴陽鐵路的長寧興文～威信段作為研究對象，對線路兩側10km范圍內的暗河、巖溶管道、漏斗等進行重點調查，結合已收集的氣象資料進行分析，針對工作區線路巖溶工程地質、水文地質條件中的問題提出了對策措施。

鐵路建設；巖溶隱患；對策

1 工程概況與工程分析

成都至貴陽鐵路的長寧興文～威信段（CK136~CK321）依次經過宜賓市、長寧縣、興文縣，最后在威信與推薦線（AK線）匯合，經初步統計，該段涉及巖溶的隧道有4個，分別為老王坡、斜口山、水塘子和紅巖隧道。

老王坡隧道總長1 554m，其中巖溶微弱發育的S2h段長約1 082m，巖溶中等發育的S1s段長約472m，隧道進出口標高設計為450m和460m，高出當地最低侵蝕基準面約50m、60m。巖層走向與隧道斜交，隧道處于本區第Ⅴ級溶洞層范圍，預測該段可能造成涌水、突泥、坍塌等重大水文及工程地質危害。

斜口山隧道總長1 978m，其中巖溶中等發育的S1s段長約954m，巖溶弱發育的O段長約425m，巖溶中等發育的O1段長約599m，隧道設計進出口標高分別為470m及480m，高出當地侵蝕基準面約70m、80m，隧道與巖層走向斜交，預測該段可能造成涌水、突泥、坍塌等重大水文及工程地質危害。

水塘子隧道總長3 194m，隧道穿越博望山向斜核部，切全部位于巖溶中等發育的S1s段，隧道設計進出口標高分別為660m及680m，高出當地侵蝕基準面約260m、280m，隧道與巖層走向為順向，預測該段可能造成涌水、突泥、坍塌等重大水文及工程地質危害。

紅巖隧道總長1 946m，巖溶微弱發育的S2h段長約872m，巖溶強烈發育的P1q+m段長約1074m，隧道設計進出口標高分別為700m及720m，高出當地侵蝕基準面約200m、220m，隧道與巖層走向為順向，預測該段可能造成涌水、突泥、坍塌等重大水文及工程地質危害。

2 巖溶地下水環境現狀調查及巖溶地質災害（隱患）評價

根據工作區內的巖溶水環境現狀，對線路兩側10km的范圍的暗河、巖溶管道、漏斗等進行重點調查。調查內容主要為地下水位、水質、水量等環境要素，并結合已收集的氣象資料進行了全面分析。

工作區巖溶地下水環境總體上表現了以下一些特點：

1）地下水徑流量季節變化較大。雨季時含水層得到一定的補充恢復，地下水位抬升，旱季地下水位逐漸疏干至當年最低水位，地下水徑流變化差異大，雨季與旱季差異大于50％。

2）原生水環境條件較差。工作區地層巖性除可溶巖之外，煤層、硫鐵礦等所占的比例也較大。煤礦、硫鐵礦等礦坑水被人為排入地表河流，對水環境的影響較大。

3 長隧道工程對巖溶地下水環境影響的預測和評價

根據各判別條件，各隧道涌水災害嚴重等級判別見表1，并根據評分法概略預測了隧道的最大涌水量，預測結果見表2。

鐵路工程的長隧道施工在一定高程和范圍內，對區域地下水資源可能造成疏干。但隨著季節的交替，包氣帶、季節交替帶和淺飽水帶之間相互轉化，總體上地下水資源最終可達到動態平衡。另一方面，隧道對局部含水層已經巖溶地下通道有一定的阻隔作用，影響或改變地下水徑流的途徑。鐵路工程長隧道在總體上對地下水的天然性能有一定的改變，但這種改變是不均一的。隧址區，隧道對橫向穿越隧道的地下水的徑流仍然具有較大的影響。首先，隧道施工過程中，在一定范圍內（包括水平方面和垂直方向上）對地下水資源量有一定的疏干，對地下水位有降低作用，對地下水流速和流量的變化有較大的影響。工程施工結束后，隧道又對地下含水層和巖溶通道具有一定的阻隔作用，可能造成地下水位的局部抬升，導致流速和流量的改變。

另一方面，鐵路工程隧道對橫向上地下水的流向有一定的改變，對位于隧址區相同高程的含水層和隧道兩側地下巖溶管道有較大的隔斷作用，也會對地下水徑流方向有一定的改變。鐵路工程對線路兩側的地下水位有局部的抬升或降低作用，對地下水資源有局部增加或減少作用，對于地下水維持的表生作用有較大影響，對土壤環境也會有較大的影響。工程在疏干地下水、降低地下水位的同時，勢必對維系土壤表生環境的包氣帶環境有較大影響，導致包氣帶含水量逐漸減少，地表植被的退化，嚴重的甚至造成土地石漠化。局部地段地下水位雍高，對保持和增加包氣帶和表層土壤的含水率有積極的作用，對于地表植被的生長較為有利。

總體上鐵路工程在施工期間對區域地下水水質具有一定的影響。線路對地下水巖溶管道的阻隔作用，可能對地下暗河有連通或堵塞作用，可能對地下水運移有較大的影響。運營期間，由于鐵路的可能對線路兩側的地表水和地下水環境有較大影響。

表1 主要隧道涌水災害嚴重等級判別綜合表

表2 預測隧道最大涌水量（基本分值2900）

工程在穿越水平巖溶層時，可能造成隧道頂板的局部塌陷。工程施工過程中，對地下水資源的疏干作用，使原本飽水的地下含水層中的水資源流失，可能造成一定規模的地面塌陷，也可能對局部灰巖邊坡的穩定性有較大的影響。工程對地下水環境生態的影響較大。例如線路穿越了巖溶通道，人為改變地下水系統，對于水生動、植物種群賴以生存的環境有較大的改變，對于地下水環境生態完整性有較大的影響。工程對地下水系統穩定狀況的影響較大主要體現在施工期間。長隧道及其路基施工對地下水系統的改變較多。而運營期間，一旦隧道工程施工完成，地下水系統經嚴格堵水處理恢復，并達到新的平衡，對地下水系統穩定狀況的影響較小。但從四川境內已建的巖溶區隧道（如銅鑼山、華鎣山、明月山等隧道）分析，隧道工程對周邊地表水、地下水的疏干影響較大，甚至很嚴重，根本無法恢復。對地表泉水的影響也是很大，如已建的銅鑼山、華鎣山、明月山等隧道上方及兩側2-3km范圍內泉水基本被疏干，大多斷流。

長隧道對鐵路沿線溫泉的影響，主要視其有無揭露熱水含水層，有無改變溫泉的補給通道。長寧溫泉系深孔揭露深部的巖溶熱水層，淺部均屬侏羅系紅色碎屑巖，構成熱儲的隔熱（水）蓋層，淺層地下水的局部疏干對之影響有限。對設計鐵路沿線的溫泉和熱水鉆孔的影響評價應在工勘階段予以查明。

鐵路工程對線路兩側一定范圍內具有一定的疏干作用，對于巖溶地區已有的供水工程影響較大。特別是位于隧道路基之上的地段，地下水位降低巨大，水資源流失和疏干作用明顯。據以往鐵路、公路隧道的施工涌水量分析，疏干區一般位于隧道兩側2～5km。

巖溶自然景觀是巖溶地區獨特的地貌與景觀標志，興文是我省巖溶景觀發育和保留較好的區域，如孤峰、漏斗、巖溶峽谷、大型溶洞等，其中興文縣的石海洞鄉久負盛名。這些景觀多由巖石、洞穴、水相互映照，如著名的大漏斗、袁家洞等，都是巖溶作用的產物。鐵路施工，可能直接破壞這些景觀體，隧道施工會造成地下水疏干，水景觀消失或衰減而影響景觀效果，地下水位大幅下降會誘發地面塌陷，改變地面形態等。保護巖溶區的植被和水資源，應盡量避免線路通過巖溶風景區，盡量減少因鐵路施工造成的地表水、地下水疏干、植被破壞和棄渣堆放等。保持巖溶區植被茂盛、水源豐富、環境優美。

4 對策措施

針對工作區線路巖溶工程地質、水文地質條件，所采取的對策主要包括：

1）防護、加固、避讓、遷移等措施。加強對鐵路隧道、路基、橋梁墩臺基礎的周邊地段（特別是斜坡地段、危巖、地面塌陷和沉降帶）的防護和加固處理。如具有特別重大的工程地質和水文地質影響，應考慮加以避讓和遷移。

2）對景觀保護應提出補償、防護、減免措施。對鐵路沿線的景區，特別是鐵路建設和運營期間有重大影響的核心景區，應對景觀保護提出響應的補償、防護和減免措施。

3）環境監測與管理，建立環境管理信息系統。加強環境監測與預防管理，建立鐵路工程環境管理信息系統。

4）加強工程與水文地質勘察和研究。加強鐵路沿線，特別是重大工程的工程地質與水文地質勘察和研究工作。

[1] 梁波 林光鑫等. 新建鐵路成都至貴陽線宜賓～鎮雄段巖溶工程地質、水文地質調查報告[R]．成都，2011

[2] 《鐵路工程水文地質勘察規程》（TB10049-2004）[S].

Karst Hidden Trouble and Countermeasures in Railway Construction Engineering

LIANG Bo

This paper deals with hydrogeological and Engineering Geological problems related to underground river, karst cave and karst funnel in Changning-Xingwen-Weixin section of the Chengdu-Guiyang Railway and puts forward some countermeasures.

railway construction; karst hidden trouble; countermeasure

P642.25

A

1006-0995（2015）01-0114-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.026

2014-03-18

梁波（1980-），男，四川遂寧人，工程師，長期從事水文地質工程地質及巖土工程勘察工作