公路巖溶隧道工程地質勘察

曾志新

摘要：巖溶隧道勘察是公路勘察工作中的重點和難點。為了能給后期設計提供依據，從而有效規避施工過程中發生安全事故的風險，本文結合某隧道實際現場地質勘察，找出了勘察階段巖溶隧道存在的問題，并深入探討，分析其原因，以期能為類似巖溶隧道的勘察提供參考。

關鍵詞：公路;工程地質勘察;巖溶隧道

巖溶又稱喀斯特，是地下水和地表水活動引起可溶性巖石的溶蝕作用，以及由于這種作用形成的各種地表的地下溶蝕現象的總稱。巖溶作用與其他任何地質作用不同的是，它的發生是由于水對可溶巖石（碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物巖等）的化學溶解作用。也就是說，化學溶解作用是巖溶的起因，并貫穿其發展過程。巖溶發育受巖性、構造和地下水運動三大因素的控制，分布極其復雜。

一、巖溶水簡介

通常把巖溶化巖體中的地下水總稱為巖溶水。巖溶水在垂直方向上可分為包氣帶（垂直循環帶）、季節變動帶（過渡循環帶）、飽水帶（水平循壞帶）及緩流帶（深部循環帶），見圖1。

在勘察工作中，巖溶水對隧道工程影響較大，但包氣帶和季節變動帶常常容易被忽略。勘測大多不在雨季，因此，很難遇到地下水高水位期，當隧道在包氣帶或季節變動帶通過時，容易忽略地下水對工程的影響。

二、工程概況及地質條件

該隧道屬構造溶蝕夾侵蝕剝蝕中低山丘陵地貌區，地表多形成坡立谷、峰叢洼地、峰林谷地等地貌形態。隧道走向約184[°]，進出洞口緩坡、溝谷地帶多為第四系殘坡積、沖積層覆蓋，洞口附近有鄉村公路，交通條件較好。

隧道穿越的主要地層為第四系全新統沖洪積（Q4al+pl）粉質黏土、殘坡積層（Q4el+dl）粉質黏土，下伏基巖為二疊系茅口組（P1m）石灰巖，屬巖溶隧道。隧址區未發現活動斷層，中部淺埋段發育背斜，巖層傾角較陡，巖體在巖層及節理的切割下呈薄層—中厚層狀結構，對隧道穩定性具一定影響。隧址區不良地質主要為巖溶。可溶巖為二疊系茅口組（P1m）石灰巖，巖溶強烈發育，巖溶形態特征主要有石芽、溶溝（槽）、溶孔、溶隙、地下暗河等。隧址區內的地下水類型主要為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖巖溶水，以碳酸鹽巖巖溶水為主。隧址區巖溶洼地、溶洞、漏斗等巖溶形態發育，成為大氣降水和地表水滲入的通道，地下水匯集在巖溶管道中，貯存運移，形成巖溶地下水。隧道處于垂直循環帶，垂直溶隙裂隙、落水洞發育，降雨滲入水徑流以垂直徑流為主，補給區與徑流區同在一地，隧道所處山體為單個峰體，補水面積不大，徑流的地下水極易疏干，隧道滲水特征為流量小、動態變化大，尤以降雨期間滲入水量較集中。滲水量主要取決于降雨量的大小和降雨時間長短。

三、工程地質勘察

在工程地質勘察中，首先要對施工現場的地形、地貌等進行勘察；其次要觀察周圍的環境，探究其穩定性；最后要注意觀察特殊地區的位置選擇，再對外部環境進行科學合理的勘察工作。通過對特殊地區的勘查與分析，預測在施工中可能出現的問題或潛在的風險，然后經過專業的勘察團隊充分討論后，提出一些具體的解決措施，及時預防可能發生的問題或事故。

（一）工程地質勘察方案

勘察工作開始前，在充分收集前期資料的基礎上，通過工程地質調繪結果研判，該隧道洞身圍巖為石灰巖，巖溶發育程度以強烈為主。隧道中部位于一背斜核部，且為淺埋段，受背斜影響，該段地表發育巖溶漏斗，巖溶塌坑可見深度約3m，塌坑邊緣可見明顯塌陷陡坎，拉裂縫寬度約15～30cm，落水洞位置被塌方土體掩埋。因此，確定該段為巖溶勘察重點段，其余各段為一般勘察段，巖溶勘察重點段應有針對性地布設鉆孔，以鉆探為基礎，結合多種物探手段，并開展水文地質專項調查工作，以更準確地劃分隧道圍巖，查明巖溶及其巖溶水的分布規律。

（二）工程地質勘察實施

1.水文地質專項調查

本次采用重點區（對巖溶區和可能對隧道產生影響的構造的區域）和一般區（距離隧洞較遠且對隧道影響小的區域）進行調查工作，重點區達到1萬調查精度，一般區達到5萬精度。根據收集的1：10000比例尺光柵圖為野外用圖，進行水文地質和工程地質調查，采取以調查詢問為主、追索法相結合的方法，各類重要的地質點、水文地質點采用手持GPS定位，地質測繪的填圖采取穿越法、追索法相結合的方式，地質測繪的填圖、成圖單元以地質巖組為單元，在地層巖性分界線、標準層位出露點、巖溶及不良地質現象位置、地下水露頭、礦井井口等各類地質單元體設置地質觀測點，對地質斷面進行全斷面裂隙測量和統計，對水文地質點流量、水溫、出露地層，巖溶洼地、漏斗、溶洞的位置、延伸方位、大小、出露地層等進行觀測。

通過調查發現，該隧道區地表巖溶強烈發育，地下深部巖溶亦發育，地下水蘊藏量大，富水性為中富水—強富水性，匯水面積大，巖溶洼地及落水洞內充填大量第四系堆積層，為隧道突水突泥提供了豐富來源。隧道修建過程中及建成后，可能會出現突水突泥現象。

2.物探勘察

物探是以地下巖土層（或地質體）的物性差異為基礎，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化，確定地下地質體的空間展布范圍（大小、形狀、埋深等），并測定巖土體的物性參數的一種物理勘探方法。

常用的物探方法有：第一，電法勘探，主要包括電測深法、電剖面法、高密度電法、自然電場法、充電法、激發極化法、可控源音頻大地電磁測深法、瞬變電磁法等。第二，探地雷達，主要包括剖面法、寬角法、環形法、透射法、單孔法、多剖面法等。第三，地震勘探，主要包括淺層折射波法、淺層反射波法和瑞雷波法。第四，彈性波測試，主要包括聲波法和地震波法。第五，層析成像，主要包括聲波層析成像、地震波層析成像、電磁波吸收系數層析成像、電磁波速度層析成像等。

物探方法能否取得良好的效果，還取決于一系列的自然條件和人為因素。探測對象（巖層或含水帶）與圍巖之間存在比較顯著的物性差異。物性差異要有一定的異常幅度，并能在所探測的深度內，被現有的物探儀器測出來。探測對象呈現的異常現象，能與其他自然和人為干擾因素引起的異常現象很好地區別開來。探測對象有一定的規模（厚度或范圍），埋藏不能太深，受其他自然和人為因素（地形坡度、切割程度、浮土厚度、工業地電、地下金屬管道等）的影響不能太強烈。

本次采用高密度電法進行物探。高密度電法是通過電阻率的差異區分巖性及構造體，并根據電阻率值的大小以及在地下的分布形態，識別地下地質體的空間分布和性質的一種物探方法。影響電阻率的主要因素有礦物成分、巖石結構和構造、含水情況等。

通過對物探數據的反演、處理、解釋，根據電阻率值及異常變化情況推測，隧道淺埋段處于低阻環境，為溶蝕裂隙帶或基巖破碎區含水，隧道突泥突水和該異常高度相關，應結合水文地質調查綜合處理，確保隧道施工安全。

3.鉆探驗證

地質鉆探是工程地質工作中最重要且應用最廣泛的勘察和檢測手段，是獲取地下地質實物資料和野外試驗資料最有效的技術方法。在工程地質測繪及物探工作的基礎上，采用人力或機械的方式，在巖（土）層中鉆孔，可揭露地層層序、巖土工程特征，了解地質構造、不良地質現象的分布、界限及形態等。通過鉆孔原位測試，進行水文地質試驗與觀測，采取各類原狀或擾動樣品，可為后續設計提供必需的地質數據及資料。

本次勘察在隧道進出口分別布設1個鉆孔，在淺埋段布設4個鉆孔，圖6為淺埋段鉆探縱斷面圖。

四、結束語

公路巖溶隧道地質條件復雜多變，巖溶發育規律性不強，是目前勘察的重點及難點。在巖溶隧道勘察中，應采用綜合工程地質、水文地質調查、測繪等多種手段，不斷復核、補充、修改，為后續設計施工提供準確可靠的參考依據。

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