丹霞樞紐互通區下伏巖溶發育規律研究

黃曉明 李云安 張 涵

(中國地質大學(武漢)，湖北 武漢 430074)

巖溶是地下水或地表水對具有可溶性的巖層進行的化學方面的侵蝕和破壞所產生的溶洞現象[1-3]。巖溶的生成與所處的地質條件和自然條件有直接關系，其發育過程是一個長期且復雜的過程，與地質巖性、地質構造和地下水的運動規律都有密切聯系。巖溶對道路工程有極大的影響和危害，其中隱伏型巖溶對地基的穩定性造成巨大威脅[4]，而其發育形成與其所處環境、巖層物理性質有很大關系，在施工中如果不能清楚的摸清楚溶洞的位置和形式，那么將直接威脅工程的使用。

1 工程概況

擬建丹霞樞紐互通位于廣東省韶關市仁化縣周田鎮，路線經打鐵沖村與新建村。其中所穿的高速公路主線近南北向分布，互通區以橋梁及路基形式通過，線路上部為沖洪積平原，地形平緩，地勢相對平坦，以水田、魚塘為主，有一條水溝穿過；丘陵低山，山體高大、山坡較陡，植被發育，場區有粵贛高速、水泥路及在建的韶贛鐵路與外界相通，交通條件較好。場區地貌上屬于低山丘陵單元區。

1.1 地層巖性

1.2 地質構造

本區地質構造復雜，位于粵湘褶皺帶的交界處。在漫長的地質時期經歷了多次和多種性質的地殼運動，場地發育F1,F2斷層。

1)F1正斷層：F1斷層在區內未見露頭，于K249+416 m處南側200 m處山溝上測英脈裂面產狀為186°∠81°。組成物為碎裂巖、破碎的砂巖、頁巖、泥巖、石英脈等，屬壓扭性斷層。斷層上盤巖性為第三系丹霞群地層，紅色泥巖、泥質粉砂巖。下盤為泥盆系鎢礦山組砂巖。F1斷層以填方路基形式通過互通區，對互通影響小。

2)F2走滑斷層：F2斷層與線路大角度相交，對線路影響小。斷層長約500 m，寬2 m～5 m，產狀為211°∠89°。斷面波狀，其組成物為破碎砂巖、糜棱巖、泥質粉砂巖等。F2斷層以挖方路基通過互通區，對路基有影響，需注意。

2 巖溶發育規律

巖溶發育的基本條件可歸結為三個，即可溶性的巖石、具溶蝕能力的水和良好的地下水循環交替條件。工作區域內巖溶分布廣泛，可溶性的碳酸鹽巖地層為泥盆系錫礦山組角礫狀灰巖(D3x)，巖溶發育受多種因素的控制和影響，而其中最主要的就是地下水對巖溶的發育的影響。

2.1 地下水運動規律

通過對丹霞互通區域的地質調查并結合勘察資料進行分析，已基本了解了互通區域內的水文地質與巖溶發育特征：整體上互通區位于流域內的匯水區域，來自東、西、南、北四個方向的地下水與地表水流經此區域，且區域內分布有泥盆系的碳酸鹽巖，巖溶發育，形成地下水的徑流通道。但具體的流動途徑仍然不明確，由此我們通過地下水連通試驗進行進一步了解。

地下水連通試驗:連通試驗是一種較為直接的研究地下水流動的技術，利用某種示蹤物質在上游點的投放，并在下游點利用儀器進行監測，來證明是否有水力聯系。本次連通試驗采用的示蹤劑是熒光素Na和羅丹明WT，監測儀器為多功能野外在線地質環境監測儀(Ⅲ)。試驗共設置了2個投放點和6個接收點。在ZKB1投放點投放羅丹明WT，在ZKB2投放點投放熒光素Na，在ZKB3,ZKB4,ZKB5,ZKB6,ZKB7,ZKB8六個鉆孔處監測。

根據實驗結果進行分析，結合地下水等水位線，畫出兩種示蹤劑在地下水中的運移軌跡如圖1所示。由圖1可推測：地下水有南北向和東西向兩條主徑流帶，南北向和東西向主徑流帶在仁新線和韶贛線的交點附近交匯，兩條主徑流帶的交匯點可能是巖溶強烈發育的區域，這與地下水等水位線圖中的地下水交匯區域一致。

2.2 區域整體情況

從整體上來說，通過統計區域內230個鉆孔數據，計算出區域內的鉆孔巖溶能見率為66.09%，平均線巖溶率為27.09%，最大線巖溶率為80.49%。根據GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范對巖溶發育等級的界定，該地區為巖溶強發育(鉆孔巖溶能見率大于30%或線巖溶率大于20%)。區域內共揭露基巖(D3x中風化角礫狀灰巖)溶洞454個，其中全充填溶洞247個(54.4%)，半充填溶洞71個(15.6%)，空溶洞136個(30.0%)，溶洞最大高度達40 m，跨度達45 m，局部區域呈串珠狀發育，溶洞發育標高范圍為20 m～85 m，屬于覆蓋型溶洞。

大多數溶洞均有充填物，充填物多為軟塑～流塑狀粉質黏土，且溶洞附近多伴有巖溶化灰巖。區域內由物探等手段探測出的WF1,F1和F2斷裂以及裂隙使得可溶巖的透水性增強，促進水交替循環，加速了碳酸鹽巖的溶解。

2.2.1水平向發育規律

利用區域內鉆孔資料，并結合地下水水位等值線圖分析，溶洞在水平上主要分布在地下水的3個匯集區以及地下水主徑流帶上。地下水匯集區由四周的地表水和降雨不斷補給，匯集區的水又不斷匯集到主徑流帶上，最后排至湞江，因此造成了匯集區和主徑流帶上不斷進行著水循環交替，不斷的帶走次生沉積物，從而加速溶洞的形成和擴大。故而，這些區域的巖溶較其他地段發育。

2.2.2垂直向發育規律

利用鉆孔資料，作出溶洞標高分布范圍柱狀圖，如圖2所示。可以看出，區域內溶洞主要分布在標高20 m～85 m的范圍內，由此可劃分為4個巖溶發育帶，分別為70 m～85 m,60 m～70 m,40 m～60 m,20 m～40 m。前兩段離第四系覆蓋層較近，后兩段頂板厚度較大。其中，高程40 m～60 m和60 m～70 m兩段溶洞數量最多，巖溶最為發育。

通過綜合整理巖溶發育的關聯因素，結合地下水運動規律、研究區巖溶水平方向與垂直方向上的發育情況等進行要素合并，通過克里金插值計算可得出互通區巖溶發育的危險區、強發育區、中等發育區、微發育區(見圖3)，由此可有針對性對不同片區進行防治治理。

3 結論及建議

碳酸鹽巖分布于互通區域的東、西、北和中間位置，占地面積約為0.5 km2，區域內巖溶強發育，具體表現為數量眾多、規模大小不一、形態復雜、連通性強。結合前期野外實地勘察、區域巖溶發育規律及評價結果，為防止巖溶誘發工程地質問題，建議：1)對不穩定空溶洞、半充填溶洞、土洞的處理，采取先充填、再夯實、后灌漿處理措施。宜采用先依次充填塊石、碎石、砂子，保證良好的顆粒級配，與此同時進行錘擊夯實充填物，最后灌注混凝土，以提高整體承載力，達到良好的治理效果。2)對于全充填溶洞頂板破壞后可能造成的沉降，可直接采取壓力灌漿的方式處理下伏溶洞、土洞。區域內全充填溶洞內的充填物大部分為可塑、軟塑狀粉質黏土，通過壓力注漿的方式可有效提高充填物整體的承載力。3)加強對危險區及強發育區的關鍵地段、關鍵位置的變形及地下水位的監測，做到早發現、早治理，杜絕安全事故的發生。

[1] 弓俊偉.大瑤山隧道巖溶治理技術方法研究[D].桂林：桂林理工大學，2009.

[2] 劉自強.瀘沽湖機場巖溶發育特征及地基穩定性分析與評價[D].成都：成都理工大學，2011.

[3] 張 磊.鐵路路基巖溶穩定性的分析與評價[J].廣東建材，2010(11):28-30.

[4] 姚裕春，李安洪.洛湛鐵路巖溶路基加固分析[J].鐵道工程學報，2009(6):41-43.