岩溶地区地下洞室勘测技术研究

朱代强

摘要：本文首先对岩溶地区地下洞室勘测的内容进行了分析，然后对具体的勘测技术进行了介绍，详述了施工中勘测工作的重点，对勘测中常见问题以及问题的处理措施进行了分析。通过上述研究可进一步分析地下洞室的破坏原理，保证地下洞室施工的正常开展。

关键词：岩溶地区 地下洞室 勘测技术 物探 水文地质

在水电工程建设中地质勘测是一项基础性工作，从工程地质编录的实现方式和地质测绘方式来看：当前主要使用路线测绘法、地质点测法、实测剖面法等。受交通条件、作业环境等影响，主要勘测工作以地质测绘、岩溶水文地质分析及少量物探为主，开展大规模的重型勘探工作不现实，其控制范围也较为有限。通过施工地质编录与分析，验证前期分析资料，尤其是岩溶发育规律及规模、突水等岩溶地质问题，并及时提出地质预报，为设计优化提供详细的地质资料。

1.地下洞室岩溶工程地质问题勘测内容

（1）地下洞室岩溶工程地质勘察应在调查区域岩溶发育特征和水文地质条件的基础上进行。（2）调查洞室内的地形地貌特征，研究不同地形地貌条件对岩溶发育的影响。（3）查明地下洞区碳酸盐岩的类别、分布、产状、厚度及其与非碳酸盐岩层的组合情况。（4）查明地下洞室区的褶皱形态、性质、特征等，研究不同构造部位对岩溶发育和形态的影响。（5）查明地下洞室区主要断层的结构面的产状、性质、规模、延伸情况，及其位置与洞室的关系，研究断层对岩溶岩层切割错位情况，断层与岩溶发育关系。（6）调查地下洞室区的重要岩溶现象，特别是溶洞、溶隙、落水洞、管道、地下暗河等的分布、位置、形态、规模、填充情况以及它们与洞室的关系。（7）查明洞室区各岩溶含水层的地下水位、动态规律及最高、最低水位，划分岩溶含水和相对隔水层，查明岩溶泉的出露位置、泉水动态，查明含水层和相对隔水层遭受断层切割的情况，收集历史暴雨强度资料。（8）根据地下水与河水的补排关系，确定洞室区水动力条件；按地下循环条件，划分岩溶水动力带，并判断隧洞所处的地下水循环带位置。

2.地下洞室岩溶工程勘测技术

2.1地质测绘及岩溶调查

（1）引水线路区的测绘和调查范围应包括各比较线路及其两侧各500～1000m的地带。当岩溶管道水系统规模较大并对隧洞影响较大时，地质测绘及调查的范围应不限于要求，而应适当扩大至补给区，以方便对该岩溶管道系统的补给、径流、排泄条件进行宏观分析判断，有利于评价岩溶及地下水对地下洞室的影响。

（2）岩溶地区隧洞线路的测绘比例尺一般选用1：10000，当岩溶水文地质条件极为复杂时，测绘比例尺可选用1：5000。

2.2使用综合物探手段对引水隧洞通过段勘测

（1）岩溶地区引水隧洞通过地段多山高坡陡、沟壑纵横，除局部浅埋过沟段外，不宜采用重型勘探工作，而多采用综合物探手段勘测岩溶发育强度、大洞穴位置及地下水位。例如，天生桥二级水电站早期隧洞区物探调查一般采用地震勘探或电法勘探。前期调查深度较浅，对深部岩溶调查基本无能为力。后者主要用于调查岩溶管道的位置若地下水集中渗流带的位置；但由于其多解性，且隧洞区不可能采用大规模的钻探进行验证，故电法勘探的精度与较低。随着物探技术的发育，至后期一般采用四通道电导率连续成像系统（EH-4）、可控源音频大地电磁测深法（GDP32、V6、V8）等方法，探测洞室附近的洞穴和岩溶发育带位置和规模。

（2）对过沟浅埋段或地下厂房区，当地质测绘或EH-4等调查可能存在影响工程建设的岩溶洞穴时，应结合勘探钻孔，采用钻孔层析成像方法，探测钻孔及孔间的岩溶发育情况。

2.3水文地质复杂地段的勘测方法

（1）隧洞线路的钻孔宜布置在地形低洼、岩溶发育、水文地质条件复杂的地段，可能存在大洞穴、大断层、低水位带部位应布置专门性钻孔。

（2）钻孔深度应进入洞室底板以下10～30m，或达到地下水位，或大洞穴底板以下，建筑物区的钻孔深度应视具体要求而定。

2.4水文地质试验与测试技术

（1）根据隧洞区岩溶水文地质条件，可采用连通试验，对隧洞区岩溶管道水系统的补给、径流、排泄条件进行分析论证。

（2）隧洞区钻孔受供水条件、钻孔深度等因素影响可不进行压水试验，但所有钻孔均应进行地下水位观测。对可能影响并导致隧洞发生岩溶涌水等问题的大泉水，应进行长期观测。

（3）隧洞区应取钻孔水位（必要时分层取水样）、泉水水样进行水质分析，据其水化学成分，分析其渗流条件。

3.施工期间地质勘测工作要点

施工期地质工作要点如下：

（1）隧洞室开挖，编录和测绘揭露的断层带、破碎带、岩溶现象和水文地质情况。

（2）对前期资料进行验证、分析，并及时进行地质预报，预测可能出现的岩溶地质问题，特别是岩溶突水、突泥问题，为隧洞施工提供相关资料。

（3）采用地质雷达对已开挖的洞室围岩进行检测，了解近洞壁一带可能发育的溶洞的位置及规模。

（4）利用揭露的管道进行地下水连通试验，利用揭露的涌水点，追索管道位置，选择抽排水位置。

（5）根据隧洞开挖揭露的岩溶水文地质特征，以及地质雷达检测发现有异常现区，当分析认为上述岩溶现象或异常区对隧洞工程结构影响较大时，应及时提出补充勘察工作方案，布置钻探、物探等方法，进行补充调查。针对溶洞进行的补充勘察工作应采用钻探及物探相结合的方式进行，方能有效查明溶洞的分布范围、边界特征及深度、充填特征及充填物性状。

（6）根据隧洞开挖揭露的岩溶水文地质特征，以及补充勘察工作得到的资料，应及时提出堵、排岩溶地下水和加固处理岩溶地基等措施的建议。

4.地区水电工程勘测常见问题及处理措施

4.1围岩稳定问题的勘测和处理

岩溶地区岩溶洞穴引起的隧洞围岩稳定问题即岩溶稳定问题，其取决于岩溶发育程度及溶洞规模、充填物性状、溶洞发育方向及其与隧洞的关系、地下水活动状态。溶洞对隧洞围岩稳定性的影响存在以下几种情况：

（1）隧洞开挖中遇到大溶洞，但无充填物及地下水活动，对隧洞的稳定性影响相对较小，其受溶洞的规模，周围岩体工程特性及其在隧洞内所处的位置的影响。

（2）隧洞开挖揭露有充填物的溶洞且有地下水涌出时对隧洞施工开挖及围岩稳定性均有极大影响，其影响程度取决于溶洞规模、充填物的性质及涌水量的大小，若地下水涌水量很大极易造成泥石流，甚至地面塌陷。

4.2高外水压力问题及其处理

外水压力为隧洞涌水作用在隧洞衬砌结构上的水压力。在采用经验公式确定其值时，外水压力的大小取决于隧洞涌水介质形式、涌水水头。如果涌水介质为管道、洞穴，水头折减系数就大，外水压力值就大；若为破碎带或裂隙岩体，其水头折减系数小，外水压力值就小。如广西天生桥二级Ⅰ号引水隧洞2+256桩号右壁沿白云质灰岩中发育的岩溶管道发生大涌水。隧洞开挖至2+256桩号时，隧洞切断岩溶管道，小管道坡度45度时，隧洞切，延伸至隧洞底板以下。管道断面直径1～1.5m，局部扩大为5～7m溶洞，暴雨时沿管道涌水，流量最大达1m³/s。封堵管道出口后从旁边另冲出一涌水口，喷距达5m。经过勘测后，推测外水压力约2.8MPa，隧洞采用加厚衬砌处理，解决了高外水压力问题。

5.结语

综上所述，水电工程探测工作是水电工程施工的重要环节。本文重点对地下洞室岩溶工程常见的地质问题进行分析，对洞室岩溶工程勘测过程中常见的问题进行了探讨，并结合实际案例对处理措施进行了分析。通常情况下，溶洞的规模、发育方向、充填物性质等会对岩溶的稳定性造成影响，如果溶洞比较大，但是溶洞中没有地下水和充填物活动，不会对岩溶稳定性造成太大影响，无需做特殊处理。但是如果勘测发现有地下水涌出，并且溶洞中有充填物，对岩溶稳定性比较大，需要根据实际情况采取处理措施。而对于高外水压力问题来说，压力大小主要是由涌水水头、隧洞涌水介质来决定的，需要勘测后根据实际情况进行处理。以上问题都是水利工程施工中的常见地质问题，通过勘测可以及时发现工程地质存在的问题，并针对性的采取处理措施，保证水电工程的安全。