公路岩溶隧道工程地质勘察

曾志新

摘要：岩溶隧道勘察是公路勘察工作中的重点和难点。为了能给后期设计提供依据，从而有效规避施工过程中发生安全事故的风险，本文结合某隧道实际现场地质勘察，找出了勘察阶段岩溶隧道存在的问题，并深入探讨，分析其原因，以期能为类似岩溶隧道的勘察提供参考。

关键词：公路;工程地质勘察;岩溶隧道

岩溶又称喀斯特，是地下水和地表水活动引起可溶性岩石的溶蚀作用，以及由于这种作用形成的各种地表的地下溶蚀现象的总称。岩溶作用与其他任何地质作用不同的是，它的发生是由于水对可溶岩石（碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩等）的化学溶解作用。也就是说，化学溶解作用是岩溶的起因，并贯穿其发展过程。岩溶发育受岩性、构造和地下水运动三大因素的控制，分布极其复杂。

一、岩溶水简介

通常把岩溶化岩体中的地下水总称为岩溶水。岩溶水在垂直方向上可分为包气带（垂直循环带）、季节变动带（过渡循环带）、饱水带（水平循坏带）及缓流带（深部循环带），见图1。

在勘察工作中，岩溶水对隧道工程影响较大，但包气带和季节变动带常常容易被忽略。勘测大多不在雨季，因此，很难遇到地下水高水位期，当隧道在包气带或季节变动带通过时，容易忽略地下水对工程的影响。

二、工程概况及地质条件

该隧道属构造溶蚀夹侵蚀剥蚀中低山丘陵地貌区，地表多形成坡立谷、峰丛洼地、峰林谷地等地貌形态。隧道走向约184[°]，进出洞口缓坡、沟谷地带多为第四系残坡积、冲积层覆盖，洞口附近有乡村公路，交通条件较好。

隧道穿越的主要地层为第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）粉质黏土、残坡积层（Q4el+dl）粉质黏土，下伏基岩为二叠系茅口组（P1m）石灰岩，属岩溶隧道。隧址区未发现活动断层，中部浅埋段发育背斜，岩层倾角较陡，岩体在岩层及节理的切割下呈薄层—中厚层状结构，对隧道稳定性具一定影响。隧址区不良地质主要为岩溶。可溶岩为二叠系茅口组（P1m）石灰岩，岩溶强烈发育，岩溶形态特征主要有石芽、溶沟（槽）、溶孔、溶隙、地下暗河等。隧址区内的地下水类型主要为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶水，以碳酸盐岩岩溶水为主。隧址区岩溶洼地、溶洞、漏斗等岩溶形态发育，成为大气降水和地表水渗入的通道，地下水汇集在岩溶管道中，贮存运移，形成岩溶地下水。隧道处于垂直循环带，垂直溶隙裂隙、落水洞发育，降雨渗入水径流以垂直径流为主，补给区与径流区同在一地，隧道所处山体为单个峰体，补水面积不大，径流的地下水极易疏干，隧道渗水特征为流量小、动态变化大，尤以降雨期间渗入水量较集中。渗水量主要取决于降雨量的大小和降雨时间长短。

三、工程地质勘察

在工程地质勘察中，首先要对施工现场的地形、地貌等进行勘察；其次要观察周围的环境，探究其稳定性；最后要注意观察特殊地区的位置选择，再对外部环境进行科学合理的勘察工作。通过对特殊地区的勘查与分析，预测在施工中可能出现的问题或潜在的风险，然后经过专业的勘察团队充分讨论后，提出一些具体的解决措施，及时预防可能发生的问题或事故。

（一）工程地质勘察方案

勘察工作开始前，在充分收集前期资料的基础上，通过工程地质调绘结果研判，该隧道洞身围岩为石灰岩，岩溶发育程度以强烈为主。隧道中部位于一背斜核部，且为浅埋段，受背斜影响，该段地表发育岩溶漏斗，岩溶塌坑可见深度约3m，塌坑边缘可见明显塌陷陡坎，拉裂缝宽度约15～30cm，落水洞位置被塌方土体掩埋。因此，确定该段为岩溶勘察重点段，其余各段为一般勘察段，岩溶勘察重点段应有针对性地布设钻孔，以钻探为基础，结合多种物探手段，并开展水文地质专项调查工作，以更准确地划分隧道围岩，查明岩溶及其岩溶水的分布规律。

（二）工程地质勘察实施

1.水文地质专项调查

本次采用重点区（对岩溶区和可能对隧道产生影响的构造的区域）和一般区（距离隧洞较远且对隧道影响小的区域）进行调查工作，重点区达到1万调查精度，一般区达到5万精度。根据收集的1：10000比例尺光栅图为野外用图，进行水文地质和工程地质调查，采取以调查询问为主、追索法相结合的方法，各类重要的地质点、水文地质点采用手持GPS定位，地质测绘的填图采取穿越法、追索法相结合的方式，地质测绘的填图、成图单元以地质岩组为单元，在地层岩性分界线、标准层位出露点、岩溶及不良地质现象位置、地下水露头、矿井井口等各类地质单元体设置地质观测点，对地质断面进行全断面裂隙测量和统计，对水文地质点流量、水温、出露地层，岩溶洼地、漏斗、溶洞的位置、延伸方位、大小、出露地层等进行观测。

通过调查发现，该隧道区地表岩溶强烈发育，地下深部岩溶亦发育，地下水蕴藏量大，富水性为中富水—强富水性，汇水面积大，岩溶洼地及落水洞内充填大量第四系堆积层，为隧道突水突泥提供了丰富来源。隧道修建过程中及建成后，可能会出现突水突泥现象。

2.物探勘察

物探是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等），并测定岩土体的物性参数的一种物理勘探方法。

常用的物探方法有：第一，电法勘探，主要包括电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法等。第二，探地雷达，主要包括剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法等。第三，地震勘探，主要包括浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法。第四，弹性波测试，主要包括声波法和地震波法。第五，层析成像，主要包括声波层析成像、地震波层析成像、电磁波吸收系数层析成像、电磁波速度层析成像等。

物探方法能否取得良好的效果，还取决于一系列的自然条件和人为因素。探测对象（岩层或含水带）与围岩之间存在比较显著的物性差异。物性差异要有一定的异常幅度，并能在所探测的深度内，被现有的物探仪器测出来。探测对象呈现的异常现象，能与其他自然和人为干扰因素引起的异常现象很好地区别开来。探测对象有一定的规模（厚度或范围），埋藏不能太深，受其他自然和人为因素（地形坡度、切割程度、浮土厚度、工业地电、地下金属管道等）的影响不能太强烈。

本次采用高密度电法进行物探。高密度电法是通过电阻率的差异区分岩性及构造体，并根据电阻率值的大小以及在地下的分布形态，识别地下地质体的空间分布和性质的一种物探方法。影响电阻率的主要因素有矿物成分、岩石结构和构造、含水情况等。

通过对物探数据的反演、处理、解释，根据电阻率值及异常变化情况推测，隧道浅埋段处于低阻环境，为溶蚀裂隙带或基岩破碎区含水，隧道突泥突水和该异常高度相关，应结合水文地质调查综合处理，确保隧道施工安全。

3.钻探验证

地质钻探是工程地质工作中最重要且应用最广泛的勘察和检测手段，是获取地下地质实物资料和野外试验资料最有效的技术方法。在工程地质测绘及物探工作的基础上，采用人力或机械的方式，在岩（土）层中钻孔，可揭露地层层序、岩土工程特征，了解地质构造、不良地质现象的分布、界限及形态等。通过钻孔原位测试，进行水文地质试验与观测，采取各类原状或扰动样品，可为后续设计提供必需的地质数据及资料。

本次勘察在隧道进出口分别布设1个钻孔，在浅埋段布设4个钻孔，图6为浅埋段钻探纵断面图。

四、结束语

公路岩溶隧道地质条件复杂多变，岩溶发育规律性不强，是目前勘察的重点及难点。在岩溶隧道勘察中，应采用综合工程地质、水文地质调查、测绘等多种手段，不断复核、补充、修改，为后续设计施工提供准确可靠的参考依据。

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