巖溶鐵路隧道災害及治理措施探討

蔣凌云

（吉首大學張家界學院 湖南省張家界市 427000）

0 引言

隨著我國交通行業的不斷發展，隧道工程領域也隨之崛起。而在巖溶地區進行鐵路隧道施工最易出現溶洞突水、突泥、頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷等工程問題[1-2]，給工程施工帶來困難。本文針對巖溶的形成、巖溶對鐵路隧道的危害和巖溶地區的鐵路隧道易出現的施工問題進行探討，并提出了相應的處理措施，希望對巖溶地區鐵路隧道的施工具有一定的幫助。

1 巖溶的形成

1.1 形成機理

巖溶是巖溶作用與其產生的一切巖溶現象，也稱之為喀斯特。在長期地下水作用下，地下水對地表或地下可溶性巖石的溶蝕、侵蝕、溶蝕-侵蝕等作用而形成的[3]。

1.2 形成條件

1.2.1 巖石的可溶性

巖石的可溶性是熔巖發育的先決條件。不同巖石其組成礦物成分不一，其在地下水作用下的溶解度也不一樣，按其溶解度可分為易溶解的巖石、中等溶解度的巖石、難溶解的巖石，而自然界中的巖溶地貌大部分是碳酸鹽巖石經地下說的侵蝕、溶蝕、侵蝕-溶蝕作用形成的。

1.2.2 巖石的透水性形成溶洞的巖石必須具有一定的透水性。巖石的透水性取決于巖石中的孔隙和裂隙發育程度，通常而言，巖石中的孔隙裂隙越發育，巖石的透水性越強，也越容易產生溶洞。故在地表分化帶、斷層帶和巖層面處巖溶較發育。

1.2.3 有溶解能力的地下水活動

有溶解能力的地下水活動是巖溶形成的另一必備條件。水對碳酸鹽類巖石的溶解主要依靠溶解在水中的侵蝕性CO2，當溶解于水中的侵蝕性CO2越多，碳酸鹽被溶解的也就越多。侵蝕性CO2與碳酸鹽中的Ca－CO3發生反應，最終生成可溶性的Ca（HCO3）2。其化學反應如下：

有溶解能力的水主要靠大氣降水補給，因不同地區降水量不一，進而導致不同地區形成的巖溶深淺不一。

1.3 影響因素[4]

1.3.1 地質構造

地質構造對巖溶的形成影響極大。巖石的地質結構不僅決定巖溶大小還決定巖溶的延伸方向，在巖溶形成過程中起著主控作用。同時地下水是通過巖石中的裂隙進行滲透，當巖石中的裂隙足夠大時就會形成地下暗河，從而不斷的溶蝕巖石。

1.3.2 地形地貌

在巖溶發育地區，地表水或地下水不斷的作用于巖石，使得巖石產生不同程度的侵蝕、搬運、沉積作用，最終形成不同的地形地貌。有溶解能力的地下水又可在上述運動中流向不同的地形地貌，從而形成水流循環系統，不斷影響巖溶的形成過程，形成多樣的地形地貌。

1.3.3 地層巖性

組成巖石的礦物不一，進而導致不同巖石的性質不同。有溶解能力的地下水只對碳酸鹽類巖石具有一定的溶解能力，當巖石中的碳酸鹽礦物成分越多，巖石越容易被溶解，也就越容易形成巖溶地貌。同時并非所有的巖石只具備可溶性碳酸鹽，更多的是可溶性鹽與非可溶性巖共同組成的巖石，故在可溶性地下水的作用下，可溶性鹽被地下水侵蝕或溶解，而非可溶性鹽未被可溶性地下水溶解或侵蝕，這就導致巖溶易出現奇形怪狀。

2 巖溶對鐵路隧道施工的危害及防治措施

2.1 巖溶對鐵路隧道施工的危害

查閱相關文獻可知，在巖溶區域進行鐵路隧道施工易出現溶洞突水、突泥、頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷等工程問題，針對以上工程常見問題可采取如下防治措施：

2.2 防治措施

2.2.1 超前地質預報

在鐵路隧道施工過程中，常采用超前地質預報進行前方地質情況的探測，常用的探測技術有TSP超前地質預報、地質雷達、鉆炮等技術。以上技術都是運用物探原理，通過拾取掌子面前方巖體的反射波信息，達到探知前方地質情況的目的。如若發現前方有巖溶存在，巖溶區域較小且無水的條件下可直接進行填埋處理。巖溶區域有水存在時，可在保證排水通暢的前提下進行填埋、注漿等措施，防治水進一步溶蝕或侵蝕圍巖。如若巖溶區域較大，可采用跨越或繞避等措施。

2.2.2 紅外探水

在復雜地質條件下，特別是有巖溶發育區域，在掘進過程中容易遇見隱患問題，如地下水體或含水層理。紅外探水除可探測掌子面前方的地質情況外，還可探測掌子面前方頂板上方、底板下方、兩邊墻外部的地質情況。針對復雜水文地質特點，紅外探測儀可實現全空間全方位探測。如若發現前方有水存在，可采用相應的排水措施，如引流、排、堵等，亦可采用跨越或繞避等措施。

2.2.3 綜合治理

在巖溶區域進行鐵路隧道施工時，因故未探及溶洞或地下暗河存在，導致施工過程中發生溶洞突水、突泥、頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷等工程問題，應及時進行綜合處理。針對突水、突泥工程地質災害，可利用大尺寸的超前鉆孔進行探測，將內部的水釋放，待水量下降時，可適當施作止水帷幕，防治地下暗河中的水進一步發生滲透。針對巖溶鐵路隧道頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷，可及時對陷落或塌陷區域進行處理，隨后采用噴錨技術進行支護，防治巖溶鐵路隧道頂板溶洞填充物中和底板進一步發生塌陷。亦可對地表水采取截斷措施，防止地表水發生滲透，增加地下暗河的涌水量。

3 結束語

巖溶地區鐵路隧道施工中的巖溶問題依舊是一件極為復雜的施工問題，本文就巖溶的形成和巖溶鐵路隧道施工中易出現的溶洞突水、突泥、頂板溶洞填充物陷落、中底板塌陷等工程問題進行了分析，并提出了相應的處理措施，對巖溶區域鐵路隧道的施工具有一定的參考意義。