第四节岩溶

§8-4岩溶一、岩溶及其形态特征（一）概念岩溶，又称喀斯特(karst)，是指可溶性岩石，在漫长的地质年代里受地表水和地下水以化学溶蚀为主，机械侵蚀和岩浆为辅的地质营力的综合作用和由此产生的各种现象的统称。地表水、地下水对可溶岩进行溶解和冲刷，结果在岩石内造成了空洞，使岩石结构发生变化和破坏，形成了一系列独特的地貌景观，造成了特殊的地下水类型，降低了原有岩石的强度，导致了较复杂的地质问题。岩溶在我国分布广泛，有的岩溶发育在岩盐类岩石（如：岩盐、钾盐）中；有的发育在硫酸盐类岩石（如石膏、硬石膏）中；但以碳酸盐类岩石中发育的岩溶现象最为普遍，如石灰岩、白云岩等在我国西南各省几乎到处可见，岩溶地质现象奇丽壮观、引人入胜，尤其是广西桂林之岩溶现象更为著名，素有“桂林山水甲天下，阳朔山水甲桂林”之称，是世界游览圣地之一。我国岩溶主要分布在西南、中南地区，其中桂、黔、滇、川东、鄂西、粤北连成一片，面积达56万km2。另外，在华北、华东、东北地区也有分布。（二）岩溶的形态特征常见的岩溶形态有以下几种：P184～186。1．溶沟和石芽如云南路南县的石林奇观，堪称世界之最，其中石芽最高达30m以上，峭壁林立，各有姿态。2．漏斗和落水洞3．溶蚀洼地和坡立谷（溶蚀盆地）如广西一带溶蚀洼地很多，其直径由数百米至于1～2公里，洼地底部有厚约2～3米的红土覆盖，表面有耕地分布。4．峰丛、峰林和孤峰5．干谷6．溶洞如：美国肯塔基州的猛犸洞长达240公里，这世界之冠。多层溶洞如江苏宜兴善卷洞，该洞有上、中、下三层，每层相互连通。上洞、中洞属同一水平溶洞系统，都很开阔，可容数百人；下洞中发育有近100m的地下河，沿地下河行舟可以直通地面。7．暗河二、岩溶的形成条件及发育规律（一）岩溶的形成条件1．可溶性岩石2．岩石的裂隙性3．水的溶蚀能力4．岩溶水的运动与循环岩溶水随深度的不同，有不同的运动特征，分别为：(1)垂直循环带；(2)季节循环带；(3)水平循环带；(4)深部循环带。（二）岩溶发育规律在岩溶发育地区，各种岩溶形态在窨的分布和排列是有一定的规律的，它们主要受岩层产状、地质构造和地壳运动的控制。1．岩层产状的影响可溶岩和非可溶岩的相对位置及产状对可溶岩中是否发育有岩溶有很大影响。2．地质构造的影响褶曲、节理和断层等地质构造控制着地下水的流动通道，地质构造不同，岩溶发育的形态、部位和程度都不同。3．地壳运动的影响类似于河流的侵蚀作用受侵蚀基准面的控制一样，地下水对可溶岩的溶蚀作用同样受侵蚀基准面的控制。而侵蚀基准面的改变则是由于地壳升降运动所决定的。三、岩溶地区工程地质问题随着社会建设的日益发展，必然会有更多的工程建筑物在岩溶地区兴建，因而碰到一些较复杂的地质问题，且导致的工程地质问题也是多方面的，它对各项工程建筑均有不同程度的影响及危害。概括起来，与岩溶有关的工程地质问题有：1．可溶岩石强度的降低对地基稳定性的影响；可溶性岩石均匀性溶蚀及非均匀性溶蚀对地基的影响问题；2．地表岩溶现象如溶洞、溶槽、石芽、溶蚀漏斗等对地基稳定性的影响；3．地下岩溶如溶洞，溶蚀裂隙、暗河等对地基稳定性的影响；在岩溶地区开采矿产或修建地下工程建筑物，岩溶水突然发生涌水，淹没坑道危及人民生命财产等。4．在岩溶地区修建水利工程设施，如水库、水渠以及其它工程等。坝基的稳定性及可能的渗漏问题；5．岩溶地区地下水一般较丰富，若在岩溶区开采利用地下水资源造成地下水位大面积下降，由此而引起的地表塌陷，影响和危害各种建筑物的安全。6．利用天然溶洞做地下仓库或厂房。溶洞顶底板的安全稳定问题；7．在岩溶地区由于岩溶化作用，常有大量石灰岩及其他物质堆积，若在堆积物上选择地基时可能产生的不均匀沉陷的问题等。总之，和岩溶有关的工程地质问题是多方面的，而且影响因素较为复杂，往往受各种因素的综合影响。四、岩溶的防治措施（一）岩溶地区路基整治措施1、路基上方的岩溶泉和冒水洞，宜采用排水沟将水截流至路基外。对于路基基底的岩溶泉和冒水洞宜设置集水明沟或渗沟，将水排出路基。2、对于稳定路堑边坡上的干溶洞，洞内宜采用干砌片石填塞。3、位于路基基底的开口干溶洞，当洞的体积不大、深度较浅时，宜予以回填夯实；当洞的体积较大或深度较深时，宜采用构造物跨越。对于有顶板但顶板强度不足的干溶洞，可炸除顶板后进行回填，或设构造物跨越。4、通过溶洞围岩分级或计算判断下伏溶洞有坍塌可能时，宜采用以下方法进行加固：1)洞径大、洞内施工条件好的无充填溶洞，宜采用浆砌片石或钢筋混凝土的支撑墙、支撑柱进行加固。2)深而小的溶洞不便于洞内加固时，宜采用石盖板或钢筋混凝土盖板跨越可能的破坏区。3)对于顶板较薄的溶洞，当采取地表构造物跨越有困难或不经济时，可炸除顶板，按明洞的方式进行处理。4)对于有充填物的溶洞，宜优先采用注浆法、旋喷法进行加固，不能满足设计要求时宜采用构造物跨越。5、对于路基范围内的土洞应先判明土洞是否仍在发展。对于已停止发展的土洞可按一般地基进行评价，需加固时宜采用注浆、复合地基等方法进行处理；对于还在发展中的土洞，宜采用构造物跨越。（二）岩溶地区桥梁桩基整治措施：岩溶地区桥梁桩基础施工钻进遇到溶洞、溶隙、斜岩、暗河等复杂的不良地质时，漏水、塌孔、缩孔、卡钻、埋钻、偏孔等情况造成成孔困难，灌注混凝土时易发生护壁坍塌造成混凝土流失问题，引起成桩困难等等诸多不利因素。为了保证工程质量和安全，桩基施工前进行周密地部署，制定详细的施工预案，施工中密切注意现场岩溶的变化情况，采取不同的处理措施。1、对于小型的一般溶洞（深度＜2m的）：常采用成孔前注浆预处理或抛填片石、粘土等，反复冲击处理。2、对于大型的溶洞（深度＞2m的）：常采用预灌注混凝土处理或局部、全护筒或多层护筒处理。（三）岩溶地区隧道整治措施：隧道是线路工程上经常见到的，隧道穿过岩溶区应视所遇溶洞规模及出现部位采取相应的措施。分为溶洞及溶岩水的处置。1、岩溶地区隧道溶洞处理1）溶洞处置的主要原则：隧道遭遇到发展和衰亡阶段的岩溶中的大型溶洞、暗河时，应逐个溶洞逐个处理，不必要寻找标准的设计，设计中的通用原则为确保隧道的衬砌结构有足够的安全保证、在可预见期内洞穴的稳定性有保证、原有水流通道不会被阻断、方案比较经济适用。2）溶洞处理主要方式：隧道过溶洞处置方式有内增设边墙梁及行车梁、托梁、支墩、悬壁梁承托纵梁、拱桥、加大隧道净空宽度跨度跨越岩溶或对隧道周边岩体进行封闭、注浆加固、支顶加固、加强衬砌等。（1）溶洞跨越处理：当溶洞规模较大、溶洞内充填物松软，基础处理工程修建困难、耗资巨大，或者溶洞虽小但水流较大时，可根据具体条件采用相应的梁跨、板跨等形式跨越岩溶地段。此方式一般采用钢筋混凝土梁跨越，梁体采用抗侵蚀混凝土。当隧道衬砌断面需要开挖围岩才能满足净空要求时，应先开挖围岩，再施工跨越结构，以确保安全，同时应注意不同受力结构间的断缝设置及连接措施设置。（2）封闭处理：已停止发育的干溶洞，在考虑有效的过水通道后，可采用混凝土、浆砌片石或干砌片石堵塞、充填溶洞。（3）锚杆、钢管加固处理：为防止洞穴岩壁或顶板坍塌，在清除松动岩石困难的情况下，可采用锚杆或大钢管、钢轨加固岩体。此时隧道衬砌应考虑抗冲击措施，一般是采用明洞衬砌，衬砌顶部设置回填体，其表面设置护面结构，回填体以上空间的溶洞洞壁采用锚杆、钢筋网、喷射混凝土封闭支护；若溶洞较大，可设置横向钢轨横或设人字形钢轨栅架。（4）支顶处理当隧道穿过的溶洞由碎、块石及淤泥土充填，充填物的松散密实程度不一时，隧道底部应考虑采用钢筋混凝土底板，清除底板下松散体，回填碎石，并在底板下加设钢筋混凝土桩进行支顶。2、岩溶水的处理1）岩溶水的处理原则：对岩溶水的处理通常原则是以“排”为主，截、堵、排、防相结合的综合处理原则。2）岩溶水的处理方法：（1）泄水洞排水：当预测到隧道区域的岩溶水量大、水压大，而隧道确实无法避开时，需考虑专门设置排水隧洞，达到排除岩溶水，降低地下水位，保持隧道干燥和施工安全的目的。泄水洞应位于地下水来向的一侧，为防止岩溶水突然袭击，施工中要采用超前钻孔探测，预备足够的抽水设备。泄水洞的设置可能对生态环境有不利影响,是否采用应从施工、环保、安全等多方面进行评价，以保证方案考虑周全，成本最低。（2）涵洞、倒虹管吸过水：隧道断面与岩溶水相交时，为保证岩溶水畅通，在隧道底部设钢筋混凝土圆涵，或倒虹管，同时涵洞出入口周边至隧道边墙外缘采用浆砌片石回填密实。注意：在采用此方案时要正确考虑涵洞过水断面，一般应按丰水季节流量考虑总之，岩溶的处理方法是多种多样的，应依据不同类型建筑物所要求的地基强度以及地基土石条件等综合考虑，然后采用某种方法进行处理。