济南地区岩溶发育规律探讨

2011-06-07韩兴广

铁道勘察 2011年2期

韩兴广

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

1 概述

岩溶(又称喀斯特)是指水(地表水、地下水)对可溶性岩层的化学作用和物理作用,以及这些地质作用所产生地质现象的总称。可溶性岩石按化学成分和矿物成分可分为三种类型：碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩等)、硫酸盐类岩石(石膏、芒硝等)、卤盐类岩石(石盐、钾盐等)，在铁路工程中比较常见的是碳酸盐类岩石。本文以济南地区地质勘察和施工过程中的一些工程实例,叙述了本地区岩溶发育的特点,对今后加深岩溶形态以及发育规律的认识都有很大帮助。

2 岩溶勘察

2.1 玉符河特大桥地质勘察

济南市区南部玉符河特大桥(中心里程DK418+458.12),小里程为罗而庄特大桥,大里程为路基,接西渴马1号隧道。玉符河特大桥工程地质纵断面(局部)如图1所示。

桥址区钻探深度内灰岩发育大量溶洞、溶隙及溶槽,溶洞直径溶槽宽度一般在0.1～8.4 m之间。大部分溶洞及溶槽为全充填式,充填物为棕黄色、棕红色黏土,坚硬—软塑,含灰岩碎块及半壁状灰岩；少量溶洞充填碎石土,棕红色,中密,潮湿,碎石成分为灰岩,充填黏土；其余溶洞无填充或部分填充,空洞最大竖向发育深度为9.9 m。岩溶发育深度为基岩面以下30～40 m,层底高程25～30 m,DK417+920～DK418+200段灰岩溶蚀较深,溶蚀面层底高程10 m左右。溶蚀面以下岩石完整坚硬,少见溶蚀现象。部分溶洞通过溶孔、溶隙连通或直接连通,整体上看桥址区岩溶中等发育。按照铁路工程地质勘察规范要求,对大部分桥墩均进行了逐桩钻探。

典型墩台工程地质剖面如图2所示。

2.2 岩溶发育强度分级

岩溶的发育主要受岩性、构造(裂隙)及地下水等因素的控制。从勘探资料分析,岩溶主要沿裂面及层面发育,不同地段或同一墩台岩溶的发育强度都有较大差异，总体上看岩溶发育分布不均,规律性较差，石灰岩,尤其是泥质条带灰岩地段岩溶发育强度比白云质灰岩强烈,溶隙、溶洞、串珠状溶洞多分布在含泥质条带灰岩段；浅部岩溶横向溶洞连通较好,垂向上则发育不均,连通性差。岩溶发育强度分级标准见表1。

图1 玉符河特大桥工程地质纵断面(局部)

图2 桥墩地质剖面

3 岩溶发育规律的再认识

3.1 路基、隧道施工开挖情况

大里程DK419+245～DK420+395段岩溶路基位于玉符河高阶地,采用灌砂注浆处理。DK420+000～西渴马1号隧道进口为路堑边坡防护段,现场开挖揭示的溶沟溶槽如图3所示。

地层岩性为寒武系中统(∈2)灰岩,青灰色,隐晶质结构,层状构造,岩体呈中厚层—巨厚层状,弱风化(W2),局部夹薄层泥灰岩,溶蚀现象发育。原有钻探资料揭示灰岩中多溶洞,竖向发育深度1～2.52 m。实际开挖所揭示的溶洞多以溶隙和溶沟溶槽为主,沿竖向和垂向呈树根状发育。横向延伸规模并不大,裂隙面见淋滤凹槽,充填棕红色黏土,溶沟内岩石表面受侵染颜色为暗红色。

表1 岩溶发育强度分级

图3 路堑边坡开挖揭示的溶沟溶槽

与路堑相连的为西渴马1号隧道,随着线路进入丘陵区,洞身范围内揭示的溶蚀现象逐渐减少,出露的岩溶形态也多以紧闭型溶蚀裂隙为主,裂隙宽度小于3 cm,全充填褐红色硬塑状黏土,手感细腻,黏性很强。

3.2 水动力作用控制岩溶发育程度

玉符河特大桥通过的地层为寒武系中统(∈2)灰岩,产状平缓,为一单斜构造,岩石以石灰岩为主。通过对物探资料以及钻探资料的详细分析,物探异常点(带)、溶洞充填物的标贯、动探击数等进行研究,未充填以及半充填的溶洞(溶隙)多发生在地下水水动力作用较强的河流附近的可溶岩地层中。如枣庄荆河特大桥地下岩溶发育,溶洞多为空洞或半充填,充填物为黏土夹碎石及粗砂、砾砂等,部分勘探孔发现有土洞发育,局部砂层变得松散,表现为钻具自由下沉、塌孔情况,岩溶强烈发育。而济南地区玉符河特大桥沉积物多为圆砾土,未发现土洞存在,岩溶中等发育。

在丘陵山坡,覆盖层薄,主要为溶蚀破碎带以及有充填物的体积较小的溶洞为主,溶蚀主要沿节理裂隙纵向发育为主,表现为浅表发育的充填有黏性土(部分夹碎石、姜石等)溶沟、溶槽以及溶隙,充填的黏性土绝大部分为坚硬—硬塑状态,个别为软塑及流塑状态,浅表性溶蚀主要发育在可溶岩5～15 m范围内,岩溶弱发育。

3.3 岩溶发育强度与微地貌的关系

玉符河特大桥的岩溶特征主要表现为河道和阶地岩溶发育强度更强,浅部溶蚀现象强于深部的特点,与微地貌关系相吻合。随着山体抬升形成阶地,隧道、路基至玉符河特大桥方向的覆盖层逐渐变厚,基岩埋深增加,岩溶总体发育强度从弱发育增强为中等发育。

3.4 岩溶发育特征

结合物探孔透试验,证明溶洞、溶隙连通性一般,溶洞主要是沿着裂隙面溶蚀扩大为而成,存在横向发育大溶洞的可能性较小；钻探揭示的7～9 m溶洞大部分就是竖向的溶蚀裂隙,这一点可从钻探中多见的半边柱状岩芯得到印证。该桥址区岩溶总体上表现为中等发育,具有自上而下逐渐变弱的特点,岩溶主要形态为溶隙、溶槽和小溶洞,横向规模小,个别横向发育达到大溶洞,没有出现廊道、大厅。