岩溶地区高速公路地质选线方法研究

宋振京，刘平威，唐志祥

(广西桂山高速公路有限公司，广西 都安 530700)

岩溶地区高速公路地质选线方法研究

宋振京，刘平威，唐志祥

(广西桂山高速公路有限公司，广西 都安 530700)

广西地区岩溶分布广泛，地质条件十分复杂，对高速公路工程建设有着显著的不良影响。依据路线走廊带的岩溶发育特征，设计合理的穿越与避让方案，对于避免工程病害、节约经济成本、保护生态环境意义重大。文章以岩溶地区高速公路地质选线方法为主要研究内容，以广西河池至都安高速公路项目设计为依托，结合大量地质资料，提出了岩溶地区地质选线的一般原则及选线程序，总结了岩溶地区地质选线要点，并列举了具体的工程实例解决方案。

岩溶地区；高速公路；地质；选线方法

0 引言

岩溶(karst)是影响高速公路工程建设的重大不良地质现象之一，目前仍是工程建设中的世界性难题。广西是我国著名的岩溶区，岩溶面积97 725 km2，占全区面积的41%。河池地区岩溶占该地区面积的65.8%，比重最高。

岩溶地区有岩溶水、岩溶洞穴等多种地质问题，复杂的地理环境对高速公路工程建设和运营管理有诸多不良影响，一旦处理不当，不仅会增大工程的经济成本，产生各种工程病害，还有可能形成安全隐患，酿成极其严重的安全事故。因此，合理布设公路路线，根据路线所经区域的岩溶发育特征，科学解决穿越与避让问题，对于避免工程病害、降低工程造价、减少环境破坏意义重大[1]。

对于岩溶地区选线，岩溶工程地质勘察与公路选线应紧密配合、相互协作。各设计阶段任务不同，岩溶地质勘察的深度和广度也不同，地质选线的程序和解决的主要问题也随之变化。在选线的过程中，要具体研究局部路段的布设方案，例如，避开地质接触带与构造带，降低工程成本与施工风险，同时也要顾及路线的整体设计，例如，以重要桥隧的位置作为选线基准，做到局部与整体相结合。本文搜集了大量岩溶地区高速公路地质选线的基础资料，通过具体的工程实践，得出了岩溶地区公路选线的一般原则与选线程序，并总结分析了岩溶地区公路地质选线要点。

1 岩溶工程地质对公路工程的危害

近年来，广西高速公路发展迅速，在岩溶地区建成了多条高速公路。但由于高速公路所经地区，岩溶地质条件复杂，在施工和运营中不可避免会出现一些岩溶工程地质问题[2]。

(1)岩溶水对工程的危害

岩溶水包括岩溶泉、接触带岩溶水及地下河等表现形态，岩溶地表水与地下水联系紧密，如果不进行合适的处理，会对路基造成损害。

(2)岩溶洞穴对工程的危害

岩溶洞穴顶板很薄，如果承受过大负荷，会突然坍塌，破坏路基。同时，洞穴也会使路面工程的基础悬空。

(3)洞穴堆积物及风化层对工程的危害

由于环境的物理及化学作用而形成碎屑沉积和化学沉积两种洞穴堆积物。除此之外，岩溶地区尚有风化的山砂残积土及破碎岩体的坍塌等都对工程的稳定性有影响。

(4)岩溶区域地表垮塌的危害

岩溶区域覆盖着松散的土层，由于水位变化、岩溶发育、地下水流动或其他原因会造成地表垮塌。垮塌发生的时间和位置都是难以勘测的。[3]

在公路工程建设中，上述四种危害时常发生，其中岩溶水和地表垮塌的危害尤为突出。

2 岩溶地区公路地质选线一般原则及选线程序

2.1 岩溶地区公路地质选线一般原则

岩溶地区岩溶的发育特征，反映了岩溶地区地貌控制、岩性控制、构造控制、岩溶水控制的组合效应，同时集中凸显了受剥夷面、岩性控制的特殊性。公路地质选线时，要综合考虑各方面因素，妥善处理好各方面关系，其基本原则如下[4]：

(1)路线设计应以岩溶地质条件为主导，在对可能发生的工程地质问题充分论证的前提下，合理进行工程地质选线与方案比选，同时要考虑安全、环保、经济、美观等多个设计目标之间的关系。

(2)在岩溶地区选线，必须认真勘测，尤其是加强工程地质勘测，全面比较，防害兴利，避重就轻。根据地质条件，总结出项目区岩溶的发育和分布规律，选择合理的路线布局和位置。

(3)岩溶地区地质选线应以路线整体为基准，考虑局部路段的布设，综合考虑经济成本，进行多方案比选。

(4)岩溶地区地形地质复杂，公路选线应重视重大工程的方案选择。

(5)岩溶山区公路选线设计，对可能出现工程病害的高填、深挖及重大不良地质路段，应以桥隧和路基方案综合比选后，考虑经济合理、技术稳妥及安全环保等因素择优选用。

(6)路线应尽量选择在：①岩溶不发育、欠发育、相对弱发育的地层岩组通过，依次为非可溶岩→不纯碳酸盐岩→间互型碳酸盐岩、纯碳酸盐岩中的有利部位等；②宽缓褶皱、断裂欠发育、构造简单的构造地块；③不利于岩溶、岩溶水发育的分水岭地区、补给区通过，避开排泄区，远离暗河[5]。

2.2 岩溶地区公路地质选线程序

岩溶地区公路地质选线程序是以岩溶工程地质为主要控制因素，兼顾地形、人文、生态、景观等因素，通过岩溶工程地质勘察、路线方案布设、路线方案地质风险评价、路线方案优化等方法手段，对路线方案反复评价与优化最终达到多目标协调目的的选线过程[6]。按照高速公路设计程序，一般分为工程可行性研究、初步设计、施工图设计三个阶段进行，三个阶段路线设计的侧重点不同，因而地质选线考虑的因素及程序也有所不同。工程可行性研究阶段解决路线走廊带比选问题，初步设计阶段解决路线走廊带内路线方案比选问题，施工图设计阶段则主要是技术指标的优化和局部方案调整问题。本课题所研究的地质选线主要考虑工程可行性研究阶段和初步设计阶段。

对于岩溶地区选线，与非岩溶地区工程地质选线的主要不同之处在于，在进行常规地质条件勘察与风险评估的同时，还要进行岩溶发育情况以及岩溶水文工程的考察。岩溶工程地质勘察与公路选线紧密配合、相互协作。各设计阶段任务不同，岩溶地质勘察的深度和广度也不同，地质选线的程序和解决的主要问题也随之变化。

2.2.1 工程可行性研究阶段路线走廊带地质比选

高速公路工程可行性研究阶段(预可阶段)主要解决路线起终点、中间主要控制点的论证、路线走廊带方案(路线走向方案)的拟定和比选问题。路线走廊带地质比选程序及各环节要求如下[7]：

(1)工程可行性研究阶段岩溶工程地质勘察内容与程序[7]

工程可行性研究阶段岩溶地质勘察主要任务在于公路建设项目所处区域的工程地质条件及存在的工程地质问题、初步查明公路沿线的工程地质条件和对公路建设规模有影响的工程地质问题。具体内容包括：岩溶地貌特征、可溶岩地层岩性、岩溶区地质构造、岩溶水文地质条件、岩溶发育规律、岩溶区特殊性岩土、沿线筑路材料的分布及工程用水的水源及水质等，对选择路线走廊带的场地稳定性和工程建设的适宜性作出初步评价，为优选路线方案提供地质依据。

(2)路线走廊带方案布设及地质风险评估

路线走廊带方案布设时应根据工可地质勘察的结果，处理好路线与可溶岩层、断裂带、岩溶发育不良地段之间的关系。

根据路线走廊带范围内的断裂带、岩溶分布等情况，进行野外勘察与验证，基于对岩溶发育情况的具体分析，提出最优化的路线方案。

(3)路线走廊带方案的多目标优选

从路网规划、社会环境影响、地形条件、生态环境、工程造价等方面对所提出的路线走廊带方案进行评价，综合考虑地质风险与其他工程目标的关系，提出推荐方案。

2.2.2 初步设计阶段路线方案地质比选

初步设计阶段对工程可行性研究阶段推荐走廊带进行研究，在走廊带范围内，提出推荐的路线方案。初步设计阶段的地质选线，应结合选线的要求，做好初步勘察工作，为路线方案布设和比选提供依据。

(1)初步设计阶段岩溶工程地质勘察

路线工程地质初步勘察应以工程地质调绘为主，勘探测试为辅。对于大桥及特大桥、长隧道及特长隧道等控制性工程通过地段的工程地质条件和主要工程地质问题也应进行勘察评估。

(2)初步设计阶段路线方案布设及地质风险评估

初步设计阶段路线方案的布设是在工可阶段选定的路线走廊带内的路线方案布设与比选。初步设计阶段的路线布设应着重考虑岩溶地形起伏、地貌类型、断层分布、岩溶发育区长度、碳酸盐岩层分布、不良岩溶形态分布、地下暗河的长度与分布等岩溶地质现象，通过采取穿越、绕避等措施合理布设路线方案，并从以上几个因素评估路线方案地质风险。

(3)路线方案多目标优选

以工程地质条件为主导，从工程造价、交通安全、环境影响、公路景观等方面，对路线方案进行综合评价，反复修正比选，确定推荐方案。

3 岩溶地区公路地质选线要点

(1)路线应避开碳酸盐岩与非碳酸盐岩的接触带[8]

碳酸盐岩与非碳酸盐岩的接触带，由于非碳酸盐岩的阻隔，地下水容易聚集，岩溶发育。平面上沿接触带走向分布有串珠状的各种岩溶形态，地下水多具有承压性，且常发育于与接触带走向一致的纵向暗河，并与碳酸盐岩一侧的横向暗河相连。为避免岩溶水和洞穴的危害，线路应避免设在接触带及其附近，必要时应以大交角穿过。

接触带上发育的岩溶，也并非全然暴露于地表，有时因第四系覆盖或因侵蚀基准面的变迁，早期的暗河已成干洞，地面岩溶不发育，选择路线时，要极为慎重。工程实践中，常遇到地表岩溶不发育，开挖后才发现多层洞穴发育的情况，而此时试图避重就轻的局部修改路线已不可能，只能采取工程处理措施。

接触面附近路线平面位置的选择以绕避为主，至于接触带附近路线剖面高程的选择问题，要视接触面与路线的相对位置而定。图1中的几种空间位置情况，路线应考虑避开接触面为宜。

图1 碳酸盐岩与非碳酸盐岩接触面附近的路线剖面图

路线应选在接触面哪一侧，距接触面的距离多少，要根据具体情况而定。碳酸盐岩的岩溶问题对工程固然不利，但由于碳酸盐岩本身具有较高的强度和稳定性，就其工程地质条件而言，与非碳酸盐岩相比，又具有利的一面。在岩溶发育地段，有时可将线路作局部改动，或移在碳酸盐岩层中通过。总之，线路选择必须权衡利弊，慎重决定。

(2)路线避开有利于岩溶发育的构造带

构造破碎带以及褶皱轴部等有利于岩溶发育。断裂带如为张性易于富集、传导地下水，如为压性则因阻水而使地下水富集于一侧，当为扭性时两种可能兼有。向斜轴以及断裂交叉处更有利于地下水富集、传导。上述地带岩溶水循环交替强烈，岩溶作用亦剧烈，常发育有地下大厅及暗河等。路线位置力求避开或不与其靠近，必要时以大交角通过。

有些受断裂控制发育的岩溶，并不能都在地表充分暴露出来。这时，只能根据影响岩溶发育的各种因素，在勘探的基础上作出分析判断，以确定路线位置。某路线隧道穿过断层见图2。

图2 某路线在岩溶地区断层通过示意图

由图2可知，施工时曾遇到两处巨大的溶洞，隧道内采用桥梁跨越岩溶，如将路线移到虚线位置，则离开断层破碎带较远，可减少岩溶的威胁。

(3)路线避开岩溶发育的极强地区

岩溶发育的极强地区，无论对勘测、设计、施工和运营都会造成很大困难。因此，在研究线路方案时，一般以绕避为宜，而将路线选在岩溶发育相对轻微的地区。

如某线路工程猫猫营隧道，原位于公路北侧，离压性断裂北侧约110 m。北侧出露面积广阔的较纯的石灰岩，且因压性断裂所阻，使地下水富集于北侧，发育有22个垂直形态的岩溶和暗河等。暗河水量较大，其最高水位与隧道标高接近。经详细调查及进洞测绘，并作了勘探及连通试验后，证实定线位置不当，故将线路改行于公路南侧断裂带附近，于岩性不纯、岩溶不发育的地层中通过。施工后证实，未受到岩溶洞穴及岩溶水的危害(见图3)。

图3 猫猫营隧道岩溶区地质平剖面示意图

1-溶洞；2-消水洞或漏斗；3-间歇性出水洞；4-间歇性暗河；5-下二迭统石灰岩；6-下二迭统石灰岩夹薄层页岩；7-下二迭统页岩夹砂岩；8-上泥盆统白云岩；9-中志留统灰岩；10-下奥陶统粉砂岩夹页岩；11-下奥陶统生物灰岩夹白云岩；12-下奥统白云岩；13-上寒武统白云岩

(4)路线绕避网状洞穴和巨大空洞区

以上分析了较大范围内岩溶发育极强或强烈地段的路线方案选择问题，但是局部的或个体的岩溶大洞穴危害，也会控制着路线位置的选择。

因此，应在勘测的基础上，根据网状洞穴和巨大空洞的具体发育特征，预测其空间位置，将路线移到岩溶发育程度相对轻微的地段上。

4 结语

(1)在岩溶地区公路地质选线一般原则中，本文提出了以岩溶地质条件为主导，合理地进行工程地质选线与方案比选，同时要考虑安全、环保、经济、美观等多个设计目标的关系，重视重大工程的方案选择，处理好整体与局部的关系。

(2)在选线过程中，应针对路线所经区域的生态环境、地形、地质的特性与差异，按拟定的各控制点由面到带、由带到线，由轮廓到具体，进行比较、优化与论证。

(3)通过工程建设中的具体实例分析，本文研究得出了岩溶地区高速公路地质选线要点。结合详尽的地质勘察，选线时应避开碳酸盐岩与非碳酸盐岩的接触带、有利于岩溶发育的构造带、岩溶发育的极强地区以及网状洞穴和巨大空洞区。如果岩溶地质分布较广，则应通过具体的地质勘察，将线路移到地质问题相对轻微的地段上。

[1]冯桂炎.道路选线[M].长沙：湖南大学出版社，1986.

[2]陈国亮.岩溶工程论文集[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[3]邱士利.基于GIS的岩溶地下水富水性评价方法研究[D].北京：中国地质科学院，2006.

[4]张雨化.高速公路规划与设计[M].北京：人民交通出版社，1998.

[5]黄 波.黔桂线地质选线特点及实例[J].铁道工程学报，2011(2)：37-43.

[6]周 洲，郑志华.喀斯特地貌公路建设项目环境影响评价[J].上海船舶运输科学研究所学报，2007，30(2)：110-112.

[7]康厚明，罗 强，凌建明，等.岩溶地区公路修筑理论与实践[M].北京：人民交通出版社，2008.

[8]杨 明，刘新奇.浅谈岩溶区公路设计地质选线[J].湖南交通科技，2008，34(2)：19-25.

[9]唐国军，罗吉智，李 博.岩溶区公路隧道隧址选择研究[J].公路交通科技(应用技术版)，2012，88(4)：199-202.

[10]张洪煦.岩溶地区桥梁的工程地质勘察与研究[J].中国岩溶，1984(2)：156-163.

Study on Geological Route Selection Method of Expressway in Karst Area

SONG Zhen-jing，LIU Ping-wei，TANG Zhi-xiang

(Guangxi Guishan Expressway Co.，Ltd.，Du’an，Guangxi，530700)

The karst distribution in Guangxi is very extensive and the geological conditions are very complex，which have a significant negative impact on the expressway construction.According to the characteristics of karst development in the route corridor belt，it is of great significance to avoid the engineering disease，save the economic cost and protect the ecological environment by designing the reasonable crossing and avoidance scheme.With the expressway geology route selection method in karst area as the main study content，relying on the design of Guangxi Hechi-Du’an Expressway project，and combined with lots of geological data，this article proposed the general principle and route selection procedures of geologic route selection in karst area，summarized the key points for geologic route selection in karst area，and enumerated the specific engineering example solutions.

Karst area；Expressway；Geology；Route selection method

宋振京(1980—)，工程师，主要从事高速公路工程管理工作；

刘平威(1979—)，助理会计师，主要从事高速公路工程管理工作；

唐志祥(1986—)，助理工程师，主要从事高速公路工程管理工作。

U412.32

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.11.010

1673-4874(2016)11-0052-05

2016-10-26