芜湖轨道交通1号线白马山段岩溶发育影响因素分析探讨

王行勇

摘要：岩溶是大自然的产物，是人类工程活动面临的复杂问题。通过调查分析建设区域内地质构造、水文地质条件、岩性、矿物化学成分等有关影响岩溶发育因素，分析岩溶形成规律、发育地段及发育规模，从而可以指导工程施工，对提高工程质量有着积极的作用。

关键词：岩溶发育；影响因素；地下水；矿物成分

我国岩溶地层分部广泛，在工业、民用、轨道交通、机场、港口等基础设施工程建设中经常受到岩溶的影响与制约。由于岩溶发育复杂，具有不规则性、不均一性，较难摸清岩溶发育的大小规模，然而其发育地段、出露规律、形成条件、影响因素值得研究与探讨。本文以芜湖市轨道交通1号线白马山段桥基工程勘察实例，分析影响岩溶发育的地质构造、水文地质条件、地层岩性、矿物成分及地形地貌、气象等有关因素。

1.工程实例概况

拟建芜湖市轨道交通1号线为南北向的骨干线路，全长30.41km，白马山段位于芜湖市弋江区，沿205国道平行走向，全段均为高架区间。本工段基础形式拟采用钻孔灌注桩，桩长约16m～26m，桩径1.0m～1.25m，基础均为多桩承台，其中1#、10#、11#、28#墩台为四桩承台，其余为两桩承台。

本工段岩溶为覆盖型岩溶，溶蚀作用普遍发育于三叠系下新统（T2）石灰岩、泥质灰岩、含砂质石灰岩中，岩溶发育明显受地质构造、岩石成分、水文地质条件控制，溶洞多发育于基岩面附近或基岩浅部。灰岩中岩溶发育程度为强发育，一般为单层溶洞，局部地段揭露多层串珠状溶洞，单孔揭露的最多溶洞个数为5个，其最大揭示高度达9.5m，溶洞大部分全充填，局部半充填，充填物主要为可塑粉质黏土局部软塑夹原岩风化残块，部分揭露溶洞壁。

2.影响岩溶发育因素的分析

2.1地质构造对岩溶发育的影响

白马山工段场区位于华北断块、秦岭～大别山断块和下扬子断块三大构造单元的交接区，印支运动本区域结束海相沉积史，进入陆相盆地发育阶段；自晚侏罗世开始出现大规模岩浆喷溢和侵入活动，并发育断陷盆地构造，晚白垩～古近纪是断块运动高峰期；盆地的发生、发展、消亡都明显地受到断裂的控制，地震的孕育和发生亦与断裂活动有着密切联系。

新构造运动的主要特点是以地壳差异性升降活动为主导，并可能伴有水平运动。其标志和表现形式是第四系地层厚度的差异、多级性层状地貌以及地貌和水系的异常变化等。如青弋江芜湖段主要沿青弋江断层发育，平原区的湖泊、河流大量叠置于“南黄”沉降坳陷之上，均有明显的承袭性。

根据区域地质资料，近场区构造格架主要是印支～燕山旋回中造就的。印支运动使得前侏罗系产生轴向北东褶皱，并生成一些同向和横向断裂。燕山期大规模的断裂运动并伴生强烈的岩浆侵入和火山喷发，改造先期形成的褶皱，这些因素造成近场区基岩组成极不均一，构造也显得较为复杂。褶皱、断裂构造方向多为北东、北北东向。在断裂构造中，除北北东、北东向外，还发育北西向等方向的断层。这些构造的存在严格控制岩溶发育程度。如白马山段的11#墩（DK9+138）埋深在18.20m～27.76m发育溶洞，洞高9.56m；17#墩（DK15+114）、18#墩（DK15+146）埋深在25.4m～42.7m段发育溶洞；与火龙岗隐伏深断裂带相关联的26#墩（DK16+ 678）、27#墩（DK16+710）埋深分别在13.7m～18.6m和10.7m～ 16.4m段发育溶洞。从钻孔揭露看，其构造附近岩溶所表现特点是岩溶发育强烈，且深度较深。

2.2水文地质条件对岩溶发育的影响

本工段场地地下水类型包括填土、粉质黏土中的上层滞水，第四系孔隙水及基岩裂隙水。根据现场钻探揭露情况，上层滞水分布不均，局部富水；孔隙水少量赋存于淤泥质粉质黏土、粉质黏土中，富水性弱；基岩裂隙岩溶水，富水性中等。

第四系孔隙潜水主要赋存于覆盖层中的淤泥质粉质黏土、粉质黏土中，含水层厚度16.5m～25.0m，地下水位埋深2.1m～4.0m，年变化幅度1m～2m，矿化度<0.3g/L，pH值7.41～ 7.67，水化学类型为HCO3-Ca或HCO3-Ca-Na型，当含有侵蚀性CO2时，具弱酸性。

基岩裂隙岩溶水主要赋存于基岩风化裂隙、构造裂隙及灰岩溶洞溶隙中，含水层因构造和岩性的差异，具有条带性和分布不均匀的特点，一般在断裂、破碎带内地下水富集，其他区域则相对贫乏，主要接受上部第四系孔隙水下渗补给，富水程度取决于裂隙发育程度及张开度。在灰岩发育区段存在岩溶水，岩体岩溶裂隙发育，径流条件较好，岩溶水受大气降水补给，季节性变化明显。

地下水是形成岩溶的必要条件。地下水常年在动态变化下，随着补给、径流、排泄，将碳酸盐岩中易溶、可溶性物质分解、运移，而形成溶洞。白马山段地处两江之间，水位季节性变化较大，地表、地下水常年补给青弋江、漳河，枯水期水力坡度较大，为区域岩溶的形成提供了必要的水力条件。

碳酸盐岩在地下水强力的动态变化下，由于地下水补给充足，径流、排泄不断往复，强烈交替，且在弱酸性的化学环境中作用，可溶岩溶解加剧，易形成溶洞，若易溶区较大，则易形成较大规模的溶洞或地下暗河。由此可见，地下水动力条件和地下水化学环境是形成岩溶的必要条件。

2.3地层岩性、矿物成分对岩溶发育的影响

碳酸盐岩是构成岩溶地貌的物质基础，碳酸盐岩的层位、矿物和化学成分及出露条件都将影响和控制着岩溶发育的程度，岩性对岩溶发育的影响，一般来说，质地纯正且厚度较大的碳酸盐分布区有利于形成以溶蚀作用为主的岩溶地貌；而地层较薄及不溶物含量较高的碳酸盐分布区或者可溶盐与非可溶盐相间分布的地区则易于形成溶洞。

根据白马山段勘探揭露来看，岩溶发育强的（石灰岩）、岩溶发育一般的（泥质灰岩）和岩溶发育弱的（含砂质石灰岩）岩石的化学分析结果分别是CaO48.6，MgO0.59，不溶残余2.4；CaO50.1，MgO0.76，不溶残余14.7、CaO39.8，MgO9.2，不溶殘余4.1。从岩石矿物化学成分看，碳酸盐岩中除CO2具强烈溶解能力外，溶解性还与CaO、MgO和不溶残余物含量关，CaO含量越高溶解性越强，MgO和不溶残余含量越高溶解性越弱。同时卢耀如将我国南方主要典型地区有代表性的岩层划分为七类：I.石灰岩类；II.石灰岩-白云岩类；III.白云岩类；IV.泥质石灰岩或硅质灰岩类；V.泥质白云岩或硅质白云岩类；VI.泥质灰岩或硅质灰岩类；VII.碳酸盐质页岩或碳酸质砂岩类。岩层的岩溶化程度和抗溶性溶解度在常温常压下从I到VII依次降低。endprint

由此可见，白马山段碳酸盐岩相同环境中岩溶发育在岩性上所表现的特征是：石灰岩溶解性强，泥质灰岩溶解性次之，含砂质石灰岩溶解性弱。

2.4地形地貌、气象对岩溶发育的影响

地形地貌、气象条件与岩溶发育有着密切关系，白马山段靠青弋江约2km、漳河江3km，地处两江之间，桥址区所处地貌为丘间平地及火龙岗盆地，地貌类型多样，总体为白马山山前倾斜丘陵平原区，地形较平坦，河湖水网密布，地形略有起伏，地面高程在6.5m～18.1m之间。所发育溶洞处于典型的丘间平地和山间洼地地带，总体地势远高于两江水面，地下水排泄条件有利，所以地形地貌有利于岩溶的发育。

本区域中心地理坐标为东经119°21′、北纬31°20′，属亚热带湿润季风气候，温和湿润，雨量充沛，四季分明。年平均气温为16℃，极端最低气温-13.1℃，极端最高气温为41℃。年平均降水量1595.5mm，全年平均降水128天。年最大降水量为1906.5mm，年最小降水量为1565.7mm，年平均蒸发量1254.5mm～1463.4mm。

通过气象资料分析，年平均降水量大于年平均蒸发量，由此为地下水提供了良好的补给来源，也为岩溶发育提供了良好的外部条件。此外，年气温温差较大，给可溶岩风化、蚀变、溶蚀等提供了有利条件。

3.结论

（1）岩溶发育与地质构造密切相关，在有断裂构造通过的地段岩溶发育强烈，其原因是构造产生破碎，节理裂隙发育，在地下水动力作用下碳酸盐岩中的易溶物质将被溶解，随地下水排走，岩溶随构造的规模及其产状而发展，往往在宽度、深度上规模较大。（2）地下水动力是碳酸盐岩产生岩溶的必要条件。溶洞的形成是漫长的，良好的地下水的补给、径流、排泄条件促使岩溶的形成。同时地下水水循环交替越强烈，地下岩溶就越发育。（3）碳酸盐岩的层位、矿物和化学成分都影响和控制着岩溶发育的程度。碳酸盐类矿物的化学组分中CaO含量越高，溶解性越强，岩溶越发育。根据本工段工作总结，其碳酸盐岩的溶解性能由强到弱的顺序为石灰岩-白云岩-泥质灰岩-含砂质灰岩。（4）地形地貌上有利于地表、地下水流动，不同地貌单元接触部位，年气候条件变化明显均有利于岩溶的形成。

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