论岩溶区公路地质选线

2018-06-22陈云生邓胜强覃家琪

西部交通科技 2018年4期

陈云生，邓胜强，覃家琪

(广西交通设计集团有限公司，广西南宁 530029)

0 引言

岩溶是高速公路工程建设中最主要的不良地质之一，其对公路的影响主要表现在路基塌陷、桥梁桩基失稳、隧道突水涌泥等。由于岩溶地质条件的不确定性、复杂性以及线路选取的不合理，高速公路工程在施工和运营时可能会遭遇各种岩溶地质灾害的侵扰，给国民生命财产安全造成严重威胁。根据最新统计，我国约80%的岩溶区高速公路在施工或运营过程中发生过较大灾害，至今仍有约30%的隧道仍处于岩溶灾害的威胁中[1]。因此，如何在地质选线过程中预判及避开可能出现的岩溶灾害显得尤为重要。本文收集了广西区内岩溶地区高速公路地质选线的基础资料，并以广西区内高速公路为工程实例，得出了岩溶地区公路地质选线的基本原则，总结分析了岩溶地区公路地质选线要点。

1 岩溶地区公路地质选线一般原则

(1)岩溶地质选线应在路线设计中占主导地位，要考虑局部与整体相结合，如避开局部岩性交接带与构造等地质薄弱带，同时也要顾全路线的整体设计，如以重要城市、互通、桥梁、隧道等的位置作为选线基准[2]。

(2)路线方案必须经过经验丰富、从事公路行业的专业地质工程师认真勘测，尤其是对岩溶发育区要加强工程地质、水文地质调绘，防害兴利，避重就轻，总结项目所在区不良地质的分布范围及分布规律，为路线布置提供地质依据。

(3)岩溶区地质选线应进行多方案比选，选线过程中应与各专业紧密配合沟通。

(4)岩溶公路选线应重视桥梁、隧道等重大工程的方案选择，对岩溶山区公路选线可能出现工程病害的高填深挖或岩溶发育密集的路段，应与桥隧比选后，综合考虑经济、安全、工期、环保及施工难度等因素择优选用。

2 岩溶地区公路地质选线要点

2.1 路线应避开可溶性岩与非可溶性岩的接触带

可溶性岩一般溶蚀强烈，属强透水层，遇到弱透水层阻挡时，地下水将在两岩性接触面大量汇集，成为岩溶发育的基本条件之一。若受区域性构造的影响，接触带岩体破碎，有利于地下水流动，使得接触带具备良好的循环交替(补给、径流、排泄)条件，常发育于与接触带走向相同的纵向暗河，并与碳酸盐岩一侧的分支暗河相连。线路应避免经过接触带及其附近，非要通过则时应以大交角穿过。

图1 灌全高速公路K17+000～K17+500段岩溶路基示意图

如灌阳(永安关)至全州(凤凰)高速公路K17+000～K17+500段挖方路基在施工过程中揭露出了厅堂式溶洞(图1)，岩溶发育区位于泥盆系泥页岩、砂岩与石炭系灰岩的接触带，地下水丰富，有泉水出露，揭露出的溶洞基本沿着两岩性的交界面发育，后期增加超过300万元的处治费用。

2.2 路线通过断层区时，应垂直断层带或选择断层下盘通过

断层破碎带有利于岩溶发育，断裂带如为张性易于富集、传导地下水；如为压性则因岩体过于破碎而为地下水的流通创造条件；当为扭性时两种可能兼有。路线通过断层带时应与之垂直或大角度通过，此时影响范围最小，若非要平行通过，应优先考虑断层相对稳定的地块，即断层的下盘，因为断层的上盘破碎程度要大于断层下盘(图3)。

图2 柳州经合山至南宁高速公路K15+500～K18+500段路线方案示意图

图3 柳州经合山至南宁高速公路K15+500～K18+500段隧道横断面图

柳州经合山至南宁高速公路K15+500～K18+500段线位有西线和东线两方案(图2)，两方案均存在隧道，两隧道间为一区域性大断裂，东线位于断层的上盘，西线位于断层的下盘，现场地调发现断层周边岩溶极其发育，局部见由断层通往东线方案的地下河，推测位于断层上盘的隧道方案存在突水的可能，故设计采用了西线方案。

2.3 路线通过褶皱区时，隧道应避开褶皱核部，路基应尽量避开顺向坡

褶皱核部节理裂隙发育，有利于地下水的流通，特别是向斜轴部更有利于地下水富集。核部地带水循环交替强烈，溶蚀作用异常剧烈，常发育有厅式溶洞及地下暗河等。路线选线时隧道段应力求避开或不与其靠近，宜从两翼或以大交角从核部通过，挖方路基段宜从逆向坡段或核部大角度穿过。如图4所示，1和3隧道位置优于2和4，挖方5位置要优于6。

图4 褶皱区隧道、路基选线位置图

2.4 路线应避开地下河或地表河流流经区

地下河或地表河受水影响，周边一般岩溶极其发育，路基稳定性极差，在研究线路方案时，优先以绕避为宜，其次采用大角度相交形式通过。

图5 崇左至水口高速公路K10～K17段路线方案示意图

如崇左至水口高速公路K10～K17段线位(图5)，该线位初步设计阶段靠左江展布，现场勘察发现存在的岩溶工程地质问题有：(1)地表岩溶漏斗、落水洞随处可见；(2)K13～K16段与一条区域性地下河呈小角度斜交，属岩溶强发育区，工程地质条件复杂；(3)K10+700存在厅堂式溶洞及通往左江的地下暗河，该处为隧道；(4)K11+800与通往左江的地下暗河相交，该处属高填深挖区，对路基稳定性差。综上所述，该段落工程地质条件极差，后经过优化采用了无隧道、无高填、远离左江并与区域地下河垂直相交的南线方案。

2.5 岩溶区隧道设计应重视水文地质调查，公路隧道应位于垂直渗流带范围内

岩溶水垂直方向可分为四个带(图6)[3]。根据以往经验，垂直渗流带属于风险最小、相对安全的地带；水平径流带的岩溶管道水最丰富，遇到地下暗河的可能性最大；深部缓流带由于埋深较大，亦存在水平径流带连通的岩溶管道，岩溶水压大，施工风险高；季节变动带由于水循环条件好，岩溶管道及岩溶强烈发育，季节性洪水的危害常有发生。

图6 岩溶水垂直分带示意图

2.6 路线应避开从岩溶洼地、谷地通过

岩溶洼地、谷地属汇水区，一般发育大量的纵向岩溶通道。路基若以填方形式通过时易堵塞岩溶通道形成积水，需要桥跨或者另设引水隧道，若以隧道形式通过遇到大型溶洞或突水涌泥的概率比其他路段高。隧道经过岩溶洼地或岩溶谷地时应远离洼地或谷地并不宜将隧道设置在洼地顺着岩层产状的一侧，如图7，C隧道方案优于B隧道方案及A隧道方案。

图7 岩溶洼地、谷地隧道方案示意图

2.7 路线应避开深厚溶余堆积物区

碳酸盐岩溶余堆积物区主要为红黏土及次生红黏土，该类土多具高液限、高塑性指数特征，路线以挖方路基形式通过时往往造成大量废方，且根据工程经验，挖方边坡即便放缓至1∶1.75也会出现大量垮塌，既不环保，也不安全，更不经济，故路线应避开深挖。

图8 崇左至水口高速公路K15～K17段路线方案示意图

如崇左至水口高速公路K15～K17段线位(图8)，经钻孔揭露，该区域红黏土厚约30 m，南线方案虽然线性更好，但废方比北线方案多40万m3，且边坡高度最大达60 m，安全隐患大，经比选后，采用了线性更差的北线方案。

2.8 路线应避开岩堆、危岩发育区

碳酸盐岩区大多数基岩裸露，岩石坚硬，自然边坡高陡，该类边坡一般节理裂隙发育，若在地表风化作用、卸荷作用、重力、爆破、地震及水体等诱发因素作用下成为不稳定状态便成为危岩。危岩在重力和暴雨作用下易突然下落，形成崩塌，阻碍交通，威胁公路行车及行人安全。对大规模的危岩应避开，对小规模的危岩应清除，并采取主被动网及棚洞等措施进行处治。

危岩崩塌在坡脚后呈松散堆积体-岩堆，堆积体一般由溶余堆积层及透水性较好的块石、碎石及角砾组成，按粗粒含量又可分为三大类[4]：(1)骨架型岩堆，以岩石块体为主，含少量的土体；(2)充填型岩堆，堆积体由块石和土体共同构成，块体间空隙被土体充填；(3)悬浮型岩堆，以土体为主，内部悬浮有大量片块石。岩堆堆积床大多数为基岩，透水性弱，雨季堆积体与堆积床之间很容易聚水软化，抗剪强度骤降，开挖坡脚后导致岩堆整体失稳，形成滑坡，特别是充填型岩堆及悬浮型岩堆需避开或进行抗滑处治。

如河池至百色高速公路K10+210～K10+410右侧边坡，2016年5月底，该路边坡开挖施工时，边坡堆积体发生滑动破坏，坡体上出现大量张拉裂缝，后进一步勘察发现该路段位于灰岩岩堆体上，属骨架型岩堆，孤石块径2～6 m，岩堆总体积约20万m3，后初步估算增加处置费用约430万元。

2.9 路线应绕避地表岩溶发育密集区

地表岩溶发育密集区，往往代表地下岩溶发育强弱关系，因此在地质勘察的基础上，应根据岩溶的具体发育特征及坡面位置，将路线移到岩溶发育程度相对轻微的地段上。

图9 崇左至水口高速公路K48～K51段路线方案示意图

如崇左至水口高速公路K48～K51段线位(图9)，该段线位附近岩溶漏斗、漏水洞呈网状密集分布，物探显示路线K49+000及K49+550处经过岩溶强发育区，路基底部可能存在大型落水洞或溶洞，故将路线北移至地形较高处，位于两负地形之间，同时适当提高路面标高，避免了深挖。

3 采用新技术进行综合地质选线

随着高速公路往山区延伸，部分岩溶区往往崇山峻岭、地形陡峭、石山林立，悬崖绝壁比比皆是，在“无路、无人、无水、无信号”的客观条件限制下，钻探、物探等传统技术手段实施起来十分困难，且对溶洞、地下水发育等探查效果不佳。因此，采用新技术对以上路段进行工程地质勘察迫在眉睫，近年来，随着航拍技术发展，航空倾斜摄影测量技术能解决复杂地形地貌测绘、地表地物信息获取等勘测难题，同时具有坐标及位置准确、成本低、工期短等优点，在公路交通、地理测绘、地质勘察等相关领域正逐步采用该技术解决难题。

崇左至水口高速公路引进目前先进的航空倾斜摄影测量、三维实景建模技术对“四无”条件下的上金特长隧道进行了数字化工程地质填图，构建了三维实景建模，提取了岩层产状、岩溶形状与规模、节理裂隙等数据，对地形地貌、地质构造进行了遥感解译，并进行了构造分析(图10)，最后结合工程地质、水文地质调查的结果，推测地下岩溶发育规律与特征、地下水分育情况及运移规律，为线路优化提供依据。

图10 上金隧道构造解析图

由航空倾斜摄影测量及三维实景建模结果可以看出：(1)该区域山崖上厅式溶洞、溶蚀现象明显，山顶封闭洼地星罗棋布，隧道整体工程地质条件均较差；(2)A线地表遇溶洞数量大于B线，A线隧道出口有岩堆，隧道洞口稳定性比B线差；(3)A线离断裂带“人”字形谷地近，属汇水区，水文地质条件相比B线差；(4)A线所遇构造带要多于B线；(5)A线所遇岩溶洼地的比例为51.37%，B线为58.71%，A线汇水面积大于B线。综上所述，虽然A线隧道长度短，但地质条件比B线差，故采用了B线方案并增设引水隧道。