南宁—玉林高速铁路岩溶发育特征及工程风险分析

2021-10-14张柯宏

铁道建筑 2021年9期

张柯宏

1.中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043；2.陕西省铁道及地下工程重点实验室（中铁一院），西安710043

1 概述

1.1 工程概况

南宁—玉林高速铁路是广西第一条自主投资建设的设计时速350 km的高速铁路，横跨南宁、贵港、玉林三市，远期将向东延伸至深圳，是南宁—深圳高速铁路的重要组成部分。线路自南宁枢纽南宁东站向东引出，经五合设越行站，随后跨邕江，经伶俐进入横县境内，跨郁江于六景工业园区设站，继续东行，在横县县城东北侧设站，出站后再跨郁江，进入贵港市境内，经木格进入玉林市境内，在兴业县城南侧设站，而后线路取直走行至玉林市高新区北侧设玉林北站。正线（左线）长度193.26 km，其中并行段181.323 km，右线绕行段7.47 km［1-2］，线路走向如图1所示。

图1 南宁—玉林铁路线路走向

1.2 工程地质概况

南宁—玉林高速铁路依次经过南宁盆地区、低山丘陵区、中低山区、玉林盆地区4个地貌单元。

沿线地层岩性复杂多变，沉积岩、变质岩和岩浆岩均有出露，区内地表多为第四系松散层覆盖，出露基岩主要有第三系、白垩系、石炭系、泥盆系、寒武系等，并伴有燕山期、加里东期花岗岩、闪长岩等侵入。

沿线通过区在大地构造单元上属于华南褶皱系。线路主要通过右江再生地槽、桂中—桂东台陷、钦州残余地槽三个二级构造单元，历经多次构造运动，地质构造复杂，褶皱断裂发育。

沿线不良地质主要为岩溶，分布段落长，形态复杂，是工程建设面临的最主要地质问题。其次，横县一带低山丘陵区溶蚀孤峰零星发育危岩、落石和崩塌等不良地质。玉林盆地低洼地带粉细砂层存在地震液化问题。

特殊岩土主要为膨胀岩（土）和软土。膨胀土在线路沿线分布广泛，主要为第四系冲洪积、残坡积黏性土，膨胀等级以弱为主；膨胀岩主要为第三系、白垩系泥岩；软土零星分布于沿线鱼塘、稻田等低洼淤积地带。

2 岩溶发育特征

2.1 岩溶类型多样

南宁—玉林高速铁路沿线石炭系、泥盆系灰岩、白云岩及白垩系砾岩均为可溶岩，可溶岩段落总长93.68 km，占线路总长的48.47%，全线岩溶分布见图2。根据TB 10027—2012《铁路工程不良地质勘察规程》［3］附录E关于岩溶类型的划分，沿线岩溶类型多样，浅覆盖型、裸露型、深覆盖型均有分布。

图2 南宁至玉林铁路岩溶分布

浅覆盖型岩溶是全线最主要的岩溶类型，沿线南宁盆地、低山丘陵区及玉林盆地广泛发育。地表被第四系冲洪积、残坡积层所覆盖，盖层厚度一般小于30 m，见图3（a）。

裸露型岩溶主要分布在横县、兴业县城周边，地表可见孤峰、峰林、溶洞、石芽等岩溶形态，呈现较典型的喀斯特地貌［图3（b）］。

图3 横县隐伏岩溶盆地及溶蚀残丘裸露溶洞

深覆盖型岩溶仅在玉林盆地局部有所分布，覆盖层厚度大于30 m，岩溶埋深大。

2.2 岩溶发育强度不一

按照GB/T 51238—2018《岩溶地区建筑地基基础技术标准》［4］关于岩溶发育程度的划分标准，钻孔见洞率大于30%或线岩溶率大于20%为强发育，见洞率小于10%或线岩溶率小于5%介于弱发育、中等发育二者之间。

据统计，全线岩溶弱发育0.53 km，中等发育17.85 km，强烈发育75.3 km。其中，见洞率最小约为4%，最大为75%，多为20%～60%；线岩溶率最小为1%，最大为23%，以4%～20%居多（详见表1）。

表1 岩溶区见洞率、线岩溶率、发育深度、发育高程

由表1可知，南宁—玉林高速铁路岩溶以强烈发育为主，占全线可溶岩总长的80.38%。同时，不同区段岩溶强度变化不一，见洞率和线岩溶率往复变化，且二者无明显相关性。

2.3 岩溶发育规律性较差

南宁—玉林高速铁路沿线岩溶发育规律性较差，主要体现在宏观发育规律和局部发育差异。

一方面，对全线可溶岩段落溶洞发育高程及溶洞埋深（初次见洞深度）进行统计发现，本线溶洞发育高程为-40～110 m，溶洞埋深为0.3～20.0 m，各区段岩溶发育高程和溶洞埋深起伏变化明显，岩溶发育的宏观规律性较差（参见表1）。

另一方面，岩溶局部发育差异性非常突出，同一桥梁墩台各桩之间相距数米，但其溶洞发育高程、溶洞大小等却差异明显。以跨黎湛铁路特大桥49号墩为例，该墩前期受场地条件限制，仅实施3孔，其中2孔见洞，溶洞下限分别为84.99、82.93 m，以下均为完整基岩；之后在施工前场地条件允许后补充1孔（孔号HBKLQZ⁃050⁃3），该孔在标高82.53 m之下又揭示4层溶洞，最低溶洞高程为56.33 m，最大溶洞净高为8.4 m，与之前3孔表现出明显的差异（图4），以致不得不对原设计桩长进行调整。类似问题在施工补勘期间多次遇到，给勘察和设计带来一定的难度。

图4 跨黎湛铁路49号墩地质剖面

2.4 岩溶隐蔽性高

南宁—玉林高速铁路以覆盖型岩溶为主，其隐蔽性高，探查难度大，主要表现在以下两个方面：

1）沿线岩溶以强烈发育为主，但地表很少能够见到岩溶塌陷、溶坑、溶槽、落水洞、暗河等迹象，与地下错综复杂的岩溶系统相去甚远。这种极具隐蔽性的地表形态给岩溶的调绘和初步判断带来诸多困难。

2）沿线岩溶发育高程多低于现代侵蚀基准面，以横县一带为例，该地区现代侵蚀基准面为郁江，其侵蚀基准高程约为40 m，而钻探揭示该区域岩溶发育高程可低至-40 m，可见通过现代大型河流作为侵蚀基准面判断地区岩溶发育深度尚不可取。

2.5 岩溶发育规律

2.5.1 岩溶与地层岩性的关系

不同岩组因岩性差异其岩溶发育强度表现出差异性。总体来看，质地单纯的灰岩岩溶发育最为强烈，砾岩、白云岩岩溶发育程度则相对较弱；另外，同一岩组厚层可溶岩段落岩溶发育强烈，而可溶岩与非可溶岩相间地段岩溶发育程度则偏弱。

2.5.2 岩溶与地质构造的关系

岩溶发育受构造影响明显，沿线断层带、节理密集带及岩性接触带附近，岩溶发育程度要明显强于其相邻地段。

2.5.3 岩溶与地形的关系

岩溶发育程度与地形具有较强的关联性。线路沿线溶蚀盆地区地势相对低洼，利于地表、地下水的汇集、入渗，地下径流强烈是全线覆盖型岩溶最为发育的地段；低山丘陵区地形起伏，山丘与洼地相间，山体受地表径流冲刷多形成沿竖向发育的溶蚀裂隙或溶洞，岩溶发育相对较弱，而山间洼地则成为地表径流汇集、存蓄、排泄区，岩溶发育更为强烈。

3 岩溶引起的工程风险分析

3.1 勘察风险

3.1.1 探查难度大

通过采用地质调绘、物探、钻探、原位测试、室内试验等综合勘察手段，基本查明了全线岩溶发育特征。但限于目前各种勘察手段的局限性及岩溶本身的复杂性，整体探查难度依旧较大。

地质调绘方面，该地区覆盖型岩溶极具隐蔽性，通过地质调绘很难进行精准的把控。物探是岩溶区勘察的重要手段之一［5］，对宏观把控岩溶发育特征具有重要的作用。但该区域覆盖型岩溶发育深度多变，溶洞充填类型多样，给物探解译带来困难。

钻探是岩溶勘察最有效的手段之一，但因勘探钻机口径有限，钻探所显示地层情况仅为“一孔之见”，并不能完全准确代表地下真实地质情况。在勘察期间，就曾多次出现桥基钻孔因孔内事故等原因移孔20～30 cm后，地层情况与原孔位地层出现重大变化的情况。

3.1.2 钻探诱发塌陷风险突出

地面塌陷是隐伏岩溶地区常见的地质灾害类型，外部荷载及振动力是其重要的外部诱发因素［7-10］。

南宁—玉林高速铁路在勘察期间，发生数起地面塌陷事故。兴业县城附近一处桥梁地表覆盖黏性土和砂类土，施钻过程中，砂土顺钻孔漏入下部溶腔引起地表变形，最终导致钻机坠落（见图5）；兴业县龙安镇附近一桥梁一处墩台覆盖层厚度小，下伏溶洞顶板厚度较薄，施钻过程中受钻机振动影响导致溶洞顶板破坏，地面发生变形塌陷，钻机被迫紧急撤离。