第一篇：江西巖溶發育規律及一般處治淺議

江西巖溶發育規律及一般處治淺議

向乾俊

(江西省交通設計院 南昌 330002)

摘 要：通過論述江西巖溶發育規律、分布特征和一般處治思路，為巖溶地區的公路工程建設規 劃選址、勘察設計、施工與養護提供基本方法，以供公路工程勘察、設計與施工同行商討。關鍵詞：巖土工程;巖溶；規律；處治；淺議

0 前 言

巖溶是大自然的產物，是人類工程活動面臨的復雜問題。公路工程建設會經常遇到巖溶的影響與制約?，F在我們進一步認識江西巖溶的一些規律與特征，對公路工程建設意義仍然很大。

1江西巖溶形成的條件

江西位于我國東南部，兼有山地、丘陵和平原地貌，從元古代至新生代地層發育齊全，地質構造跨兩大單元，隆起與拗陷復雜；構造運動、巖漿活動、沉積作用、變質作用具多旋回性、多階段性和不平衡性，形成不同時期的碎屑物質和沉積環境，進而產生不盡相同的碳酸鹽可溶巖類建造；而四季分明降雨不均的亞熱帶濕潤氣候，致地表河湖水系發達地下水網溝通，構成典型的江南丘陵和武夷山地過濕區，使不同時期的可溶巖體被內外地質營力不斷改造，為巖溶的發生發展提供了充要條件。

2江西巖溶發育的規律

2．1巖溶在可溶巖中的發育規律

江西可溶巖的形成時代較廣泛。晚元古界震旦系、古生界寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二迭系和中生界三迭系等地層均有發育。由于地層巖性不同巖溶發育程度相差較大。據多年的資料積累和研究，江西巖溶在可溶巖中的發育規律為：石炭系上統黃龍組、船山組，二迭系上統長興組灰巖，呈灰色或灰白色、亮晶結構層厚質純，巖溶最發育，溶洞、暗河多見此層。如九江至景德鎮高速公路(九景高速)鄱陽湖特大橋基巖為石炭系黃龍組灰巖，在2000m不到的主橋址范圍揭露溶洞幾百個，最高達20.96m。著名景觀彭澤龍宮洞洞高50m,長度超過3000m。而宜春高安田慕江暗河長達15km；二迭系下統棲霞組、茅口組，三迭系下統大冶組灰巖，呈黑色紫紅等色，隱晶結構層薄質雜，巖溶發育次之；而震旦系、寒武系、奧陶系等碳酸鹽巖，年代久遠侵蝕風化嚴重，巖溶相對較

弱。同樣的鄱陽湖大橋引橋基巖為奧陶系白云質灰巖，風化厚度大，未揭露溶洞。因此，公路工程建設應根據地質年代和巖性特點判斷、分析巖溶的發育情況，進而采取經濟合理的的措施處治。

2.2巖溶沿構造發育規律

隆起與拗陷是宏觀構造的主要表現形式，也是控制可溶巖分布的因素。江西地跨兩大構造單元，大致以浙贛鐵路為界，贛北為揚子準地臺東南緣，贛中南為華南褶皺系東北域。全省隆起和拗陷大致沿東西向相間發育，中部貫穿南北向串珠式構造盆地，構成整個地勢為東南西三面高聳而北部低洼格局。拗陷在不同的地質時代接受沉積形成巨厚的碳酸鹽沉積建造巖類。巖溶與拗陷是密切相關的，骨干拗陷帶和構造盆地是巖溶最為集中之處。如瑞昌—彭澤拗陷帶、萍鄉—樂平拗陷帶、吉安構造盆地等都是可溶巖分布之所。就一般微觀構造(斷裂、褶皺)而言，巖溶受各類構造影響是明顯的?？扇軒r斷層面附近、巖體破碎帶之內、可溶巖與非可溶巖接觸帶、背斜的核部等構造利于具溶蝕性的地下水運動，因而巖溶洞穴、暗河相對較多。如鄱陽湖特大橋巖溶同時位于新干－湖口深大斷裂北端、湖口向斜核部、泥盆系志留系石英砂巖泥質頁巖與石炭系二迭系灰巖的交界部位，典型的沿構造發育巖溶。巖溶進一步導致完整巖體溝穴縱橫縫隙交錯，筑路建橋應盡量避開或大角度相交以消除隱患。

2.3巖溶充填規律

巖溶充填狀況不外乎全充填、半充填和無充填。充填程度與巖溶本身的連通性、地殼升降、溶蝕速度與充填速度有關。一般而言巖性雜質多、溶蝕管隙連通性差、地下水運動微弱、溶蝕速度低于充填速度、地殼處于相對下降的低平地段巖溶充填較好，反之則差。據資料分析，江西的石炭系黃龍組、船山組和二迭系長興組灰巖形成的溶洞充填最差，充填率20～30%，大多為半充填和無充填，充填物以粉細砂、卵礫石為主。二迭系棲霞組、茅口組、三迭系巖溶充填

較好，充填率50%以上，充填物一般均見粘性土。其余可溶巖地層巖溶則以全充填為主，充填率達80～90%。從充填程度和充填物性質可以預測巖溶的發展趨勢。無充填、半充填的巖溶說明溶蝕速度大于充填速度，洞穴可能會繼續變化，不利于工程建筑物的穩定。全充填溶洞充填速度大于溶蝕速度，巖溶處于萎縮階段而利于構造物穩定。構筑物如果落在全充填巖溶上是較為安全的，可以按土石混合地基或稍加處理按一般地基看待。

2.4巖溶垂向分布規律

巖溶垂直發育深度能夠說明地殼新構造升降運動的幅度，更是工程建設關注的重要問題。據鉆孔揭露，江西巖溶發育帶從地表裸露直至地表以下幾百米之處，底部隨古地形起伏與地下水活動的基準面而變化?？傮w趨勢是由南至北、由東西二側向中部逐漸加深，與現代地形起伏基本一致。贛南巖溶帶底部標高一般在零米以上，贛北則在零米以下，地表至負100米以上為強巖溶發育帶。待建九江至瑞昌高速公路區域內的瑞彭拗陷帶巖溶最低底部標高為負611m，為全省之最。說明是江西新構造運動強度較大地區之一(11月26日發生的5.7級中強地震就是明證)。由此可見，江西巖溶帶厚度是巨大的，分布深度遠遠超出構筑物持力層受力范圍。好在巖溶是由溶蝕空間和網狀巖體構成，網狀巖體起到框架支撐作用，尤其是體積溶蝕小于50%情況下框架作用更明顯，為人們生活與工程建設的地殼提供了基本支撐。公路工程構筑物基礎不可能也無需穿過巖溶垂直分布帶。江西可溶巖分布特征

巖溶的分布是地質作用的綜合反映，是可溶巖在內外因素影響下的長期結果。江西可溶巖出露面積9928km2，隱伏面積4000km2，約占全省總面積的8.75%。其中巖溶發育較強烈的面積大于5000km

2。根據巖溶分布狀況，江西全境可劃分為“三帶”“三塊”發育區?！叭龓А睘槿鸩頋砂l育帶，萍鄉—樂平發育帶，崇義—寧都發育帶。“三塊”為上饒發育塊，吉安發育塊，龍南發育塊(見圖1)。凡涉及上述地段的工程規劃選址、勘察設計、施工與養護必須重視巖溶的影響。

3.1瑞昌—彭澤發育帶

該帶東西長約150km，南北寬約20~40km，巖溶主要在奧陶系、石炭系、二迭系地層發育。其中奧陶系出露面積小，溶洞不發育。而石炭系、二迭系巖溶發育好。據九景高速鄱陽湖特大橋地質勘探，巖溶鉆89

孔遇洞率最大達90%，總體線巖溶率7%。著名的彭澤龍宮洞洞高50m，長度超3000m。地表地下巖溶極為典型，復雜。公路工程建設應十分注意洞穴、暗河的影響。

3.2萍鄉—樂平發育帶

由西向東經宜春、高安、豐城、余干、樂平、終于景德鎮，長約450km，寬50~100km。西部沿袁河、錦江流域和綠水流域分布，中部南昌地區覆蓋在中生代白堊系、第三系紅層之下，東部則斜跨樂安河、昌江流域延至安徽，出露不均。主要發育層為石炭系、二迭系、三迭系地層。已建的上瑞高速公路昌付至金魚石段大都位于該帶，在建和擬建的濟南至廣州國家高速公路景德鎮至鷹潭段，大慶至廣州國家高速公路武寧至吉安段都受到其影響。據昌金高速公路曾家高

圖1 江西巖溶分布示意圖

架橋鉆探，鉆孔見洞率67%，線巖溶率約12%。被譽為“地下藝術長廊”的萍鄉福田孽龍洞和長超15km的宜春高安田慕江暗河位于此帶。帶內常見地面塌陷報導，如2005年9月25日萍鄉巨源村突現直徑約3m的大洞，地裂范圍達3km

2，部分山崗、田地、公路不同程度地出現裂隙，是我省巖溶規模、危害最大的發育帶。

3.3崇義—寧都發育帶

該帶西延廣東，長約250km，寬40~80km，北東向展布。石炭系是其主要發育層。在贛州附近被白堊系紅層覆蓋而出露零星，崇義縣境西南部的聶都鄉有石灰巖洞群，鉆孔見洞率40%左右，線巖溶率約5%。巖溶現象亦典型。

3.4上饒發育塊

多分布于上饒以東的玉山、廣豐等地。東出省境入浙江。梨園至溫家圳高速公路的起始段位于該區。據鉆孔資料，鉆孔見洞率45~56%，線巖溶率5~6%，局部覆蓋型巖溶大于露出型巖溶。

3.5吉安發育塊 主要分布于吉安、吉水、安福和永新等地。贛粵高速公路受其影響較大。河流低洼地段以覆蓋型為主。局部鉆孔見洞率60%左右，線巖溶率達9%。近年也常見巖溶塌陷的報導。2004年3月，贛粵高速公路吉安縣互通立交匝道邊緣出現直徑16m，深10~18m的塌陷坑，四周土體放射性開裂，危及主線橋基礎。2005年6月又在吉安吉州區熊村稻田出現塌坑。該區是我省覆蓋型巖溶分布、危害最大的發育塊。

3.6龍南發育塊

以龍南為中心北東向延伸約60km,寬30km。面積較小但危害不小。巖溶一般處治對策

無論是地表巖溶或覆蓋型巖溶，作為構筑物地基一般由堅硬的巖石和破碎的溶蝕洞隙及填充物組成，各向異性軟弱不均穩定性差是其主要特點。構筑物面臨不均勻沉降或塌陷的嚴重地質問題，必須經過穩妥的處治方能在巖溶地基上進行工程建設。

4.1整平填塞是巖溶處治之基

整平填塞就是將軟硬不均的地基削硬填軟基本達到各向同性軟硬較均的目的，使構造物荷載向下傳遞性狀相似，由此保持建筑物的整體穩定。填塞有淺部與深部之分。淺部填塞一般用于表露和埋深小于３米的巖溶，開挖后用毛石、砂礫、粘性土充滿分層壓實。深部填塞用于埋深大于３米的巖溶，主要方法為注漿，片塊石拋填等。填塞應注意地下水系的保護。對于有流水的地下巖溶宜用塊石等粗料拋填以留空隙作為水流通道。該法經濟合理、施工便利、安全可靠，適用于各巖溶發育帶（塊）。4.2樁基跨越是巖溶處治之本

溶蝕空間或埋深較大的巖溶，填塞有時不能體現安全、經濟、合理原則，技術難度也較大。利用部分巖土摩擦力和支撐力，采用上部橋板下部樁基跨越較理想。樁基能將構筑物荷載直接傳遞到下部較完整巖體或通過樁周摩擦力傳遞至深部，受力合理施工方便，不改變地下水系。昌金高速公路B2－1標段填方路基施工時出現半徑30m的巖溶塌陷，遂將路基填方改為樁基架橋通過。九景高速鄱陽湖特大橋全長3799m，80%位于巖溶地帶，設計采用樁基效果很好，巳經住11月26日九江5.7級地震的考驗。樁基的入巖深度各行業做法不一，但均從安全角度考慮較多。基于樁基載荷試驗成果而制定的《建筑樁基技術規范》認為樁端入巖深度0.5米左右嵌巖段的側阻和端阻發揮的作用最佳，本文也認為這是最為經濟合理的。公路橋

涵樁基也應視巖溶上覆地層厚度、受力特性和荷載大小而確定嵌入完整巖體的深度。樁基最適合覆蓋型的強巖溶地基，造價雖高但安全可靠。像瑞昌－彭澤、萍鄉－樂平發育帶、吉安發育塊的強巖溶地段應多采用樁基處治。

4.3強固基礎是巖溶處治之輔

在填塞不夠穩妥或巖溶埋深大于3～5m情況下，強固公路工程構造物基礎是巖溶處治的一種行之有效的輔助方法。不同的構造物有不同的基礎強固方式。作為公路路基而言，強固方法主要有滿鋪連續鋼筋混凝土板、路床土工格柵、加筋輕質路堤等。橋涵有明挖擴大基礎，擴基與樁混合基礎。通過基礎的強固和擴大受力面積，調整荷載均勻分布，從而利于構造物的穩定。昌金高速湘贛收費站附近巖溶路塹采用配筋連續混凝土板解決了巖溶埋深較大的問題，一年多的通車證明了處治的效果較佳。該法適應于巖溶發育較弱或埋深較大地段的路基與小橋涵基礎處治。

4.4理論驗算是巖溶處治之據

巖溶處治驗算主要是驗算巖溶洞穴頂板安全厚度和巖溶埋深安全深度。其方法有地基附加應力法、溶洞頂板塌陷堵塞估算法、雙向板(梁)分析法、厚跨比值法、成拱分析法、結構力學分析法、有限單元法等。巖溶洞穴的穩定性主要與洞穴頂板的厚度、跨度、節理裂隙狀況，受荷性質以及當地氣候等因素有關。在選取驗算方法時應遵循由簡到繁、建模分析、多種方法相互驗證原則，根據驗算結果采取適當的處治措施。如九景高速公路鄱陽湖大橋巖溶洞穴穩定性驗算采用簡單的頂板塌陷堵塞估算法驗算，認為絕大多數洞穴穩定不會影響大橋基礎安全，這一結論得到5年通車運營的考驗。昌金高速公路巖溶路基采用地基土附加應力法驗算，得出巖溶埋深大于9m對路基不會構成威脅結論，因而概不處治。對埋深3～9m的巖溶采用在路面之下設置配筋連續混凝土板或路床部位土工格柵包裸砂礫石處治，通車一年未見不良現象，說明驗算基本正確。

4.5四新技術是巖溶處治之源

“四新技術”是科學發展的結晶，是推動人類工程活動進步的動力，更是巖溶處治方法不斷更新的不竭之源。人類在工程活動中面對巖溶由恐懼繞避到從容治理，從單一填塞到綜合方法，從天然材料到人工新材，從現場分析到建模驗算無一不是四新技術運用的體現。隨著越來越多越來越復雜的巖溶處治，四新技術已滲透到勘察設計、施工與養護每個環節。如巖

溶勘察中的物探新技術：水陸兩棲時間域電磁法、高密度電法、淺層地震法、井中CT透視法、探地雷達法等，為查明巖溶構造空間分布規律與形態立下了汗馬功勞。而巖溶處治施工中的新技術使用較多的有沖擊成孔法、定向爆破法、冷凍開挖法、高壓灌漿法等，為巖溶處治技術的發展貢獻很大。只有四新技術才能推動巖溶處治的不斷發展，今后要償試和開發無害灌漿、超長樁基、輕質高強路堤、環保混凝土錐體填塞等新技術，使巖溶處治更上臺階。結 語

1、江西巖溶主要集中分布在“三帶”“三塊”地區，這是江西區域地形地貌、地層巖性、構造形跡及新構造運動制約和濕潤氣候、復雜水文地質條件影響的結果。

2、在“三帶”“三塊”內，石炭系黃龍組、船山組，二迭系下統長興組灰巖巖溶最為發育，地貌典型，洞穴暗河較多，是工程建設必須特別引起重視的地層；二迭系棲霞組、三迭系灰巖巖溶發育次之，也是

工程建設的不良地層；而震旦系、寒武系、奧陶

系灰巖白云質灰巖巖溶發育最弱。

3．巖溶處治是系統工程，必須重視各環節管理和各部門協調配合。正確樹立巖土工程勘察是巖溶處治的關鍵，科學設計是巖溶處治的核心，施工質量是巖溶處治的保證。增加勘察投入，開拓設計思路，運用施工新方法是巖溶處治的必由之路。

4、巖溶處治要遵循治標治本原則，改善巖溶地基與強固構造物基礎并重，四新技術運用與勘察設計施工結合，建模評價洞穴穩定與不斷探索處治新法同舉，力爭做到處治安全、經濟、有效。

5、巖溶處治不僅要考慮經濟技術指標更要維護其工程與水文環境及生態平衡，盡量減少地表、地下自然環境的破壞，用可持續的科學發展觀貫穿處治全過程。

參考文獻：

[1]江西省工程地質圖說明書.(1：50萬)江西省地質礦產局

水文地質工程地質大隊.1985年8月.[2]向乾俊.九江鄱陽湖口大橋巖溶特征及處理討論[A].江

西交通公路學會.‘97年會論文[C].1997年6月.

第二篇：多斷層網狀填充性巖溶隧道災變預測及處治技術研究科研項目信息

成果名稱: 體現形式: 完成單位: 項目成員: 研究開始時間: 聯系人: 驗收時間: 多斷層網狀填充性巖溶隧道災變預測及處治技術研究

其它

韶贛高速公路粵境段管理處

技術領域: 項目名稱: 項目負責人:

橋隧工程

多斷層網狀填充性巖溶隧道災變預測及處治技術研究

彭學軍

李凱,傅鶴林,羅立峰,彭學軍,劉偉泉,黎明,張志定,羅文濤,唐偉,黃鈞鈺,黃陵武,伍毅敏,譚鑫,聶春龍,李東平,趙望達,彭儀普 2009-01-15 劉偉泉 2012-04-28

研究結束時間: 聯系郵箱: 鑒定時間:

2011-03-13 sgglgs@163.com 2012-03-01

多斷層網狀填充性巖溶隧道災變預測及處治技術研究

發布人：彭學軍 發布時間：2012-04-26 瀏覽次數：222 知識產權聲明： 項目研究成果是本團隊獨立進行研究工作所取得的成果，研究成果歸完成單位所有，如發現本項目研究成果被惡意抄襲，本項目團隊將進行法律追究。

1.任務來源

任務來源：根據曲江至南雄路的區域地質構造，可以推斷該區域巖溶空間形態復雜，以網狀巖溶為主。網狀巖溶常以不同形式出現：洞穴巖溶和填充性巖溶。巖溶形態、大小及與隧道相交的位置關系不同，從而巖溶對隧道穩定條件及狀態也不同。根據高速公路隧道穿越巖溶位置的不同，擾動效應不同的特點，在這一背景下，提出了這一課題。2.應用領域和技術原理

本課題通過結合韶關市曲江至南雄高速公路回龍山隧道和白山隧道，通過多斷層網狀填充性巖溶隧道災變預測及處治技術研究，根據高速公路隧道穿越巖溶位置的不同，擾動效應不同的特點，隧道修建過程中，將復雜地質構造中網狀巖溶隧道災變預測及處治技術研究成果推廣應用。3.性能指標 1.巖溶的探測技術和安全性評定標準； 2.巖溶隧道施工風險評價；

3.斷層區域構造應力場特征及其對隧道圍巖穩定性影響分析； 4.巖溶處治及質量檢測技術；

5.掌子面邊坡破壞機理及開挖進尺的未確定； 6.管棚作用機理；

7.復雜地質構造中網狀巖溶隧道災變預測及處治技術指南； 4.成果關鍵技術介紹

1.系統調研國內外巖溶突水機理、巖溶形成的歷史、巖溶探測預報技術及分析評價； 2.對國內外隧道風險管理進行系統研究；

3.分析總結了回龍山區域地質構造、回龍山隧道址區地質構造，總結了隧址區斷層形成的力學機制，結合隧址區斷層的產狀，圖解出隧址區斷層主應力場的特征； 4.探討巖溶充填介質對巖溶突水的影響，對巖溶隧道突水類型進行劃分； 5.建立了基于連續地基梁反力方程的隧道開挖掌子面穩定評價模型； 6.以連續地基梁理論為基礎，首次建立了管棚支護結構與圍巖相互作用模型； 5.與國內外同類技術比較

目前，國內外關于隧道施工超前地質預報技術應用很普遍，但沒有統一的概念、理論和方法。在國內，巖溶地區隧道超前地質預報問題，多年來一直是地球物理探測領域的一個難題，由于隧道掌子面的特殊環境限制及多種干擾的嚴重影響和巖溶地區地質災害的嚴重性、復雜性，使得這項工作研究進展緩慢。6.成果的創造性、先進性

1.系統調研國內外巖溶突水機理、巖溶形成的歷史、巖溶探測預報技術及分析評價； 2.對國內外隧道風險管理進行系統研究；

3.分析總結了回龍山區域地質構造、回龍山隧道址區地質構造，總結了隧址區斷層形成的力學機制，結合隧址區斷層的產狀，圖解出隧址區斷層主應力場的特征； 4.探討巖溶充填介質對巖溶突水的影響，對巖溶隧道突水類型進行劃分； 5.建立了基于連續地基梁反力方程的隧道開挖掌子面穩定評價模型； 6.以連續地基梁理論為基礎，首次建立了管棚支護結構與圍巖相互作用模型； 7.作用意義

本項目對曲江至南雄高速公路的復雜地質構造中巖溶隧道災變與處治技術開展研究，其研究成果可直接應用于曲江至南雄高速公路隧道穿越巖溶處治，對我國巖溶地區高速公路及其隧道建設產生巨大的推動作用，還可為廣東省整個山區乃至全國的高速公路隧道穿越巖溶的處治提供科學依據及借鑒作用，提高了公路運輸服務保障水平，保證人民群眾安全便捷出行，很好地維護了黨和政府的形象。8.推廣應用前景與措施

該課題利用多斷層網狀填充性巖溶隧道災變預測及處治技術研究成果，實現了各種探測技術、分析評價、治理和質量監控在公路隧道穿越復雜地質構造中巖溶的綜合應用，形成隧道穿越巖溶時，地質構造及巖溶對隧道穩定性影響的成套評判方法和評價體系、隧道穿越巖溶有效處治技術和隧道穿越巖溶治理質量監控指南，填補了國內外空白。

9.推廣應用存的問題和改進意見

暫無