岩溶隧道基本特征及施工处置要领概述(定稿).doc

岩溶隧道的基本特征及施工处治要领概述 ——王兴彬 1、岩溶及岩溶隧道概念 2、岩溶形态及其发育条件 3、岩溶对隧道工程的危害 4、隧道设计与施工中岩溶预报 5、岩溶隧道施工处治 6、岩溶隧道风险管理 1 岩溶及岩溶隧道概念 1.1 岩溶 岩溶(国际通用术语Karst，译名喀斯特)是由地表水或地下水对可溶性岩石的化学溶解作用和机械破坏作用的以及由于这些作用所引起的各种地质现象和形态的总称。是形成“奇峰异洞”的自然现象。 “Karst”原是南斯拉夫西北部伊斯的利亚半岛上石灰岩高原的地区名称，意为岩石裸露的地方，近代喀斯特研究发轫于该地而得名。我国于1966年将“Karst（喀斯特）”改为“岩溶”，国际学术名称仍需使用“Karst（喀斯特）” 1.2 可溶性岩石 可溶性岩石有3类：碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、泥灰岩等)；硫酸盐类岩石（石膏、硬石膏和芒硝）；卤盐类岩石（钾、钠、镁盐岩石等）。全球分布占地球总面积的10％，我国的广西、云南、贵州、四川东部、重庆东南部等省（区）、广东北部、福建北部分布广泛。 1.3 岩溶地貌 可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石（如石灰岩、石膏等），受含有二氧化碳的流水溶蚀，有时并加以沉积作用而形成的地貌。土洞，发育在可溶岩上覆土层中的空洞。其形成需有易被潜蚀的土层,其下有排泄、储存潜蚀物的岩溶通道。当地下水位在岩土交界面附近作频繁升降时,常产生水对土层的潜蚀而形成土洞。 空洞的扩展，导致地表陷落的地质现象。地表水沿灰岩内的节理面或裂隙面等发生溶蚀，形成溶沟（或溶槽），原先成层分布的石灰岩被溶沟分开成石柱或石笋 地表水沿灰岩裂缝向下渗流和溶蚀，形成落水洞。 从落水洞下落的地下水到含水层后发生横向流动，形成溶洞。 地下洞穴的形成地表发生塌陷，塌陷的深度大面积小，称坍陷漏斗地下洞穴的形成地表发生塌陷，深度小面积大则称陷塘。地下水的溶蚀与塌陷作用长期相结合，形成坡立谷和天生桥。 地面上升，原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林，地下水的溶蚀作用在旧日的溶洞和地下河之下继续进行。主要是在喀斯特(岩溶)发育中期形成的。它往往有出口而无入口。高温多雨的热带及亚热带气候最有利于暗河的形成。在地层褶皱的轴部、裂隙和断裂部位、可溶岩同非可溶岩的接触处和排水基准面附近常发育暗河。暗河有自己的补给、径流和排泄系统。大的暗河也形成地下河系，主要沿构造破裂面发育。 溶沟 石牙 漏斗 洼地 落水洞 峰林 溶洞 天生桥 2.2 岩溶发育阶段 可以岩溶发育过程分为4个阶段——幼年期、青年期、中年期、老年期。 （1）发育初期，大多是石芽、溶沟，逐渐发育成溶斗和落水洞，为岩溶发育的幼年期。 （2）岩溶地貌进一步发育，地下洞穴大量发育，并且互相贯通成为一个统一的地下水系统，地下水面以上，溶洞干涸，地下水面以下的洞穴充水，形成地下河，为岩溶发育的青年期。 （3）进一步发育，地面逐渐被蚀低，离地面较浅的溶洞的顶板开始崩塌，地下河的某些段塌顶成为地面河。岩溶地貌进入中年期。 （4）最后，地下河和溶洞大量崩塌，成为地面岩溶盆地和平原地貌。此时石灰岩已大量蚀去，石灰岩的残积堆积物发育。除了溶蚀平原上残留少量的残丘及孤峰，地面起伏很小，形成一个准平原。为岩溶地貌的老年期 2.3 岩溶发育条件 岩溶的发育条件：具有可溶性岩层；具有足够流量且具溶解能力的水（酸性水）；地表水有下渗，地下水有流动的途径。三者缺一不可！！ 也就是说，岩溶发育必须是： （1）具有可溶性岩石（如碳酸盐岩、碳酸盐类岩石——石灰岩、白云岩、泥灰岩等；硫酸盐岩——石膏、硬石膏、芒硝；卤盐类岩石——钾、钠、镁盐岩石等）； （2）岩石是透水的(风化、节理裂隙发育、褶皱、断裂)； （3）水必须具有侵蚀性（一般为酸性水，如溶解CO2的水或富含SO42-）； （4）水在岩石中应处于不断的运动状态中。 2.4 岩溶发育的影响因素 气候、地形地貌、地质构造、地壳运动等对岩溶发育均有较大影响和制约。 2.4.1 气候的影响 气候是岩溶发育的一个重要因素，它直接影响着参与岩溶作用的水的溶蚀能力，控制岩溶发育的类型、规模和速度。降水量和气温越高，越有利于溶蚀作用，岩溶也愈发育。 2.4.2 地形地貌的影响 （1）分水岭地区：分水岭地区地下水由降水补给，并作为其它地区地下水的补给，因此，越靠近分水岭，岩溶作用就越弱。 （2）丘陵地区：地表水大部潜入地下，形成了无水干谷，谷底排列一系列的漏斗、落水洞，与暗河相连，岩溶作用较强；山顶也分布有溶洞、竖井等，但无岩溶水活动，因此岩溶作用基本趋于停止。 （3）河谷斜坡：为地表水及地下水向河谷汇集的途径，是径流最活跃及岩溶最发育的地带。 2.4.3 地质构造的影响 （1）岩层产状的影响 缓倾岩层：可溶岩位于非可溶岩（不透水岩层）上层，岩溶发育。反之亦然