摘要：二十一世纪以来，随着我国经济飞速发展，交通基础设施建设的需要在不断提高，铁路路基的修建大大提高了交通运输的便利。目前，我国已跻身世界上铁路修建规模、技术和难度最大的国家之列。同时随着西部大开发战略的逐步实施，铁路工程建设的重心逐渐转向岩溶高度发育的西部山区，将会给地质勘测、施工安全、生态环境带来巨大的挑战。
关键词：铁路；路基；岩溶；整治
引言
岩溶地形是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀、搬运等作用所形成的地表和地下形态的总称。一方面我国岩溶面积分布广阔，达到了国土总面积的1/3；另一方面，由于多变的气候和地形地质条件，使得我国岩溶发育类型齐全。近年来为了加快经济发展，我国加快了铁路路网的建设，其中宜万铁路、渝怀铁路、南昆铁路、沪昆高铁、贵广高铁、林织等铁路都穿越岩溶发育地区。这些铁路在设计、施工、运营过程中路基都遭遇了因岩溶原因引起坍塌、突水突泥等工程地质灾害的侵扰，为确保铁路建设安全需要进行大量的岩溶整治。
一、岩溶及其发育特征
喀斯特（KARST）即岩溶，是地表水、地下水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石灰岩、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。
1.1岩溶发育
岩溶的发育与地质构造、地形地貌、水文地质条件等多种因素密切相关。
在碳酸盐岩区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岩层，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。岩溶构造的规模及其产状发展往往在断裂构造地带宽度、深度上规模都较大。
碳酸盐岩本身矿物成份组成是产生岩溶的重要前提。碳酸盐的成因复杂，因而其结构组份也比较复杂。由碳酸盐为主的矿物和一些不溶残余物形成的碳酸盐岩其溶解性取决于碳酸盐类矿物的化学组成成分以及成岩过程的作用。根据实际工作总结碳酸盐类矿物的化学组分氧化钙（CaO）含量越高溶解性越强，氧化镁（MgO）和不溶残余含量越高溶解性越弱。
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、排泄的不断将碳酸盐岩中易溶、可溶性物质分解排放而形成溶洞岩溶发育。
1.2岩溶发育的垂直分带
根据地下水活动分带可以认识岩溶分层发育规律，传统的分带是：包气带、季节交替带、平流带、深部缓流带，所对应的岩溶分层是：垂直岩溶管道、大型溶洞、岩溶管道和暗河、岩溶孔隙和裂隙。一般认为岩溶暗河、大泉出水口位置为侵蚀基准面，在侵蚀基准面以下一定深度就不会有大的溶洞，出现例外情况往往会被认为是侵蚀基准面划分有问题。
1.3岩溶发育特征
岩溶的形成和发育是一个复杂的、特殊的地质现象，岩溶发育强度在区域和垂向上存在显著差异。例如，林织铁路沿线岩溶发育具有下列典型特征：
（1）、岩溶发育强烈，通过对岩溶洼地等岩溶地形统计，密度高达38.5个/100km2。
（2）、管道、溶洞、溶隙很发育，突出表现为：洼地落水洞密度较大；岩溶地下水98.45％是以大泉和暗河形式排出；三水转化非常迅速，据施工期间观察，大泉暗河流量动态仅滞后降雨7～12 h。
（3）、垂向上岩溶发育的分带性明显，由上向下划分为：表层岩溶带、垂向渗滤带、水平径流带和深部循环带。
1.4岩溶分部特征
我国岩溶地貌主要分布在南方地区，如四川、云南、贵州、重庆、广西、湖南、湖北、广西等。各地岩溶分布不同，而贵州地区分布的有以下特点：贵州省岩溶发育程度划分为：强烈发育，较强发育，中等发育及弱发育四个大区。如下图所示。
贵州省岩溶发育程度划分
（1）、强烈发育区（I）：三都、丹寨以西，安顺，镇宁以东地区，地处贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带。区内地貌以峰丛洼地，峰丛谷地和峰林谷地等组合形态为主，个体形态发育多样。
（2）、较强发育地区（II）：。根据岩溶发育的差异性又可细分为三个亚区：
①兴义-关岭亚区（Ⅱ1）位于贵州西南部。区内岩溶组合形态的分布表现为：北盘江、南盘江河谷两岸为陡峻的峰丛峡谷，岸坡地带则多分布峰丛洼地，远离河谷地带则出现峰丛谷地和丘陵谷地。
②威宁-赫章亚区-六盘水（Ⅱ2）该区位于贵州西部高原，是高原面保留较完整的唯一地区，岩溶发育较强烈。
③织金-贵阳-瓮安（Ⅱ3）位于乌江与南盘江分水岭地段，岩溶发育强烈，岩溶组合形态以峰丛谷地和峰林谷地为主。峰丛谷地：织金、普定等地，特点是谷地平坦，有长年流水。峰林谷地：贵阳以西的平坝，清镇等地，特点是峰林稀少，锥体浑圆，谷地宽阔，其间杂有高20～30m的残丘。林织铁路即位于该地段，湖林线（湖潮—林歹南），林新线（林歹南—新店）位于清镇境内，林织线（林歹南—织金）位于织金境内。
（3）、中等发育区（Ⅲ）：该区可溶岩出露特点是白云岩大面积分布，石灰岩类面积比例较小，约占全省岩溶发育区的50%。
（4）弱发育区（Ⅳ）
位于黔西南的册亨-望漠一带，地处南盘江以北，局部形成峰丛洼地，峰丛谷地及其他岩溶个体形态。
（5）非岩溶区（V）
包括镇远、凯里、三都一线以东及习水以西地区，区内极少或无岩溶液地貌发育。
二、铁路路基不同岩溶整治方法
2.1、对于已经揭示裸露岩溶溶洞
2.1.1、对路基坡面溶洞可采用支撑渗沟或排水管引水至明沟，减少岩溶、裂隙水量，削弱岩溶形成条件，并可防止水流通道堵塞，造成路基季节性淹没。
2.1.2、对于坡面溶洞顶板坍塌，一般采用加固的措施。如洞径较大，洞内施工条件好，可用浆砌片石加固；洞深而小，且不便洞内加固时，可用大块石或钢筋混凝土板加固；或炸开顶板，挖出填充物，换以碎石等换土加固。
2.1.3、对于基本停止发育的干涸溶洞，一般以堵塞为宜。即为预防建成后的路基下沉或不均匀沉降，清除填充物，再回填浆砌片石并在顶部设置钢筋混凝土盖板。
2.2、隐伏岩溶
隐伏岩溶：即埋藏在已成岩的非可溶性岩层之下的岩溶。这种岩溶一般不反映于地表（或路基开挖坡面）。只能通过工程地质雷达、高分辨率SH波浅层反射波法、瞬态瑞雷面波法勘探、高密度多波列地震映像法等工程物探法揭示的岩溶发育区域。根据物探结果被评价为极易塌陷区，易塌陷区的路基段落就需要进行整治。对于隐伏岩溶的整治方法主要为：以钻孔注浆为主要整治措施，通过注浆充填土石界面附近的土洞、溶洞和溶蚀裂隙，阻隔地表水与地下水之间的水力联系，防止岩溶地面塌陷的发生。
三、铁路路基隐伏岩溶工程实践
3.1、工程概况
林织铁路途径贵州中西部地区，该区为溶蚀丘陵、丘间平地，地表多为坡地或农田。以覆盖型岩溶形态，岩溶特征主要表现为地表可见众多大型溶洞、漏斗、暗河，泉水发育，落水洞、洼地、探险坑分布密度大，地下水位变化幅度大且剧烈，出露基岩溶蚀强烈，常产生岩溶地面塌陷。场地上覆第四系以坡残积或冲积粉质粘土，基岩以灰岩为主，岩溶中等发育为主，局部强烈发育路。路基施工过程中沿线揭示大量溶洞并采取引排、回填封堵等措施进行处理。经过工程物探法揭示全线37km路基范围内探明隐伏岩溶发育段落50余段，需整治累计长度2488m，初步估计需钻孔52000余米，注浆37000余m3。
3.2、施工工序
岩溶注浆每一施工段或注浆路基纵向长度每50m为一个施工作业区，作业内容包括：Ⅰ序先导孔钻孔、Ⅰ序先导孔注浆、Ⅱ序钻孔、Ⅱ序孔注浆，取芯孔的钻孔自检。
3.3、工艺流程
3.4施工平面布置
3.4.1易塌陷区平面布置：
对溶洞、土洞、垂直溶蚀破碎带不发育且连续长度超过30m的地段，以7m纵距沿中线交替布置先导孔，用以核查设计地质条件；对溶洞、土洞、垂直溶蚀破碎带发育地段，钻孔注浆一般按二序（Ⅰ、Ⅱ）进行。在Ⅰ序孔间距14m按正方形均布先导孔；然后按横向和纵向方向在先导孔之间内插Ⅰ序孔；Ⅱ序孔在Ⅰ序孔和先导孔组成的正方形中心内插加密，先导孔、Ⅰ序及Ⅱ序孔中间内插Ⅲ序孔，注浆孔孔距加密至3.5m。
一般按二序（Ⅰ、Ⅱ）进行钻孔注浆。在Ⅰ序孔间按间距14m按正方形均布先导孔；然后按横向和纵向方向在先导孔之间内插Ⅰ序孔；Ⅱ序孔在Ⅰ序孔和先导孔组成的正方形中心内插加密，先导孔、Ⅰ序和Ⅱ序孔形成菱形布置，间距5m。在有溶洞、破碎带、裂缝等岩溶密集发育区域以及有支挡工程及车站咽喉区等需加密注浆处理时，进行三序注浆处理，Ⅲ序孔在先导孔、Ⅰ序及Ⅱ序中间内插加密，加密后的孔间距离为3.5m。
3.5、施工质量控制要点
3.5.1、钻孔
（1）、测设孔位、标高，进行统一编号钉桩，孔位偏差不大于10cm。当因避让管、线等客观原因需对孔位进行调整，且距离大于50cm时，需报设计、监理单位核准。先钻边排孔，后钻内排孔。
（2）、覆盖层中钻孔采用跟管钻进，直径不得小于130mm。基岩段终孔直径不得小于91mm。所有先导探灌孔均须按勘探钻孔技术要求施钻，进行岩芯鉴定和编录，具体要求参考《铁路工程地质钻探规程》（TB 10014-98）执行。施工过程中必须防止污染农田。
（3）、注浆前须进行成孔冲洗。对冲洗时返水的钻孔，以冲洗液变清为结束条件。对溶洞、溶蚀破碎带发育、冲洗时不返水的钻孔，要求流量不小于泵送额定流量的80%，冲洗时间不少于10min。
（4）、对大规模充填溶洞、串珠状充填溶洞等地质条件复杂地段，应通过现场试验确定冲洗方法和工艺要求。
（5）、钻孔注浆深度至基岩面以下5m。若加固范围内存在溶洞，采用安全顶板厚度法进行判别，要求完整顶板厚跨比不小于0.5，非完整顶板厚高比不小于5，若顶板厚度达不到要求，则需钻孔注浆至溶洞底板以下2m。
3.5.2、注浆
（1）、以纯水泥浆为主的单液注浆材料，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6：1～1：1。开始注浆时采用稀浆灌注，当灌入量较大时可据情况采用浓一级的浆液灌注。
（2）、注浆压力（孔口压力表读数）为0.2～0.4Mpa，终压0.3～0.5Mpa。
（3）、对土洞、空溶洞或半充填溶洞，应高压冲填砂、碎石后再进行注浆处理。
（4）、对溶蚀裂隙发育、连通性好、漏液严重时，注浆时可掺入一定量的粉煤灰，粉煤灰掺入量为水泥重量的10%～20%。
（5）、终注条件为：在终注压力下连续注浆10min的注入率不大于5L/min时，可终止注浆。
（6）、注浆顺序按跳孔间隔方式进行，并采用自路基坡脚向线路中心的顺序进行。
3.6、质量评定与评定
3.6.1质量检查
在分段（或分区）注浆施工结束后，应在注浆孔间距布置2～3%质量自检孔，且每个注浆段落不得少于2孔，当自检满足下列条件之一时，可转入下一分段（或分区）的注浆施工：
检查孔岩芯可见多处水泥结石体，基本填满可见缝隙。检查孔的单位吃浆量不超过周围4孔单位平均吃浆量的15%。在分段（或分区）注浆施工结束后，应采用综合物探方法结合钻孔取芯、压水（注水）进行注浆质量检查。钻孔取芯、压水（注水）孔数为注浆孔总数的2%，在注浆孔间距布置；瞬态面波测点在整治范围内注浆孔间抽检，测点数为注浆总孔数的5%且不少于10个点，检测注浆深度范围的岩土体波速；选整治段落长度的10%且不小于15m的长度采用电测深法进行注浆前后物探异常对比测试，测线应优先选取岩溶形态强烈发育地段布置；对零星整治的段落或单个溶洞，以钻孔取芯、压水试验为主要检测手段。合格的注浆施工一般应满足如下条件：
检查孔岩芯可见多处水泥结石体，基本填满可见缝隙，压水试验测试渗透系数（或透水率值）应小于注浆施工前的1/10。
采用瞬态面波法检测岩土体注浆后的面波速度，面波频率曲线不离散，且充填部位面波速度满足合格标准：土Vs=29.273H+100；岩石Vs=23.998H+360（H〈10m），Vs=23.998H+290（H≥10m）；岩洞Vs=16.67H+246。对不合格点应进行钻孔取芯和压水试验验证并进行综合评判分析。
表1 林织铁路湖潮至林歹段岩溶注浆面波检测成果统计表
通过面波检测工作，部分路基段注浆效果满足设计要求。
3.6.2质量评价
注浆施工质量检测的单项指标合格点数达到检测总点数的90%，且不合格点不集中分布、不合格指标与合格标准的差值不大于合格标准的20%，其他指标合格，可以判定为检测点注浆施工质量合格。
综合分析后检测点的注浆施工质量100%合格，可以判定为注浆施工质量合格。
结论
在大量的路桥工程实践中，积累了许多处理岩溶的宝贵经验。这些经验可大体概括为疏导、跨越、加固、堵塞与钻孔注浆等，实际工程中应根据具体情况加以选用。而通过林织铁路的工程实践证明，以“探灌结合”的钻孔注浆在铁路路基隐伏岩溶处理有明显的效果，“探灌结合”钻孔注浆施工方法简单，施工速度快，隐伏岩溶整治质量满足要求，投资成本及经济效益均可控。
参考文献
1、罗平平，何山，张玮，赵庆锋《岩体注浆理论研究现状及展望》.山东科技大学学报（自然科学版）.2005（01）
2、尹尚先，武强，王尚旭《华北煤矿区岩溶陷落柱特征及成因探讨》.岩石力学与工程学报.2004（01）
3、杨米加，陈明雄，贺永年《注浆理论的研究现状及发展方向》.岩石力学与工程学报.2001（06）
4、《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2001）
6、《铁路工程地质钻探规程》（TB10014-98）
7、《注浆技术规程》（YBJ44-92）
论文作者:赵孝喜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/22
标签：岩溶论文; 注浆论文; 溶洞论文; 钻孔论文; 路基论文; 铁路论文; 谷地论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;