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摘要：田东至德保铁路大部分段落位于岩溶区，岩溶强烈发育；本文介绍了该铁路陇政隧道段通过地质勘察，探测到巨型溶洞，准确查明其空间分布，提供了安全可靠、经济合理的改线建议，成功实施改线。
关键词：铁路；溶腔；微重力；改线
中图分类号： U231文献标识码： A
前言
田德铁路由南昆铁路田东站引出，经百色盆地跨越右江后进入百色盆地西缘丘陵低山区，穿越桂西南岩溶中低山区至德保县的德保站，正线全长约73Km，是计划通往与越南接壤的龙邦陆上口岸的铁路线的一部分。田德铁路地处桂西南溶岩发育区，地形陡峻，地质条件复杂、地形困难，岩溶十分发育，桥隧比例高达58%，为勘察设计难度较大的一条岩溶山区铁路。工程建设投资约16亿。
预设线路方案中，陇政隧道为单洞铁路隧道，隧道起迄里程DK47+315～DK47+995，全长680m。
在地质调查过程中，发现该隧道穿越山坡上一处封闭的岩溶塌陷洼地，可能存在严重的岩溶地质问题。
为查明隧道穿越地段的岩溶地质问题，开展了地质调查、物探、钻探及测量等多种手段的综合地质勘察工作。
陇政隧道岩溶地质勘察
（一）采用微重力对岩溶洼地及周围进行探测
1、工作布置
本次勘探工作是高精度重力测量，因此布置了1:250的大比例尺进行工作。在线距为5 m和点距为2.5 m的自由测网上进行面积测量。野外测量工作于2006年6月16日～22日期间进行，完成了500余个物理测点的测量。由于工区地形条件的限制而不能用规则测网。考虑测区面积不大，因此仅在工区内选择了一个基点。为了保证观测质量，每天每台仪器至少三次按时在基点上重复观测，以便检查仪器的零点位移情况。重力仪采用目前国际上最先进的LaCoste & Romberg地面重力仪，两台仪器的编号分别为1131和1139。
在重力勘探工作中，为了准确的完成重力测量结果的各项改正，绘制重力异常图，确定重力异常的坐标位置，必须进行测地工作。本次采用全站仪进行测地（距）工作，以布设测网，确定测点的坐标与高程。
2、微重力成果
通过在该段洼地布置微重力法，在铁路隧道里程DK47+700～DK47+800之间发现了三个负重力异常（从图2-2-1可见），从西向东顺次分别称之为A1、A2和A3，它们的极值分别约为-255μGal、-305μGal和- 90μGal。它们独立成圈闭，整体连成一线，可以判断认为这三个负重力异常是地下溶洞引起，且可能为岩溶管道。
基于这个发现和区域地质分析，对A1、A2和A3三个重力异常进行了反演计算，结果得到A1异常处地下溶洞顶深约为32m，A2异常处地下溶洞顶深约29 m，A3异常处地下溶洞顶深约为27m。
图2-2-1 陇政隧道重力勘探成果图
（二）钻探
钻探：根据地质调查和物探，合理布置钻探，加强对沿线岩溶分布及形态规模的验证，准确差岩溶不良地质体与线路的位置关系。
根据以上微重力法勘探解释的异常情况，在DK47+744.5左5m处和DK47+744.5右19.5m分别布置钻探进行验证，钻探结果揭示：DK47+744.5左5m处揭示地表以下埋深24.86m～70.62m之间为空溶洞，DK47+744.5右19.5m处揭示地表以下埋深32.10m～72.41m之间为粉质黏土充填溶洞。
（三）地下巨型溶洞调查核实与测量
综合分析物探和地面调查、钻探资料，本隧道区存在巨型溶洞、暗河，经过充分准备，开展溶洞探险和测量工作，寻找隧道附近的地表与巨型溶洞联通的岩溶通道洞口，进入地下岩溶系统进行调查，找到地下巨型溶腔，并在溶腔内找到钻孔位置，初步确定隧道正穿地下巨型溶腔。
为了准确查明地下溶洞系统位置、形态、埋深等，采用徕卡全站仪及其无棱镜系统自岩溶通道洞口到地下岩溶系统进行测量，准确地对其轮廓范围、顶底高程等进行测量定位，查明了陇政隧道于溶腔中部穿越。
综合勘察成果、岩溶对隧道工程的影响及处理建议
（一）综合勘察成果
通过多种方法综合勘察，查明了陇政隧道处岩溶发育及分布：
隧道进口处陇政洼地中地面岩溶塌陷明显，落水洞联通地下暗河；局部陡立山坡为第二期大型古溶洞半壁塌陷形成，且古溶洞向下联通复杂的地下暗河体系。陇政隧道出口处陇色洼地中岩溶通道顶板溶蚀塌陷，形成明渠，且联通山体内巨型溶洞及复杂的通道，也为复杂暗河体系的一部分。陇政隧道所穿越山体山间塌陷洼地明显，坡面古溶洞呈窗口状向下联通。雨季或强降雨过后，洼地内急剧汇水，并通过岩溶管道、落水洞等快速汇入隧道北侧地下岩溶暗河系统。隧道所穿越地区溶洞、暗河系统平面、剖面见图3-1-1和图3-1-2。
图3-1-1 陇政隧道地下大型溶洞平面位置
图3-1-2 陇政隧道山体岩溶系统剖面图
（二）该岩溶系统对隧道的危害
本隧道位于岩溶低山区，沿线岩溶强烈发育，且部分段落穿越巨型空溶洞，存在严重的安全风险和隐患，具体如下：
1、巨型溶洞可能存在坍塌风险
勘探及测量揭示的巨型溶洞埋深20～40m，洞高50～70m，宽80～115m，且溶洞顶板上垂直裂隙发育，并在不断发展扩大，溶洞会在未来某一时刻像附近的山体内巨型溶洞一样发生坍塌；若隧道自溶洞内穿过，隧道施工爆破，火车运营震动都会增大溶洞坍塌的风险，成为施工和运营的巨大安全隐患。
2、隧道突水、涌水
隧道洞身特别是DK47+695～DK47+790.5段穿越地下巨型溶洞，为地下水汇集和运移通道，雨季强降水后溶洞内地下水量将急剧增加，地下水位猛烈上升，且溶洞洞顶垂直裂隙发育，将在该段造成严重的突水和涌水情况，同时地下水也将向溶洞两侧的隧道洞室内涌流，特别是下坡段落，严重影响隧道安全。
3、隧道其它段落散布的顶部溶洞的坍塌和隧底溶洞的塌陷
本隧道穿越山体岩溶强烈发育，山体内大量分布垂直溶蚀裂隙，并散布溶洞，部分溶洞内充填黏性土及块石等松散堆积体，隧道开挖自溶洞底部穿越时可能引发拱部坍塌；隧道底部分布空溶洞时，则开挖后施工可能引发隧底坍塌，对隧道的施工及运营都造成潜在的安全威胁。
（三）工程措施建议
根据以上对本隧道工程岩溶危害的分析，目前隧道线路方案存在巨大的安全风险和隐患，隧道不应穿越巨型溶洞。
在本次勘察基础上提出对线路方案优化的建议如下：
1、建议绕避目前线路所穿过巨型溶洞，若线位无法调整，建议采用洞中桥梁通过，并采取措施预防洞顶坍塌，确保施工和营运安全。
2、基于沿线其它段落勘察工作已完成且其它段落线路无重大安全隐患的条件下，充分利用本次勘察结果对本段线路进行微调；
3、依据对本段岩溶系统的准确勘测，可选择自目前线路右侧的埋深大、洞径相对小的岩溶通道（岩溶通道宽约8m，高约10m）上方穿越，预留足够安全顶板。
结论
本次勘察后提出的改线方案选择自洞径较小的岩溶通道上部穿越，预留了足够的安全顶板厚度，安全绕避了巨型岩溶空腔，安全可靠、经济合理，得到了相关设计专业的一致认同。改線后线路与岩溶系统位置关系如下：
图2.1-11改线后线路与溶洞位置关系平面图
图2.1-12改线后线路与溶洞位置关系纵剖面图
关键词：铁路；溶腔；微重力；改线
中图分类号： U231文献标识码： A
前言
田德铁路由南昆铁路田东站引出，经百色盆地跨越右江后进入百色盆地西缘丘陵低山区，穿越桂西南岩溶中低山区至德保县的德保站，正线全长约73Km，是计划通往与越南接壤的龙邦陆上口岸的铁路线的一部分。田德铁路地处桂西南溶岩发育区，地形陡峻，地质条件复杂、地形困难，岩溶十分发育，桥隧比例高达58%，为勘察设计难度较大的一条岩溶山区铁路。工程建设投资约16亿。
预设线路方案中，陇政隧道为单洞铁路隧道，隧道起迄里程DK47+315～DK47+995，全长680m。
在地质调查过程中，发现该隧道穿越山坡上一处封闭的岩溶塌陷洼地，可能存在严重的岩溶地质问题。
为查明隧道穿越地段的岩溶地质问题，开展了地质调查、物探、钻探及测量等多种手段的综合地质勘察工作。
陇政隧道岩溶地质勘察
（一）采用微重力对岩溶洼地及周围进行探测
1、工作布置
本次勘探工作是高精度重力测量，因此布置了1:250的大比例尺进行工作。在线距为5 m和点距为2.5 m的自由测网上进行面积测量。野外测量工作于2006年6月16日～22日期间进行，完成了500余个物理测点的测量。由于工区地形条件的限制而不能用规则测网。考虑测区面积不大，因此仅在工区内选择了一个基点。为了保证观测质量，每天每台仪器至少三次按时在基点上重复观测，以便检查仪器的零点位移情况。重力仪采用目前国际上最先进的LaCoste & Romberg地面重力仪，两台仪器的编号分别为1131和1139。
在重力勘探工作中，为了准确的完成重力测量结果的各项改正，绘制重力异常图，确定重力异常的坐标位置，必须进行测地工作。本次采用全站仪进行测地（距）工作，以布设测网，确定测点的坐标与高程。
2、微重力成果
通过在该段洼地布置微重力法，在铁路隧道里程DK47+700～DK47+800之间发现了三个负重力异常（从图2-2-1可见），从西向东顺次分别称之为A1、A2和A3，它们的极值分别约为-255μGal、-305μGal和- 90μGal。它们独立成圈闭，整体连成一线，可以判断认为这三个负重力异常是地下溶洞引起，且可能为岩溶管道。
基于这个发现和区域地质分析，对A1、A2和A3三个重力异常进行了反演计算，结果得到A1异常处地下溶洞顶深约为32m，A2异常处地下溶洞顶深约29 m，A3异常处地下溶洞顶深约为27m。
图2-2-1 陇政隧道重力勘探成果图
（二）钻探
钻探：根据地质调查和物探，合理布置钻探，加强对沿线岩溶分布及形态规模的验证，准确差岩溶不良地质体与线路的位置关系。
根据以上微重力法勘探解释的异常情况，在DK47+744.5左5m处和DK47+744.5右19.5m分别布置钻探进行验证，钻探结果揭示：DK47+744.5左5m处揭示地表以下埋深24.86m～70.62m之间为空溶洞，DK47+744.5右19.5m处揭示地表以下埋深32.10m～72.41m之间为粉质黏土充填溶洞。
（三）地下巨型溶洞调查核实与测量
综合分析物探和地面调查、钻探资料，本隧道区存在巨型溶洞、暗河，经过充分准备，开展溶洞探险和测量工作，寻找隧道附近的地表与巨型溶洞联通的岩溶通道洞口，进入地下岩溶系统进行调查，找到地下巨型溶腔，并在溶腔内找到钻孔位置，初步确定隧道正穿地下巨型溶腔。
为了准确查明地下溶洞系统位置、形态、埋深等，采用徕卡全站仪及其无棱镜系统自岩溶通道洞口到地下岩溶系统进行测量，准确地对其轮廓范围、顶底高程等进行测量定位，查明了陇政隧道于溶腔中部穿越。
综合勘察成果、岩溶对隧道工程的影响及处理建议
（一）综合勘察成果
通过多种方法综合勘察，查明了陇政隧道处岩溶发育及分布：
隧道进口处陇政洼地中地面岩溶塌陷明显，落水洞联通地下暗河；局部陡立山坡为第二期大型古溶洞半壁塌陷形成，且古溶洞向下联通复杂的地下暗河体系。陇政隧道出口处陇色洼地中岩溶通道顶板溶蚀塌陷，形成明渠，且联通山体内巨型溶洞及复杂的通道，也为复杂暗河体系的一部分。陇政隧道所穿越山体山间塌陷洼地明显，坡面古溶洞呈窗口状向下联通。雨季或强降雨过后，洼地内急剧汇水，并通过岩溶管道、落水洞等快速汇入隧道北侧地下岩溶暗河系统。隧道所穿越地区溶洞、暗河系统平面、剖面见图3-1-1和图3-1-2。
图3-1-1 陇政隧道地下大型溶洞平面位置
图3-1-2 陇政隧道山体岩溶系统剖面图
（二）该岩溶系统对隧道的危害
本隧道位于岩溶低山区，沿线岩溶强烈发育，且部分段落穿越巨型空溶洞，存在严重的安全风险和隐患，具体如下：
1、巨型溶洞可能存在坍塌风险
勘探及测量揭示的巨型溶洞埋深20～40m，洞高50～70m，宽80～115m，且溶洞顶板上垂直裂隙发育，并在不断发展扩大，溶洞会在未来某一时刻像附近的山体内巨型溶洞一样发生坍塌；若隧道自溶洞内穿过，隧道施工爆破，火车运营震动都会增大溶洞坍塌的风险，成为施工和运营的巨大安全隐患。
2、隧道突水、涌水
隧道洞身特别是DK47+695～DK47+790.5段穿越地下巨型溶洞，为地下水汇集和运移通道，雨季强降水后溶洞内地下水量将急剧增加，地下水位猛烈上升，且溶洞洞顶垂直裂隙发育，将在该段造成严重的突水和涌水情况，同时地下水也将向溶洞两侧的隧道洞室内涌流，特别是下坡段落，严重影响隧道安全。
3、隧道其它段落散布的顶部溶洞的坍塌和隧底溶洞的塌陷
本隧道穿越山体岩溶强烈发育，山体内大量分布垂直溶蚀裂隙，并散布溶洞，部分溶洞内充填黏性土及块石等松散堆积体，隧道开挖自溶洞底部穿越时可能引发拱部坍塌；隧道底部分布空溶洞时，则开挖后施工可能引发隧底坍塌，对隧道的施工及运营都造成潜在的安全威胁。
（三）工程措施建议
根据以上对本隧道工程岩溶危害的分析，目前隧道线路方案存在巨大的安全风险和隐患，隧道不应穿越巨型溶洞。
在本次勘察基础上提出对线路方案优化的建议如下：
1、建议绕避目前线路所穿过巨型溶洞，若线位无法调整，建议采用洞中桥梁通过，并采取措施预防洞顶坍塌，确保施工和营运安全。
2、基于沿线其它段落勘察工作已完成且其它段落线路无重大安全隐患的条件下，充分利用本次勘察结果对本段线路进行微调；
3、依据对本段岩溶系统的准确勘测，可选择自目前线路右侧的埋深大、洞径相对小的岩溶通道（岩溶通道宽约8m，高约10m）上方穿越，预留足够安全顶板。
结论
本次勘察后提出的改线方案选择自洞径较小的岩溶通道上部穿越，预留了足够的安全顶板厚度，安全绕避了巨型岩溶空腔，安全可靠、经济合理，得到了相关设计专业的一致认同。改線后线路与岩溶系统位置关系如下：
图2.1-11改线后线路与溶洞位置关系平面图
图2.1-12改线后线路与溶洞位置关系纵剖面图