岩溶围岩隧道.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流岩溶围岩隧道岩溶围岩隧道剧仲林2011/4/11岩溶发育须具备三个条件和两个因素目录1.岩溶产生奇峰异洞的一种自然现象31.1 喀斯特名称之由来31.2岩溶之定义32.岩溶的发育42.1岩溶发育的基本条件42.1.1岩石的可溶性52.1.2水的溶蚀能力82.2制约岩溶发育的基本因素15岩石的透水性和水的流动性152.2.1地质构造条件对岩溶发育的制约作用岩石的透水性152.2.2气候因素对岩溶发育的制约作用水的流动性173.岩溶地貌203.1 地表岩溶地貌203.2 地下岩溶地貌233.3 岩溶地貌组合244.岩溶围岩隧道264.1 岩溶围岩

2、隧道的特点264.2 岩溶围岩隧道的几种地质现象264.2.1 突泥、突水264.2.2 岩爆264.3 岩溶围岩隧道的关键施工措施271. 岩溶产生奇峰异洞的一种自然现象1.1 喀斯特名称之由来岩溶，国外称为Karst(音译为喀斯特)，原为Kras，即石头的意思。是斯洛文尼亚境内伊斯特里亚半岛（Istria Peninsula）上一个有石灰岩分布的地方的地名。这个地方靠近意大利，意大利人称之为Carso，而德国人称之为Karst。因早期有关研究这种石灰岩的景观多用德文，后来即以德语Karst命名这类地貌现象；英文也沿用此名称。我国也像世界上其他国家那样，在描述或研究这种孕育着奇峰异洞的石灰岩

3、地貌时，沿用这一专有名词，并音译为“喀斯特”。1966午3月，在广西桂林召开的中国地质学会第一次全国岩溶学术会议上，根据一些学者的提议，认为“喀斯持”在我国分布广泛而典型，与广大民众日常生活及工农业建设，具有密切的关系，而且用音译“喀斯特”不易为群众所理解，于是建议另用可反映这种作用与现象的名称以代替之。通过百多位学术界人士的讨论，最后选用“岩溶”这一名称。因为奇峰异洞这种现象，就是由于岩石被水溶解这个主要因素而产生的，用岩溶这个名称，也反映了这种地质作用的本质。为了推广这个名词，建以初期可用“岩溶(喀斯特)”作为过渡；目前，仍有学者采用“喀斯持”这个名称，但“岩溶”使用更加普遍。当时还建议，

4、为了与国外文献相一致，在用外文发表文章及外语交流中，仍用Karst。1.2岩溶之定义岩溶，主要是指水对可溶性岩石碳酸盐岩（石灰岩、白云岩等）、硫酸盐岩（石膏、硬石膏等）和卤化物岩（岩盐）等的溶蚀作用，及其所形成的地表及地下的各种景观与现象。在岩溶作用过程中，经常伴随发生的侵蚀、潜蚀、冲蚀、崩塌、塌陷与滑动，以及化学、物现与机械的风化、搬运、堆积与沉积等作用，过有不少的生物，例如微生物、菌类、藻类、植物与动物的生命活动及其死亡机体的分解作用等，都可对岩溶的发育产生影响。岩溶作用多数是发生在大气降水的条件下，也可在冰雪覆盖的环境中进行；地下的热液活动可产生另一类热液岩溶作用，所有这些作用，都是以可

5、溶岩被水溶解的作用为基础的，所以最本质的现象就是“岩石的溶解”，即岩溶作用。凡是以地下水为主、地表水为辅，以化学过程（溶解和沉淀）为主、机械过程（流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用。这种作用所造成的地表形态和地下形态叫岩溶地貌。岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象统称岩溶。2. 岩溶的发育2.1岩溶发育的基本条件岩溶的发育，要以可溶的物质可溶岩，以及可以溶解可溶岩的水的存在作为基本条件。在岩溶地区，水与岩石是构成岩溶作用的一对矛盾。就岩石而言，首先必须是可溶的，否则水就不可能进行溶蚀，岩溶作用也就无从发生；其次，岩石必须是透水的，当岩石具有透水性时

6、，地表水才能渗入地下并转化为地下水，这样地下水才能起主导作用，形成作为岩溶标志的地下洞穴。就水而言，首先水必须具有溶蚀力，如果水没有溶蚀力，岩溶作用就很难进行；其次，水必须是流动的，因为停滞的水很快就会变成饱和溶液，因而失去溶蚀力，岩溶作用就会停止。因此，岩石的可溶性、透水性，水的溶蚀力、流动性，就成为岩溶作用的基本条件。2.1.1岩石的可溶性可被水溶解的溶质取决于可溶岩的岩性。常见的可溶岩是碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化物岩。碳酸盐岩主要是以碳酸钙为主的石灰岩，以及主要成分为碳酸钙和碳酸镁（MgCO3）的白云岩。此外，根据泥质、硅质含量的不同，碳酸盐岩又可分为泥质碳酸盐岩、泥灰岩，以及硅质碳酸盐岩

7、等。硫酸盐岩主要有硬石膏（硫酸钙CaSO4）、石膏(双水硫酸钙CaSO42H2O)、芒硝(硫酸钠NaSO410H2O)、钙芒硝(CaSO4NaSO4)等。卤化物主要是岩盐(NaCl，又称钠盐)和钾盐(KCl)；广义的钾盐又包括钾盐镁矾（KClMgCl26H2O）、杂卤石(K2SO4 MgSO4 2CaSO4 2H2O)等。碳酸盐岩主要由海相沉积形成，故称为海相碳酸盐岩；也有少量为内陆湖相沉积的湖相碳酸盐岩。海水中所含有的碳酸钙胶状溶质、富含钙质的生物贝壳及珊瑚尸体的堆积，都可形成为碳酸盐岩。沧海桑田。处地球演化过程中，地面不断上升和下降，海水面也是不断变动的，因此在海水下就有不同的地形地貌，如

8、盆地、陆棚、斜坡、台地等的差别，相应地也就具有不同的沉积物，由于沉积环境的不同，沉积的物质也有差异；由于主要成分粒屑、泥晶、亮晶、骨架和孔隙等的不同，碳酸盐岩的结构也就有很大的差别。粒屑是在沉积盆地内，由化学、生物化学及机械作用而形成的。也称内碎屑。泥晶也称微晶方解石泥、灰泥、软泥等，是介质海水中决速沉积的粘粒。亮晶为胶结物，又称淀晶，是粘粒之间的孔隙中，后期产生化学沉积的晶体。骨架则是在礁灰岩中生活的生物的分泌物，将钙质骨骼紧密粘结而生成的。珊瑚虫为腔肠动物。多群居而成一群体。它们的石灰质骨骼聚集就生成为珊瑚；珊瑚虫的骨骼大量堆积，就形成大海中的珊瑚礁。珊瑚礁多见于热带海洋中。珊瑚礁灰岩具有

9、较多的孔隙，有利于油气的生成及储集。碳酸盐岩的骨架除了珊瑚骨骼之外，尚有藻类、苔藓虫、层孔虫、海绵、棘皮动物等， 碳酸盐岩沉积后，受自身及上覆沉积层的荷重压实：将别是由于海水消落、使原来的海底变成陆面。原来海水下的沉积物便迅速固结，成为坚硬的碳酸盐岩。其岩性由于原生物质的不同，也就呈现出差异性。由海水中腔肠动物生成的珊瑚礁，转变为陆地上礁灰岩的过程，可较好反应碳酸盐岩的生成机理。碳酸盐岩中的白云岩，由于受后来环境影响而变为石灰岩，这个过程称为去白云岩化作用；而石灰岩由于构造下降而被埋入地下深处，也可转变为白云岩，这个过程称白云岩化作用，共化学反应式为：碳酸盐岩的白云岩化作用和去白云岩化作用，是

10、一个非常复杂的问题。简而言之，碳酸盐岩自沉积成岩后，其岩性不是不变的，而是有多种演化过程。但在其白云岩化和去白云岩化这两种变化过程中，都相应发生岩溶作用。对于碳酸盐岩岩性的结构的分类，要考虑晶粒直径、形态、晶粒大小结构及晶粒组合结构，也要考虑成岩后其他作用的影响。现将其岩性结构及其成岩后其他作用的影响归纳于下表2.1。表2.1 碳酸盐岩岩性结构分类综合表晶粒直径直径（mm）20.520.250.50.0750.250.010.0750.01晶粒大小分类砾晶粗晶中晶细晶粉晶泥晶晶粒形态分类自形、半自形、他形晶、自形他形晶晶粒大小结构分类等粒、不等粒、斑状、团簇状、花状晶粒组合结构分类全晶质、镶嵌

11、状、花岗状、缟状、条带状、散晶状、散花状、层块状、裹晶状、残脉状、骨架状作用影响成岩作用、白云岩化及去白云岩化重结晶作用、后期溶蚀作用的综合效应从岩石成分来看，可溶性岩石基本上分为三类：碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩）；硫酸盐类岩石（石膏、芒硝）；卤盐类岩石（石盐和钾盐）。就溶解度而言，卤盐 硫酸盐 碳酸盐。但是，卤盐类岩石和硫酸盐类岩石分布不广，岩体较小，而碳酸盐类岩石分布很广，岩体一般都很大。所以发育在碳酸盐类岩石中的岩溶较之卤盐类和硫酸盐类岩石中的岩溶要普遍得多。碳酸盐类岩石的矿物成分主要是方解石 CaCO3 或白云石（CaMgCO3），其次是SiO2 、Fe2O3 、A

12、l2O3 ，以及粘土物质。石灰岩的成分以方解石为主，白云岩的成分以白云石为主，硅质灰岩是含有燧石结核或条带的石灰岩，泥灰岩则为粘土物质与CaCO3的混合物。一般说来，石灰岩比白云岩易溶蚀，白云岩比硅质灰岩易溶蚀，硅质灰岩又比泥灰岩易溶蚀。碳酸盐岩结构对岩溶发育的影响，主要是原生孔隙性的影响。一般说来，盆地或大陆架深水区沉积生成的碳酸盐岩孔隙小而少，不利于岩溶发育，而过渡性沉积区生成的碳酸盐岩多孔隙，有利于岩溶发育。2.1.2水的溶蚀能力纯水的溶蚀力是微弱的，只有当水中含有CO2时，才有较强的溶蚀作用，将CaCO3溶解，把不能溶解的残余物质留下，或呈悬浮状态带走。可溶岩被溶解，是由于溶液水对它有

13、溶蚀能力。硫酸盐岩类和卤化物岩类可以被水直接溶解；而碳酸盐岩被水溶解或溶蚀，就会借助于二氧化碳及其他酸类起溶剂作用。水是怎么形成的?可以说，水的起源是和地球起源相关联的。地球分为岩石圈、水圈、大气圈和生物圈。已成岩的碳酸盐岩属于岩石圈。地球表部水圈中的水体大部分集聚在海洋中。由地球浅层至大气对流层低空，构成狭义的水圈。其中的水循环表现为：大气降水汇聚为地表径流，地表水向地下渗透成为地下径流，地下水又排到地表转为地表径流，地表径流汇集注入海洋；海水、湖水及河水的蒸发成为水蒸气而散入大气中，遇冷再出现降水。这是浅层的水循环，其中尚包括水的冻融及冷凝等作用过程。大气降水、地表水及地下水，只要对某种可

14、溶岩没有呈过饱和的溶解状态，都可继续对该可溶岩产生溶解或溶蚀作用，通常水的矿化度(即水中溶有的物质总量)小于1g/L，对易溶性的卤化物岩及中溶性的硫酸盐岩，都具有较大的溶解和溶蚀能力。至于咸水湖和盐湖，在混入淡水、雨水或在水动态变化的状态下，仍可对卤化物岩产生溶蚀作用；但在溶蚀的过程中，又伴有快速的沉积作用，即一方面对卤化物岩产生溶蚀，另方面在附近又立即产生沉淀、沉积作用。地球的水圈在广义上包括从地核直至地表及大气圈一部分。水和地球在形成与演化的同一过程中，是密切相关的。地核及地幔也是含水的，这些水也是不断向上部地壳进行补给的。所以，整个水圈应包括：地核地幔内生带、软流圈聚水三相流带、壳幔深层

15、保水输水带、水圈上层积极循环带（包括深层承压渗流亚带、潜水运动亚带、水气变化亚带)。见图2.1。深部的水也可对熔岩产生溶蚀作用。溶解作用通常属于水对可溶岩的化学溶解过程。溶蚀作用就是在地质作用的基础上、水对可溶岩产生的溶解过程。浅层的水循环见图2.2。水中所含的成分。阳离子主要为钾（K+）、钠（Na+）、钙（Ca+）、镁（Mg+）；阴离子主要是重碳酸根(HCO3-)、硫酸根(SO42-)、氯离子根(Cl-)。可将水质划分力重碳酸根水质类型、硫酸根水质类型及氯化物水质类型。二氧化碳（CO2）是水对碳酸盐岩产生溶蚀作用的主要溶剂，有了二氧化碳，水才能对碳酸盐岩产生溶蚀作用，即：二氧化碳的作用，在于

16、由气态变为液态，形成碳酸：碳酸在水中离解为：这系列化学反应，表示石灰岩碳酸钙为含有二氧化碳的水所溶解。通常化学反应式为：同理，白云岩碳酸钙、镁被含二氧化碳的水所溶解，其化学反应式为：图2.1 地球水圈分带示意图（1）大气中二氧化碳（CO2）的来源大气圈包围着地球，其质量的70%75%聚集于对流层中，主要成分为氮(N2)占78%；氧(O2)占21%；氩(Ar)占0.93%；二氧化碳(CO2)占0.03%。目前大气圈中除了地球自然演化而产生二氯化碳成分之外，尚有人类活动如工业、交通及日常生活有关燃料的燃烧而生成的二氧化碳。（2）土壤中二氧化碳的来源土壤中的二氧化碳主要来源于各种细菌、微生物的作用，

17、如丁酸细菌可分解碳化物，纤维细菌可分解碳水化合物等。许多细菌的活动都能产生二氧化碳及其他侵蚀性酸类。细菌氧化与分解有机质的基本化学反应式是：（3）地球深部二氧化碳的来源地球深部存在的二氧化碳，是地球演化过程中的自然现象。可以说，所行地球圈层中的气体，都是来自地球自身，特别是来自地核、地幔、深部地壳，以及上下地幔间的软流圈。例如，火山喷发，其物质主要来自软流圈，喷发物有气体及火山碎屑(火山灰、火山砾、熔渣和火山弹等)。其中的气体以水蒸气为主(占 70%90%)。其次为碳酸(H2CO3)、氨气、硫化氢、二氧化碳、氮气、碳化合物及硫磺等。火山喷发的物质可作为地球深部含有水及二氧化碳的实证。此外，原先

18、沉积的碳酸盐岩，由于地壳沉降而埋伏于地下深处，受地热影响也可分解而生成二氧化碳。碳酸盐岩分解而生成的二氧化碳列于表2.2。表2.2 碳酸盐岩热解生成二氧化碳简表碳酸盐岩名称成分热分解温度（）一般深度（m）产物白云岩CaMg（CO3）24001320CaCO3+MgO+CO2石灰岩CaCO39003000CaO+ CO2硅质灰岩CaCO3SiO24701500CaSiO3+MgO+CO2硅质白云岩CaMg（CO3）2- SiO24701500CaMgSiO3+MgO+CO2（4）其他酸类的生成及其溶剂作用覆盖在土壤上的枯枝落落叶层，含有大量的有机酸，如醋酸、蚁酸、草酸。琥珀酸和柠檬酸等，可以对碳

19、酸盐岩产生溶蚀作用，同时又可生成二氧化碳。增加土壤中的二氧化碳含量。所生成的碳酸可继续对碳酸盐岩进行溶蚀，也可为植物光合作用所吸收或向大气中扩散。此外，硫磺细菌还可以从硫化物的嫌气性的还原中取得其生长所需的能量，伴随着有机物的气化生成二氧化碳。硫磺细菌还可对硫元素进行氧化，从中取得生长能量，并产生硫酸。硫酸又可对碳酸盐岩进行溶解，并生成二氧化碳而溶于水，增强对碳酸盐岩的溶蚀作用：硝化细菌也可将硝酸盐等氧化，即硝化(或亚硝化)作用，从中吸取能量，同时生成硝酸或亚硝酸；硝酸、亚硝酸对碳酸盐岩进行溶蚀，再产生二氧化碳，又溶于水对碳酸盐岩产生再溶蚀作用。一般来说，由于电离作用，天然降水中也常含有微量硝

20、酸。但在大雷雨情况下，水中硝酸含量就要大一些。细菌的另一作用是可以消耗二氧化碳。例如煤层分布地带的岩石和土层中，在嫌气性条件下，细菌作用的结果，可使二氧化碳和H+广生作用，生成甲烷(CH4，即俗称的沼气)。其反应式为：利用这个原理，可以人工生成沼气，既可作农村家庭的燃料，又可保护生态环境。2.2制约岩溶发育的基本因素岩石的透水性和水的流动性有了可溶岩、水及相应需要的溶剂二氧化碳，只是具备了产生岩溶作用的基本条件。岩溶的发育则另有自己的条件，岩溶的发育，是由许多因素所决定的，最主要是受地质构造和气候两因素所控制。2.2.1地质构造条件对岩溶发育的制约作用岩石的透水性可熔岩沉积时多呈水平层状，当地

21、质构造作用使之从海底、湖底升出陆面后，就会在成岩过程中产生干缩、压实作用，从而生成成岩裂隙。可溶岩受地质构造应力作用的结果，也可使水平的可溶岩受挤压而广生构造裂隙、断裂和褶皱。总之，地壳构造作用和成岩作用可使完整的岩体出现裂隙。构造裂隙与应力方向具有力学上的内在从属性。例如，与压应力方向相一致的为横向构造裂隙，与压应力方向相垂直的、与褶皱轴方内相一致的构造裂隙为纵向构造裂隙；此外，在纵向及横向构造裂隙中尚有两组成X形的构造裂隙。纵向裂隙有张开(张性)的，也有相对闭合(压性)的；横向裂隙多为张性的，而两组X构造节理则属于剪切性质。可溶岩受压应力产生断裂后，断裂带两侧岩层有相对的位移现象，就成为断

22、层；断层和构造裂隙（或节理)一样，也具有压性、张性及剪切性。可溶岩受压后，相应产生褶曲，形成褶皱，褶皱主要有：背斜，即岩层中部向上隆起，两翼向外倾斜；向斜：即岩层中心内凹。两翼地层向内倾斜。背斜和向斜的轴部是褶皱最剧烈的部位，褶皱轴的方向与压应力方向是相垂直的。褶皱中还有穹窿构造，这是岩层中间地带向上隆起，四周岩层内外倾斜，成为弯窿状。两个断层运动，若导致中间岩体间向上凸起，成为地垒；若导致两断层间岩体向下沉降，则成为地堑。除了裂隙、节理、褶皱及断裂之外。地质构造运动还可使大片地区隆起，也可使大片地区沉降。例如，地球上几大片陆地像几个大的板块在漂移，由于印度板块和欧亚板块的相撞，使喜玛拉雅山剧

23、烈隆起。这一造山运动相应地伴随着青藏高原的隆起，而塔里木盆地则不断沉降，数干万年来使盆地中堆积沉积了厚达数千米甚至近万米的地层，这些构造现象都密切地控制了岩溶的发育。地质构造条件使可溶岩岩体产生破裂、形变，影响其自身的结构和可溶性，也影响水流的渗透与动力状况。地质构造对岩溶发育的控制作用，综合示意如图2.3。岩石的透水性取决于岩石的裂隙度和孔隙度，对可溶岩的透水性来说，前者较后者更为重要。褶皱和断裂使岩石透水性加强，对岩溶发育具有一定的控制作用。可溶性岩层与非可溶性岩层的接触带及不整合面等有利于水的活动，岩溶易于发育。岩层在褶皱的弯曲过程中，往往产生裂隙，尤其在褶皱轴部裂隙更加密集和开阔，使透

24、水性更加增强，有利于碳酸盐岩的溶蚀和岩溶发育。背斜顶部有张裂隙，宽度较大，分布深，岩溶以漏斗和竖井等垂直形态为主；相对低洼的向斜轴部、下部也有张裂隙，且易积水，多发育地下河，由于洞顶坍塌，又产生漏斗和落水洞，所以向斜轴部垂直和水平通道都易发育。因此，在褶皱区，地表岩溶具有沿褶皱走向呈条带状分布的特点。富水优势断裂常为较大的地表水和地下水汇集的地方，往往发育成管状水道或地下河，也是地面塌陷集中分布的地带。2.2.2气候因素对岩溶发育的制约作用水的流动性降水沿着碳酸盐岩的裂隙和孔隙向下渗透，在达到潜水面以前，已被CaCO3所饱和，丧失了溶蚀力。但如果为CaCO3所饱和的水溶液一直处于流动状态，由于

25、水量、水温、气压等条件的变化，或形成混合溶液，那么它就有可能随时变饱和溶液为不饱和溶液，重新获得溶蚀力，或者变饱和溶液为过饱和溶液，发生沉淀作用。地质构造运动可以影响气候的变化，例如喜玛拉雅山的强烈上升和青藏高原的隆起，就阻挡了来印度洋的潮湿气候，来自我国南面、北面及东面的水汽又大部分向东排出，致使我国西北地区变得干早。气候因素影响可溶岩的风化及其岩性；更主要的是影响水的性质及水量，以及二氧化碳等溶剂的生成条件，地质构造和气候因素又都综合影响了水对可溶岩的溶蚀能力。（1）年降水量的影响由于可溶岩是被水所溶蚀的，所以降水量的大小，相应引起的溶蚀量也有大有小。在地下，除了溶蚀之外，地下渗流的水量越

26、大，相应产生的机械溶蚀作用也越明显，所以有利于发育大的洞穴系统。（2）温度的影响气候条件对岩溶发育的控制作用，除了降水量之外，温度的影响也是很主要的一个方面。主要有如下三个方面。 影啊可溶岩的风化速度及水的溶蚀能力热带、亚热带地区雨量大、气温高。易使碳酸盐岩和非碳酸盐岩产生风化作用。虽然碳酸盐岩抗风化能力比碎屑岩（如砂岩、页岩)强，但是由于表层风化及构造破碎带的破坏，会有利于作为水流通道的裂隙、孔隙扩大，从而加大渗透水流量，加大溶蚀及侵蚀作用。碳酸盐岩中有的含有黄铁矿（FeS2)，在多雨、高温情况下，易氧化而生成硫酸，从而增强水溶蚀碳酸盐岩的能力；相应产生的石膏沉积仍可被水溶蚀，并释放出二氧化

27、碳，再次对碳酸盐岩产生溶蚀作用。其化学反应式如下：水溶液中增加SO42-，可增强水对碳酸盐岩、特别是对白云岩的溶蚀能力。 影响生物作用及侵蚀性酸类的形成热带、亚热带地区，由于气温高有利于生物分解碳水化合物等有机质，使水可得到更多二氧化碳及其他酸类的补充，所以生物作用对岩溶发育起重要的作用。生物作用可使土壤中二氧化碳含量比大气中要大几十倍乃至千倍，所以在土壤覆盖的情况下。生物对岩溶强烈发育起着非常重要的作用。 影响水溶液的扩散溶蚀这里需要提到一个现象，即在一定压力状态下，随着温度的升高，水中二氧化碳含量相应降低。但是，在通常情况下却是由于温度的升高，水对碳酸盐岩的溶蚀能力却增强了，这种矛盾现象的

28、出现，一方面是由于温度高虽然使水中二氧化碳的溶入量减少，但仍易于得到二氧化碳的不断补充；另一方面是由于温度高，有利于水的扩散、弥散作用，从而增强水的溶蚀能力。3. 岩溶地貌3.1 地表岩溶地貌（1）石芽与溶沟(槽)地表水流沿着坡面上的节理裂隙流动，溶蚀和冲蚀出许多凹槽和坑洼，凹槽为溶沟，沟间的突起为石芽（图3.1）。石芽有裸露的，也有埋藏的。从山坡的上部到下部，石芽常呈有规律的分布：全裸露石芽半裸露石芽埋藏石芽（图3.2）。石林是一种非常高大的石芽。溶沟（槽）是微小的地形形态，它是生成于地表岩石表面，由于地表水溶蚀与冲刷而成的沟槽系统地形。溶沟（槽）将地表刻切成参差状，起伏不平，这种地貌称溶沟

29、原野，这时的溶沟（槽）间距一般为23m。当沟槽继续发展，以致各沟槽互相沟通，在地表上残留下一些石笋状的岩柱。这种岩柱称为石芽。石芽一般高 12m，多沿节理有规则排列。图3.1 石芽与溶沟图3.1 斜坡上的石芽与溶沟（2）漏斗漏斗是呈碗碟状或倒锥状的洼地。直径一般数米至数十米，深数米至数十米，底部常有管道通往地下。因此，它起着集水和消水的作用。如果下部管道被溶蚀残余物堵塞，则可积水成池。（3）竖井竖井实际上是一种塌陷漏斗，在平面轮廓上呈方形、长条状或不规则圆形。长条状是沿一组节理发育的，方形或圆形则是沿两组节理发育的。竖井井壁陡峭，近乎直立。（4）落水洞落水洞是地表水流入地下的进口。其大小不一，

30、形态各异。竖井和漏斗的形成主要是溶蚀作用与塌陷作用，而落水洞的形成则除溶蚀作用外还有机械侵蚀作用，特别是当大量地面水通过落水洞转为地下河的情况下，侵蚀作用非常强烈。（5）溶蚀洼地溶蚀洼地是一种盆状洼地，周围被石灰岩山丘包围，底部常附生着漏斗（图 3.3）。溶蚀洼地也可由许多漏斗逐渐融合而成。在广西一带，溶蚀洼地的直径可达500，最大可达 km。洼地底部有厚约 m的红土覆盖，上面常有耕地分布。（6）坡立谷和溶蚀平原坡立谷是指宽广而平坦的岩溶谷地，大都沿断裂带或构造带溶蚀发育而成。其宽度可从数百米到数千米，长度数千米至数十千米。底部平坦，覆盖着溶蚀残余的黄色、棕色或红色粘土，有的地方还覆盖着河流冲

31、积层。图3.3 岩溶形态示意图（7）干谷和盲谷当地面河流某一段被地下伏流所袭夺，这一段河谷就变成了没有水的干谷。当地面河进入地下河入口而转变为地下河时，河谷的前方常为石灰岩壁所阻，岩壁的脚下是地下河入口，这种向前没有通路的河谷就叫盲谷。（8）天生桥 天生桥是溶洞或暗河洞道塌陷直达地表而局部洞道顶板不发生塌陷，形成的一个横跨水流的石桥，称为天生桥。天生桥常为地表跨过槽谷或河流的通道。3.2 地下岩溶地貌（1）溶洞溶洞是地下水沿可溶性岩体的各种构造面（层面、节理面或断裂面），特别是沿着各种构造面互相交叉的地方，逐渐溶蚀和侵蚀而开拓出来的地下洞室。当地下孔洞较小时，地下水运动缓慢，主要的作用是溶蚀。

32、随着孔洞的不断扩大，地下水的运动随之加快，除溶蚀作用外，还产生机械侵蚀作用，地下通道因而迅速扩大。（2）地下河在岩溶地区，具有自由水面的地下水流称为地下河。（3）土洞在坡立谷和溶蚀平原内，可溶性岩层常被第四系上层所覆盖。由于地下水的作用，土体中可溶成分被溶滤，细小颗粒被带走，使土体被掏空成洞穴，而形成土洞。当土洞发展到一定程度时，上部土层发生塌陷，危害地表建筑物的安全。因此，凡是岩溶地区有第四纪土层分布的地段，都要注意土洞发育的可能性，应查明土洞的成因、形成条件，土洞的位置、埋深、大小，以及与土洞发育有关的溶洞、溶沟的分布。由于土洞的形成与地表水和地下水的关系极为密切，土洞的处理一般是排水、回

33、填。3.3 岩溶地貌组合上述各种岩溶地貌，常呈一定组合而分布于地面，因为各种岩溶地貌在其发育过程中有成因上的联系，特别是地表岩溶地貌与地下岩溶地貌是密切相关的。因此，综合分析研究岩溶地貌形态类型组合，有助于从地表岩溶现象了解地下岩溶的发育情况。岩溶地貌的组合可分为平面组合和垂直组合，其中后者的工程地质意义更为突出，因此下面主要介绍岩溶地貌的垂直组合。（1）落水洞、竖井、地下通道组合落水洞通过竖井把地表岩溶和深处发育的地下通道联系起来。落水洞往往出现在溶蚀洼地的底部，汇入洼地的地表水由洼地底部的落水洞和竖井流入地下通道。（2）干谷和暗河组合在有干谷出现的地方，常有地下暗河存在，这是由于原来在干谷

34、里流动的水流为适应新的侵蚀基准面而渗入地下，并发育了暗河。（3）塌陷与地下岩洞组合呈现在岩溶化地表的塌陷，就是岩溶化地块内部地下岩洞发生坍落的结果。（4）溶洞与地下通道组合溶洞往往和地下通道相连，因此可以说溶洞就是地下通道的进出口。（5）溶洞与阶地组合溶洞在较稳定的地块中往往成层分布，即使在倾斜甚至垂直岩层组成的岩溶区，这种现象也很明显。这种溶洞层有的可与附近同高程的河流阶地进行对比。这主要是由于在当地侵蚀基准面相当稳定的时候，岩溶地块中发育了与地面河床相适应的地下河或地下通道；待地壳上升和河流下切时，在非岩溶区发育了阶地，而岩溶地块中的地下河或地下通道则成为与阶地同高程的溶洞。（6）分水岭风

35、口与溶洞组合分水岭地带的风口常与山坡上的溶洞处于同一高程，这说明当时地面的侵蚀和地下的溶蚀是在同一岩溶侵蚀基准面控制下进行的。4. 岩溶围岩隧道4.1 岩溶围岩隧道的特点由于岩溶的形成条件，凡有裂隙、风化的溶岩，一般都溶解、崩塌而形成溶洞，未溶解的，必为完整的基岩，所以，岩溶围岩一般只有两类三级划分一类是完全稳定的、级围岩，另一类是完全不稳定的、级围岩，且、级围岩一般为岩溶填充物，不存在、级围岩，或者说，围岩风化没有渐变过程。4.2 岩溶围岩隧道的几种地质现象4.2.1 突泥、突水对岩溶突水的处理，原则上以疏导为主。可用水管引入隧道边沟或中心排水沟排出。水量过大时，可用平行导坑排水。对于土洞，

36、因其再尚有坍塌得风险，应以“排水、回填”为原则进行处理。对于少量的淤泥填充，以排放为主；当淤泥填充量较大时，应采取固结办法，应以“排水固泥”的原则制定有效的施工方案。一般情况下，溶洞填充物渗透系数小，普通浆液难以扩散、渗透，固结效果差，且岩溶填充无一般为流塑状淤泥+块石+承压水，这种介质一般难以进行钻孔作业，所以，固结方案首选渐进式水平旋喷注浆。4.2.2 岩爆石灰岩地区岩溶不发育、埋深大于300m、挤压断裂的上盘、褶皱的翼部一般都有岩爆，岩爆段围岩强度高、节理不发育，按照围岩基本级别划分为级，再按照高应力修正为级或级，处理岩爆最有效的方法就是锚喷。4.3 岩溶围岩隧道的关键施工措施岩溶围岩隧道的关键施工措施地质超前预报，应综合长、短预报，任何施工方案均须以探明地质为基础。剧仲林2022年5月25日星期三于广西灵川.精品文档.中铁十二局集团有限公司