管道线路岩溶勘察工作重点及方法

管道线路岩溶勘察工作重点及方法

张枞

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摘要:管道线路岩溶勘察有别于常规的线路勘察,其勘察工作要点集中在详勘阶段,遵循从面到点、先地表后地下、先定性后定量、先控制后一般以及先疏后密的工作准则。采用工程地质测绘、钻探、物探、水文地质试验和室内实验等勘察方法,重点对管道沿线岩溶的分布和工程地质条件,对管道线路安全有影响的岩溶洞穴的位置、规模、形态、埋深、稳定性、岩溶堆积物(红粘土、软土)的性状，以及地下水特征进行分析评价,提出管道工程沿线岩溶塌陷区的分布及工程危害,为设计和施工提供依据,以防止和减少岩溶塌陷对管道的破坏。

关键词:管道工程;岩溶;塌陷;勘察重点:勘察方法:管道路由

岩溶又称喀斯特,是指水对可溶性岩石的溶蚀、岩石崩塌作用以及溶蚀物质的转移和再沉积的综合地质作用"。岩溶地区通常会由于水的侵蚀作用形成一系列独特的地貌景观，如溶洞、溶沟、溶槽、漏斗、落水洞、石芽.峰林、暗河系统等。我国的岩溶分布跨度相.当大,各地区岩溶发育特征不同,但其存在一定的共同点:岩溶作用导致地下结构架空，岩体完整性破坏，岩体强度降低,岩石渗透性增大,地表面参差不齐，基岩.面极不规则，这种由岩溶作用形成的复杂地基常常会由于下伏溶洞顶板坍塌、地面塌陷、岩溶地下水突袭、地基不均匀沉降等,对管道建设和运营造成危害。

1岩溶对管道建设的影响

随着管道建设的不断发展，管道路由不可避免地要经过岩溶地区。岩溶对管道建设的破坏形式主要是岩溶塌陷，其分布在我国东南部。岩溶塌陷分为基岩塌陷和上覆土层塌陷两种,基岩塌陷是由于下部岩体中的洞穴扩大而导致顶板岩体的塌落;土层塌陷是由于上覆土层中的土层顶板因自然或人为因素失去平衡而产生下陷或塌落。

管道工程经过岩溶塌陷区时，虽然岩溶区正伏土层的承载力能够满足管道的安全要求,但由于土层流失(塌陷),造成管道悬空，进而引起管道变形与破坏。因此,岩溶塌陷区对管道的影响主要以土层塌陷为主。在管道建设过程中,管沟开挖未揭露下部灰岩溶洞,建.设完成后,由于岩溶地下水对管道地基的潜蚀和冲蚀作用，溶洞进一步发育，土层流失,使地基掏空形成土层塌陷。土层塌陷在管道下方形成空洞，导致管道发生不均匀沉陷、悬空,在空洞周围的灰岩石芽成为支点支撑管道,管道在支点位置应力集中发生变形,进而发生破坏。另外,岩溶平原区第四系地层与基岩面接触带附近,特别是溶沟、溶槽地带,存在厚0.5~2.5 m的软塑-流塑状软土,分布极不均匀,不易勘查清楚14。如六盘水地区,铁路编组枢纽站的灰岩上覆软土厚度0.5~18 m不等，平面相距仅2~3 m,厚度相差超过15 m。岩溶区软土在拟建的管道荷载作用下,将排水压缩、变形，形成溶余软土,与石笋、石芽、溶沟、溶槽在平面组成软硬不均的基础。如工程设计处理不当,会导致管道遭受地基不均匀沉降而破坏。因此,岩溶区管道建成后很可能遭受岩溶塌陷和地基不均匀沉降的侵害，导致管道破坏,造成泄漏事故的发生。

由于管道工程对地基的承载力要求较低，处于天然稳定状态的溶洞对管道的安全不会构成威胁，但是，岩溶区管沟开挖过程中难免遇到许多石芽、石笋、石沟，进行爆破施工时产生一定的地面振动,会加剧岩溶塌陷点(群)的发展，影响管道施工和运营安全。大口径管道施工时，由于修筑临时便道,极易填塞溶潭,抬高上游的地下水位,造成内涝。在地下水埋深较浅的自然塌陷区，地表开挖加剧土体流失，易产生更多塌陷。此外，在施工机械的荷载作用下，土层中土洞、浅裸露基岩溶洞及隐伏溶洞的顶板厚度不足会造成跨塌,尤其对于大型管道施工机械(吊管机等),溶洞垮塌可能造成设备突然下陷,导致伤亡事故发生。因此，为了保证管道建设和运营不受岩溶塌陷的危害，准确、详细地查明管道工程沿线的岩溶分布特征显得尤为重要。

2岩溶区管道工程勘察的特点

岩溶区管道工程的勘察在规范、内容、方法以及侧重点等方面与常规的管道工程线路勘察都存在区别。根据GB50568《油气田及管道岩土工程勘察规范》的相关要求,进行常规管道线路勘察主要是调查影响管道建设和运营安全的灾害地质情况，如滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、沼泽、黄土湿陷、冲沟、活动沙丘及岸边冲刷等不良地质现象的分布和发育程度。而岩溶地区的管道线路勘察主要集中在详细勘察阶段,要求通过物探、勘探和试验等手段查明对线路安全有影响的岩溶洞穴、土洞的形态、位置、规模、埋深及岩溶堆积物的性状和地下水特征,评价每个岩溶洞穴的稳定性,提出管道通过的岩土工程方案和建议。从上述工作内容的比较可知:常规的线路勘察对于岩溶塌陷区主要是进行地面的调查,定性评价其分布和发育程度。为了详细查明管道沿线岩溶塌陷、土洞的分布,需要进行岩溶地区专项勘察,采取综合勘探技术,通过物探勘探和试验等手段查明对线路安全有影响的岩溶洞穴、土洞的形态、位置、规模、埋深及岩溶堆积物的性状和地下水特征,评价每个岩溶洞穴的稳定性。因此，常规的线路勘察与岩溶专项勘察在工作内容、采取的勘探手段、达到的深度以及定量评价的准确性和针对性上有很大的差别，这也是管道岩溶勘察工作最显著的特点。

3岩溶勘察的内容和步骤

查明对管道线路安全有影响的岩溶洞穴、土洞的形态、位置、规模、埋深及岩溶堆积物的性状和地下水特征,评价每个洞穴的稳定性，提出管道通过的岩土工程方案和处置建议。勘察前应收集与管道工程建设有关的地形图、遥感图、区域地质、水文地质、地貌、第四系地质、气象水文资料等，岩溶区当地有关岩溶的调查、观测资料，公

路、铁路的勘察设计及修筑的相关资料。通过工程地质测绘、工程勘探与物探等相结合的方法,遵循从面到点.先地表后地下、先定性后定量、先控制后一般以及先疏后密的工作准则。

4管道岩溶区勘察布置方案和方法

4.1 布置方案

岩溶塌陷区管道线路岩土工程勘察主要在详细勘察阶段进行,勘察等级按甲级考虑。利用区域成果资料分析岩溶发育程度与地层岩性及地质构造(断层、褶皱、岩层产状)的关系;沿管道线路总体按轴线两侧各0.2km的带状范围展开专门的岩溶和水文地质测绘工作,进行现场调查,确定溶岩的分布、走向:通过调查岩溶区的水动力条件，从宏观上初步掌握管道沿线岩溶发育程度。采用物探与钻探相结合的工作方法,物探测线布置横纵结合,勘探点间距总体上沿线路轴线100m控制，目的是推确界定岩土界面。勘探点以探槽(浅井)为主，沿纵轴线布置少量技术性钻孔,钻探点深度总体按进入管沟底面以下5 m控制,在该深度内遇特殊地质情况时，适当加深勘探深度。重点区段钻探工作量按岩溶塌陷区段占线路长10%考虑，钻孔间距50m,单孔深一般20m,岩溶规模较大时按30m计。

4.2勘察方法

4.2.1工程地质测绘

工程地质测绘的重点研究内容是:①管道沿线的工程地质构造特征，主要是断裂带的位置性质、规模，岩层构造、节理、裂隙与岩溶发育的关系;②地层岩性的成分、结构、可溶解性.接触关系,上部覆盖层的成因、分布及性质;③地下水埋藏、补给、径流、水位动态、连通、排泄情况，岩溶泉的高程和位置;④地表水的发育特点、范围和局部侵蚀基准面分布,地貌、地面坡度、地形高差与岩溶发育的关系;⑤岩溶类型、形态、位置、大小、分布规律、充填情况、成因,以及岩溶与地表水和地下水的关系。当工程地质测绘需要的场地范围较大时，可以利用遥感图像进行地质解译。溶蚀漏斗、溶蚀洼地和地下暗河多发育在背斜核部或大断裂带上,在地表多表现为负地形,因而可以利用这种分布规律研究岩溶塌陷的分布范围及大小。

4.2.2物探

在岩溶场地进行地球物理勘探时，有多种方法可供选择:浅层地震、探地雷达、高密度电法、高精度磁法、声波透视等。为了获得较好的探测效果,通常采用多种物探方法结合场地地形、工程地质、水文地质等条件综合对比判译网。电法是岩溶勘察最常用的物探方法”,可以测定岩溶地层的透水深度、基岩起伏情况、岩溶发育深度、溶洞规模等。在岩溶场地勘察中,探地雷达发射频率一般集中在80~120MHz,穿透5~9m.在雷达剖面上，通常可识别出石芽、充填沉积物的落水洞、岩溶洞穴和溶沟。探地雷达不能识别岩土类型,必须与钻探相结合，根据雷达剖面所获得的异常布置钻探而获得准确资料。电磁法探测速度快,探测效率高、费用低。通过对剖面逐点测量,最终可获得用传导值等值线表示的剖面图。通常情况下,灰岩石芽呈低传导性,粘土层呈高传导性,并且传导率变化最大的部位预示着石灰岩和粘土岩交界的出现。面波勘探原理是弹性波在到达弹性或速度、密度不同的介质界面上时，会产生反射、折射现象,产生界面波。

4.2.3钻探

工程地质钻探的目的是为了查明基岩埋藏深度、基岩面起伏情况、岩溶发育程度和空间分布等。钻探施工过程中,应避免掉钻、卡钻和井壁坍塌,同时要做好现场记录,注意冲洗液消耗量的变化及统计线性岩溶率。管道线路岩溶勘察对勘探点的布置要注意以下两点:①钻探深度一般要求深入完整基岩3~5 m或穿越溶洞。对管道大中型穿跨越工程的勘察,钻孔应进入较完整基岩两倍溶洞洞径深度且不少于10m。对于验证物探异常带而布设的勘探孔，其深度应穿透异常带。②勘探点间距应对--些特殊地段进行加密,如地面塌陷、地下水消失地段;基岩理藏较浅且石芽发育地段;地下水强烈活动的地段:软弱土不均匀分布的地段:物探异常或存在溶洞、暗河的地段等。

4.2.4水文地质试验

通过抽水试验和连通试验了解地下水连通性,一般采用荧光素、盐类等示踪剂法。为了查明工程场区地下水文条件和潜蚀作用(包括地表水与岩溶水的联系监测土洞和地面塌陷的发生)，必要时可进行水位、流速、流向及水质的长期观测。

6结束语

经过岩溶塌陷区的管道工程会受到岩溶地下水对管道地基的冲刷和掏蚀，导致管道悬空，引起管道发生不均匀沉陷甚至开裂，溶洞顶板厚度不足难以承载管道施工机械(吊管机等),造成溶洞垮塌等工程技术问.题，解决这些问题均需要对管道线路经过的岩溶进行专项地质勘察。宏观上岩溶发育有一定的规律性,但受岩溶发育复杂性的影响，常规勘察很难查清岩溶发育的三维空间变化。

参考文献

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