岩溶地区水文地质条件对地下工程建设的影响研究

1 引言

岩溶地区广泛分布于中国南方，如贵州、广西、湖南和云南等地。随着城市化和基础设施建设的加快，越来越多的地下工程（如地铁、隧道、地下空间开发等）不得不穿越岩溶地区。然而，由于岩溶地质条件的不确定性及地下水活动的强烈性，这些工程面临诸多技术挑战。为确保工程安全与经济性，深入研究岩溶区的水文地质条件对地下工程的影响具有重要意义。

2 岩溶地区水文地质特征

2.1 岩溶地貌类型

岩溶地貌是在可溶性岩石，主要是碳酸盐岩如石灰岩和白云岩长期受水溶作用影响下形成的一类特殊地貌类型。在岩溶地区，由于地下水的化学溶蚀和机械冲刷作用，地层内部逐渐形成了溶洞、竖井、落水洞、地下暗河、裂隙等一系列地下空腔结构。这些结构呈不规则分布，互相贯通，形成复杂的地下水循环系统。地表则可能表现为漏斗状洼地、峰丛、孤峰等典型岩溶地形，具有空间分布复杂、深浅不一的特点。

2.2 地下水系统

岩溶地区的地下水系统具有高度复杂性和动态性，其流动主要依赖裂隙、溶洞及地下管道等空间结构，形成了以裂隙水和管道水为主的水文系统。与一般孔隙型含水层不同，岩溶地下水流速快、水位波动大、水力联系紧密，表现出强烈的非均质性和非线性流动特征。在暴雨或持续降雨条件下，地表水可以迅速通过竖井、落水洞等进入地下系统，短时间内大幅抬升地下水位，形成突发性地下水流入，对正在施工的地下工程产生巨大威胁。

2.3 含水层特性

岩溶地区的含水层具有高度非均质、非连续和空间分布复杂等典型特征，常由不同规模的溶洞、裂隙、断层带构成，呈现出强烈的空间变异性。这种不规则的结构使得地下水的富集区域分布极不均匀，部分区域可储存大量水体，形成局部强含水区，而相邻位置可能几乎不含水，增加了勘察工作难度。在实际工程中，这些隐藏在岩层下的富水区域往往难以在常规勘探中发现，一旦施工穿透，极易引发突水、突泥等灾害，严重威胁人员安全和设备运行。此外，岩溶含水层的补给条件受气候和地貌变化影响显著，水位波动幅度较大，对工程长期运营期的稳定性也构成挑战。

3 岩溶水文地质条件对地下工程的主要影响

3.1 地下突水与突泥

在岩溶地区，地下存在大量发育成熟的溶洞、暗河与裂隙结构，常与地表水系统相互连通，形成一个复杂的水文网络体系。当地下工程施工过程中，如隧道掘进、深基坑开挖或钻爆作业误入富水溶洞或暗河，极易导致大量水体或夹杂泥沙的突泥现象瞬间涌入施工区域，形成突水、突泥灾害。这种情况常常来势凶猛、预警时间短，可能引发严重的设备淹没、人员伤亡甚至工程整体瘫痪，造成重大安全事故。

3.2 地面塌陷

岩溶地区地下空腔广泛分布，部分区域存在大型溶洞和空蚀裂隙，地表与地下之间的力学平衡极为脆弱。地下水位的波动，尤其是因降雨、施工排水或地下水抽取等因素引起的水位剧烈变化，容易导致覆盖层失去支撑作用，造成地面沉降甚至塌陷。这种塌陷具有突发性和不可预测性，尤其在地铁车站、深基坑、隧道上方等工程集中区域更为常见和危险。一旦发生塌陷，不仅可能导致路面结构破坏、建筑物基础失稳，还可能引发连锁次生灾害，增加工程修复成本和难度。

3.3 围岩稳定性差

岩溶地质条件下，围岩通常表现为破碎性强、裂隙发育、整体性差，导致地下空间开挖后极易发生岩体崩塌、掉块、滑移等不稳定现象。溶蚀作用削弱了岩体的结构强度，使得原本承载力较高的碳酸盐岩局部变成松散、破碎的残积物或结构薄弱区，这对支护设计提出了更高要求。尤其在深埋隧道、大断面地下洞室等工程中，围岩稳定性直接关系到施工进度与安全水平。

3.4 地下水干扰

地下工程施工过程中，为保障作业空间干燥及结构稳定，往往需进行大量截水、排水作业，甚至长期抽排地下水。而在岩溶地区，这种人为干扰极易打破地下水的天然平衡，引发区域性水位下降或流向改变，进而影响周边生态系统和已建结构的稳定性。例如地下水位下降可能导致地基沉降，影响邻近建筑的基础承载能力，甚至导致倾斜或裂缝问题。同时，地下水排出后携带的泥沙和溶解物质可能造成地层疏松，间接加剧地质灾害风险。

4 应对策略与工程建议

4.1 加强前期地质勘察

在岩溶地区进行地下工程建设，前期地质勘察是保障施工安全与顺利推进的关键环节。传统的地质勘探手段往往难以全面识别复杂的溶洞、裂隙和暗河系统，需引入高精度、高密度的地球物理探测技术，如电法、地震波探测、雷达扫描等手段，结合钻探和激光扫描获取三维地质结构数据，从而提高岩溶空腔的识别率和定位精度。同时，应加强对地下水流动路径和补给机制的研究，掌握地下水的流速、水位变化特征及其与溶洞的连通关系。通过建立详尽的水文地质模型，可为后续的设计与施工提供科学依据，提前预判高风险区域，采取有针对性的加固与防控措施，显著提高工程的安全性与经济性。

4.2 合理选择施工方法

针对岩溶地区地下工程面临的高风险地质条件，应根据勘察结果和工程实际选择科学合理的施工方法。优先采用全断面盾构法或双护盾 TBM等机械化施工方式，可有效减少因传统钻爆法造成的扰动和围岩失稳风险。在岩溶空腔频繁分布或遇到富水地段时，应提前实施注浆加固，封堵潜在水源通道，增强岩体稳定性。同时，采用超前小导管、超前钻探和帷幕注浆等技术手段进行地质超前预报与预防处理，可显著提升施工安全系数。

4.3 完善排水与监测系统

在岩溶地区开展地下工程建设过程中，建立科学、高效的排水与监测系统是确保施工安全的必要保障。应根据岩溶含水层分布情况，分区布设排水通道和集水系统，确保降水或地下水可被及时引流，防止积水对施工区域造成压力。同时，建议在关键施工区设置自动化地下水位监测装置、位移监测点及地表沉降监测系统，实时采集水位变化、围岩稳定性和地表动态信息。

5 结论

岩溶地区水文地质条件对地下工程建设具有深远影响，是制约工程安全与经济性的重要因素。通过加强地质勘察、优化设计施工方案、完善监测系统及重视环境保护，可有效降低岩溶水文条件带来的风险。未来研究应结合数字建模、智能监测等技术，提升工程适应岩溶地质的能力。

参考文献

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