武漢巖溶地區(qū)地質(zhì)勘察方法探討

武漢市勘察設(shè)計有限公司，湖北 武漢 430022

1 引言

武漢地區(qū)碳酸鹽巖分布面積110 余km2，約占該市面積的13%。上世紀(jì)中葉以來先后發(fā)生了二十多起巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，巖溶地質(zhì)問題給工程建設(shè)帶來重大的影響。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）相關(guān)規(guī)定［1］，場地及其附近巖溶對工程安全有影響時應(yīng)對巖溶進(jìn)行勘察。

區(qū)內(nèi)巖溶勘察手段及方法漸趨成熟，工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、地球物理勘探、現(xiàn)場原位測試及室內(nèi)試驗等為本地區(qū)常用的勘察方法。

2 巖溶勘察方法及手段［2］

2.1 工程地質(zhì)調(diào)查與測繪［1］

工程地質(zhì)調(diào)查與測繪包括巖溶地形地貌調(diào)查、地層巖性、水文地質(zhì)調(diào)查、測量及試驗等內(nèi)容的野外調(diào)查［3］，能夠從宏觀上把握巖溶發(fā)育的分布和特點，并據(jù)此進(jìn)一步進(jìn)行工程地質(zhì)勘探工作。由于該法具簡單方便和直觀等優(yōu)點，在工程可行性研究階段或初步勘察階段得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 鉆探

武漢地區(qū)巖溶類型大多屬覆蓋型，鉆探通常作為作為詳細(xì)勘察及施工勘察階段一種主要的勘察手段。鉆探主要用于揭示地質(zhì)結(jié)構(gòu)、紅黏土及溶洞發(fā)育及其充填物情況，同時配合孔內(nèi)取樣、進(jìn)行鉆孔內(nèi)物探測井、鉆孔攝影、井下電視等物探測試工作，并驗證物探推測巖溶異常點或異常區(qū)。為了解巖溶水文地質(zhì)情況，一般利用鉆孔進(jìn)行地下水水位觀測、抽水及壓水試驗等工作。巖溶勘察鉆探孔一般在結(jié)合前期工程地質(zhì)調(diào)查和測繪及物探的基礎(chǔ)上進(jìn)行布置。

2.3 地球物理探測

巖溶中等及以上發(fā)育地區(qū)，為查明巖溶分布及發(fā)育規(guī)律等，通常優(yōu)先選擇綜合物探作為勘察手段。勘察實踐中應(yīng)在工程地質(zhì)調(diào)繪及現(xiàn)場地質(zhì)條件等基礎(chǔ)上確定物探工作的布置，測點測線一般布置在巖溶發(fā)育褶皺軸部附近、構(gòu)造破碎帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶和巖溶溶洞、塌陷地帶等地段。

本區(qū)巖溶探測主要采用的物探方法有：

2.3.1 地面直流電法

此類方法適用地形條件較為平緩的地區(qū)隱伏巖溶探測；對于地形起伏較大或附近有干擾時，特別是在市區(qū)地下管線較多，效果不理想。

2.3.2 地面電磁法

當(dāng)可溶巖埋深較小或裸露時，選用瞬變電磁、大地電磁、低頻電磁、地質(zhì)雷達(dá)等物探方法可有效的探測巖溶的分布、規(guī)模、延伸方向等情況。

（1）高頻大地電磁法

當(dāng)可溶性巖頂板埋深較大、地形復(fù)雜時，為查明規(guī)模巖溶地質(zhì)體的分布，宜選擇高頻大地電磁法測深方法。

（2）地質(zhì)雷達(dá)法

在武漢東南部基巖裸露區(qū)或淺覆蓋區(qū)宜優(yōu)先采用該方法，本區(qū)多在詳細(xì)勘察及基坑開挖等施工階段采用該法。

2.3.3 地面地震波法

地震波法利用地震波在彈性介質(zhì)傳播的理論，該法一般對巖土分界面探測較準(zhǔn)，但在巖體內(nèi)發(fā)育的溶洞效果不明顯。

2.3.4 鉆孔彈性波CT［2］

鉆孔彈性波通過鉆孔間的波速數(shù)據(jù)建立的速度場，可以查明鉆孔間的巖溶的位置、大小、充填程度等地質(zhì)狀況。該法具直觀、簡便等優(yōu)點；若巖溶上分布有深厚層軟土，常規(guī)電法探測探測效果較差且費用偏高。

2.3.5 鉆孔電磁波CT

在武漢地鐵巖溶勘察中，井中探測及地面探測等物探方法都得到了應(yīng)用廣泛。經(jīng)搜集整理，區(qū)內(nèi)物探一般采用瞬變電磁法、高密度電法、電磁波CT、彈性波CT 等方法，上述物探方法各具特點：

（1）探測效果井中要優(yōu)于地面。

（2）巖溶探測效果彈性波CT 最好，電磁波CT 稍差?？缈纂姶挪–T 法探測對于土層效果不明顯，對巖體效果明顯，對于空洞效果不明顯，有充填的溶洞效果明顯，其缺點是費用較高，僅次于彈性波CT。

2.3.6 聲波測井

巖溶發(fā)育程度定量評價可采用聲波測井方法。為提高物探的準(zhǔn)確性，勘察實踐中通常采用電磁波測井、電阻率輔助測井等綜合物探方法。

2.3.7 井下電視攝像

為查明巖溶分布及發(fā)育程度、充填狀態(tài)及含水層分布等地質(zhì)情況，采用井下電視攝像是一種行之有效的勘察方法。該法一般在鉆孔中進(jìn)行，可以觀察與記錄鉆孔中巖溶發(fā)育發(fā)育等特征，具直觀、簡單等特點。

2.4 原位測試技術(shù)

原位測試包括靜力觸探、動力觸探等多種測試或試驗手段。武漢巖溶地區(qū)勘察中采用原位測試技術(shù)一般有下列幾種：

2.4.1 靜力觸探試驗

本區(qū)巖溶大多屬于覆蓋型，通常采取靜力觸探試驗等原位測試手段查明覆蓋層中土洞的空間位置、規(guī)模及覆蓋層的工程特征；當(dāng)碳酸鹽巖上覆有對工程有影響的流～軟塑狀紅黏土?xí)r，采用靜力觸探試驗查明紅黏土的分布及工程特性也是行之有效的方法。

2.4.2 現(xiàn)場試驗

（1）進(jìn)行物探或連通試驗追索隱伏洞隙的聯(lián)系；（2）采取溶洞充填物土樣及溶洞頂板巖樣進(jìn)行室內(nèi)試驗，必要時進(jìn)行現(xiàn)場頂板巖體的靜載荷試驗，以便評價巖土體物理力學(xué)性質(zhì)及溶洞穩(wěn)定性；（3）進(jìn)行復(fù)脹縮、浸水、可溶性和剪切等試驗，查明土洞形成的地質(zhì)環(huán)境；（4）若需查明場地水文地質(zhì)條件或預(yù)測巖溶不良地質(zhì)危害及發(fā)展趨勢時，宜現(xiàn)場對水位、水質(zhì)、流速、流向、流量等進(jìn)行測定和觀測。

2.4.3 水文地質(zhì)試驗

巖溶地區(qū)進(jìn)行的抽水試驗可以提供水文地質(zhì)參數(shù)，并可以判定巖溶水的連通性；抽水試驗井孔的布置宜根據(jù)巖溶發(fā)育程度按下列要求確定：巖溶中等發(fā)育地段不應(yīng)少于1 個，巖溶強烈發(fā)育地段不宜少于2 個；當(dāng)評估抽水試驗對環(huán)境產(chǎn)生不良影響時，應(yīng)采用壓水試驗或注水試驗。

2.5 室內(nèi)試驗

對紅黏土及溶洞充填物進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)試驗，分析巖溶塌陷的可能性；為查明不同地質(zhì)年代可溶巖的礦物成分及特征，可溶性巖室內(nèi)通常選擇溶巖化學(xué)成分分析和礦物薄片鑒定試驗；為了解地下水對巖體的溶蝕作用，勘察時一般采取不同水文地質(zhì)單元的地下水水樣，并進(jìn)行室內(nèi)水質(zhì)全分析。

3 結(jié)論

（1）工程地質(zhì)調(diào)查與測繪一般選擇于工可或初勘階段進(jìn)行。

（2）詳細(xì)勘察或施工勘察宜選擇跨孔層析成像（CT）法、高密度電阻率法、地質(zhì)雷達(dá)和地震波法等。厚覆蓋、強干擾條件下宜優(yōu)先采用跨孔彈性波或電磁波層析成像（CT）法，巖溶裸露或淺覆蓋條件下，宜優(yōu)先采用高密度電阻率法和地質(zhì)雷達(dá)。

施工勘察，宜選擇地質(zhì)雷達(dá)、地震反射波法（TSP）、高密度電阻率法及鉆孔攝像等。

（3）武漢巖溶區(qū)大量的工程實踐表明［4］，物探定性配合鉆探定量并結(jié)合現(xiàn)場原位測試、室內(nèi)試驗成果能更好地了解工程地質(zhì)情況，為設(shè)計提供準(zhǔn)確的依據(jù)。