喀斯特地區(qū)隱伏巖溶探測方法綜述

王明海

摘 要本文簡要介紹了喀斯特地區(qū)開展的巖溶隧道工程項目，針對隧道洞身周圍巖溶發(fā)育情況，詳細探討隱伏巖溶探測方法，并且重點講述地質(zhì)雷達探測技術(shù)，分別從地質(zhì)雷達探測、地質(zhì)鉆孔、開挖揭示等方面分析喀斯特地區(qū)隧道施工隱伏巖溶探測方法，試圖為喀斯特地區(qū)巖溶隧道施工提供助力。

關(guān)鍵詞喀斯特地貌;地質(zhì);地質(zhì)雷達

0 引言

隧道隱伏巖溶探測，是一項查清喀斯特地區(qū)地質(zhì)安全問題的技術(shù)，旨在保障隧道施工的安全性，科學開展工程方案設(shè)計，為施工信息化發(fā)展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。隧道隱伏巖溶探測的目標為：測定喀斯特地區(qū)巖溶隧道的地質(zhì)情況，加強對隧道巖溶問題進行探測，為鐵路運營提供安全保障。

1 工程情況

1.1 工程簡介

新建貴南高速鐵路白秀山一號隧道，全長3374m，最大埋深270m，局部埋深13m，于隧道出口距離線路左側(cè)25m處設(shè)置一座泄水洞，長748m，洞徑4.5m×5m。該隧道為設(shè)計時速350Km/h高速鐵路雙線隧道。根據(jù)地勘資料顯示，隧區(qū)下伏基巖的主要成分為灰?guī)r，隧址區(qū)位置覆有第四系全新統(tǒng)崩積、堆積（Q4col）塊石土，沖洪積軟土、黏土，坡殘積（Q4dl+el）紅黏土;下伏基巖為二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）灰?guī)r;二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）灰?guī)r;石炭系上統(tǒng)（C3）灰?guī)r。隧道區(qū)域內(nèi)不良地質(zhì)包括：巖溶、暗河、邊坡順層（進口位置左側(cè)）、洞頂危石（隧道進出口位置），隧道下穿多處洼地，地下水豐富;全隧共下穿2處既有道路，6處溶蝕洼地;有2條地下暗河與線路相交。該隧道設(shè)計預測最大涌水量8.26萬方/天，可能存在涌水突泥情況[1]。

1.2 施工現(xiàn)場

案例1：在隧道進口作業(yè)面施工期間，距離隧道進口里程為D2K408+983位置，上臺階開挖揭示在線路右側(cè)開挖線外豎向發(fā)育一大型空溶洞，此溶洞為空溶洞，無水，溶洞洞壁可見有褐色黏土附著，溶洞深度無法探測，沿溶洞洞壁有一條10～30cm寬巖溶裂隙，橫穿隧道開挖斷面，延伸至線路左側(cè)，根據(jù)溶洞走向判斷，左側(cè)空溶洞有向左側(cè)延伸趨勢。

案例2：在隧道出口作業(yè)面施工期間，下臺階左側(cè)開挖至D2K411+205里程，開挖左側(cè)邊墻時揭示出一個空巖溶管道，已揭示溶洞縱向約5m（對應里程范圍為D2K411+205～D2K411+210），已揭示橫向?qū)挾燃s10m，自左側(cè)開口繼續(xù)向線路左側(cè)小里程延伸，溶洞呈垂直線路向右側(cè)延伸，溶洞底標高，其整體呈左高右低，目測溶洞頂板位于上臺階底部，溶洞底部低于左側(cè)仰拱底約6m，目前洞內(nèi)干燥無水。

2 隱伏巖溶探測技術(shù)

2.1 探測基礎(chǔ)

以上兩處開挖揭示巖溶，均未完全揭示巖溶形態(tài)，無法確定溶洞對隧道的影響作用，無法制定有效的巖溶處理措施，難以保證施工過程中施工設(shè)備、人員的安全，甚至威脅鐵路后期運營安全;另受施工工期影響，不具備長期觀察溶洞屬性的條件，難以判斷水流量是否受季節(jié)變化影響，無法確定水流量大小等。

2.2 探測方法

利用SIR-4000型低頻率天線地質(zhì)雷達進行探測?，F(xiàn)場根據(jù)巖溶大致走向，沿隧道縱向、橫向分別布設(shè)測線，利用鋼尺與紅油漆按20cm做好距離標注。為確保探測結(jié)果準確性，相鄰兩條測線的布設(shè)距離控制在：50cm～100cm。調(diào)整雷達檢測頻率，讓波形處于最佳狀態(tài)，采用點測法進行探測[2]。

案例1：如圖1、圖2、圖3所示，分析探測結(jié)果，測線6位置上根據(jù)雷達圖像推測，測線長度約1～8m處，深約10～15m、26～30m范圍巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙間溶蝕發(fā)育，受到節(jié)理裂隙影響，造成巖層破碎現(xiàn)象。

案例2：如圖4所示探測結(jié)果，測線4：位置上根據(jù)雷達圖像推測，在測線長度約5～10m，深約5～8m范圍巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙水弱發(fā)育，裂隙間含水破碎區(qū)或溶蝕發(fā)育，巖體呈碎裂狀，均受到節(jié)理影響，造成巖層破碎現(xiàn)象;在測線長度約9～13m，深約17～20m范圍溶蝕發(fā)育，推測存在溶洞;測線內(nèi)其他范圍未發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域。

2.3 鉆探驗證

為驗證地質(zhì)雷達探測結(jié)果的準確性，現(xiàn)場利用地質(zhì)鉆機進行鉆孔驗證，在雷達探測異常區(qū)域進行鉆孔驗證，案例1在測線6距離，測線長度6m處鉆孔時，由于11～33m范圍芯樣不完整，揭示有串珠狀溶洞;案例2：在測線4距離測線長度8m位置上鉆孔，揭示有深14.5m填充型溶洞，填充物為黏土。

3 結(jié)論

喀斯特地貌因其復雜的地質(zhì)構(gòu)造和巖溶發(fā)育規(guī)律，使隧道掘進施工中存在諸多難以預測的工程地質(zhì)問題。在保證探測精度和控制成本的背景下，選取適宜的物探方法進行隱伏巖溶探測顯得尤其重要。本文通過貴南高鐵白秀山一號隧道典型巖溶隧道段的探測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)利用地質(zhì)雷達能快速有效探測巖溶發(fā)育情況，節(jié)省地質(zhì)鉆孔及風槍釬探的時間，并取得良好效果。因此，在巖溶地區(qū)隧道的隱伏巖溶探測中，應選用低頻率天線地質(zhì)雷達，開展隱伏巖溶探測指導施工。

參考文獻

[1]張光生，程江河，秦余順.隧道隱伏巖溶施工期綜合探測技術(shù)研究與應用[J].工程技術(shù)研究，2019，4（24）：44-45.

[2]田云程，李海.鐵路隧底隱伏巖溶綜合物探技術(shù)應用[J].鐵道勘察，2017，43（05）：93-95.