物探技術(shù)在城市軌道交通巖溶勘察中的應(yīng)用

李 士 永

(北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

1 概述

巖溶溶蝕現(xiàn)象導(dǎo)致基巖面起伏較大，且溶洞發(fā)育嚴(yán)重影響了城市軌道交通施工建設(shè)的安全。因此，必須查明軌道交通線路范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況，為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料[1]。

常規(guī)的鉆探手段很難查清巖溶的分布。由于巖溶溶洞內(nèi)充填物與周圍巖體之間存在明顯的物性差異，因此可以利用高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)等物探技術(shù)來探測巖溶的分布范圍、發(fā)育程度及形態(tài)特征等情況。

2 物探技術(shù)在巖溶勘察中的應(yīng)用

由于巖溶發(fā)育具有隨機(jī)性、隱蔽性及不確定性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的工程地質(zhì)鉆探在巖溶調(diào)查過程中不僅需要耗費(fèi)大量的人力、物力與財力[2]，并且鉆探不易于掌握整個工區(qū)的整體情況。在實(shí)際探測中，由于物探方法具有經(jīng)濟(jì)、勘探速度快、設(shè)備輕便的特點(diǎn)，而且可以對線和面的工程地質(zhì)情況進(jìn)行連續(xù)的勘探，多種地球物理方法得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了較好的探測效果。

巖溶復(fù)雜的成因?qū)е铝巳芏刺綔y的困難，而不同類型的溶洞會與周圍圍巖表現(xiàn)出明顯不同的物性差異(包括電阻率、波速、波阻抗、密度、磁化率、電磁波等)[3]，這些差異都是開展地球物理勘探工作的前提工作。目前，進(jìn)行巖溶探測的主要地球物理方法有：高密度電阻率法、超高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震、聲波透視CT、瞬變電磁、跨孔波速和微動等[4]。根據(jù)需要解決的主要地質(zhì)問題并且結(jié)合地球物理方法的適用性、應(yīng)用條件及效果，選擇相應(yīng)的地球物理方法進(jìn)行勘探。但由于巖溶的復(fù)雜性，單一物探方法不能解決所有的巖溶探測問題，因此，多種地球物理方法的相互結(jié)合、優(yōu)勢互補(bǔ)使得巖溶探測結(jié)果更加準(zhǔn)確。

由于城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)、施工工藝及周邊環(huán)境的復(fù)雜性，對于城市軌道交通工程中對巖溶勘察方法，通常多種地球物理方法，配合鉆孔資料進(jìn)行對比解釋[5]。各種物探方法的應(yīng)用都有一定的前提條件，現(xiàn)場實(shí)際條件也會對測試結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，使得其應(yīng)用存在一定的局限性，因此，應(yīng)考慮綜合物探方法技術(shù)，充分發(fā)揮物探技術(shù)經(jīng)濟(jì)、方便快捷、可以連續(xù)測量的優(yōu)點(diǎn)。綜合物探是以這些物探方法為基礎(chǔ)，依據(jù)每種地球物理方法的適用條件，結(jié)合工區(qū)地質(zhì)情況、地球物理特征及存在的限制條件，對不同部位選取兩種及兩種以上的地球物理方法組合，使得探測結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠，達(dá)到共同完成和解決實(shí)際工程問題的目的，取得更好的社會經(jīng)濟(jì)效益，滿足工程建設(shè)實(shí)際需要。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

以南京某地鐵工程為例，通過已完成的鉆孔揭示，擬建場地基巖埋深為2.0 m～31.0 m，場區(qū)上覆土層以人工填土、粉質(zhì)黏土為主，下伏基巖以侏羅系象山組泥巖、粉砂巖和砂巖，以及白云質(zhì)角礫巖為主，局部為角礫灰?guī)r，風(fēng)化程度不等，局部有溶洞發(fā)育。

結(jié)合工程地質(zhì)條件，根據(jù)物探的任務(wù)要求，同時兼顧勘探深度以及分辨率，本次物探作業(yè)采用高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)法綜合進(jìn)行地球物理勘探。高密度電法工作效率高，適用于溶洞較大的工作；地質(zhì)雷達(dá)法探測深度較淺，但是對溶洞發(fā)育的規(guī)模比較敏感。因此，本次利用高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)法相互結(jié)合，采用高密度電法初步探測溶洞位置，然后利用地質(zhì)雷達(dá)法探測復(fù)勘，可以更好地控制巖溶位置、規(guī)模及大小。

根據(jù)鉆孔資料，巖溶發(fā)育區(qū)位于CK28+425～CK28+470段。本次物探探測從電性和介電常數(shù)差異入手，結(jié)合場地條件，布置高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)測線進(jìn)行探測，測線圖如圖1所示。

高密度電法：以鉆孔揭露的巖溶發(fā)育區(qū)為中心，在左右隧洞地面投影沿線各布置1條高密度電法測線(G1和G2，測線長度分別為357 m，267 m)，對巖溶發(fā)育情況進(jìn)行初步探測，初步確定巖溶發(fā)育范圍及埋藏深度。

地質(zhì)雷達(dá)：在推斷的巖溶發(fā)育區(qū)及兩側(cè)、左右隧洞地面投影上方各布置1條雷達(dá)測線(L1和L2，測線長度分別為360 m，270 m)，對巖溶發(fā)育情況進(jìn)行初步探測，進(jìn)一步確定巖溶的發(fā)育范圍及埋藏深度。

3.2 結(jié)果分析

雷達(dá)測線L1和高密度測線G1位于隧洞右側(cè)，勘察結(jié)果如圖2所示。G1線和L1線推斷溶蝕區(qū)橫向范圍為150 m～200 m之間，對應(yīng)里程右CK28+418.86～右CK28+469.21，中心位置右CK28+443.28，標(biāo)高約8 m。G1和L1測線推斷100～120范圍內(nèi)為泥巖與角礫狀灰?guī)r接觸帶，泥巖覆蓋于灰?guī)r之上，左分界線位置左CK28+393.15、右CK28+369.58，右分界線位置左CK28+414.95、右CK28+390.3。

雷達(dá)測線L2和高密度測線G2位于隧洞左側(cè)，勘察結(jié)果如圖3所示。L2線推斷溶蝕區(qū)在70 m～100 m之間，對應(yīng)里程左CK28+435～左CK28+475，中心位置左CK28+455，標(biāo)高約10 m。L2測線推斷30 m～50 m范圍內(nèi)為泥巖與角礫狀灰?guī)r接觸帶，中心位置左CK28+396.41。結(jié)合G2線與G1線，推斷出角礫狀灰?guī)r與泥巖分界線中心位置(左CK28+517.97，右CK28+510.54)。

基于物探測線解釋結(jié)果，結(jié)合鉆孔資料分析，該標(biāo)段工區(qū)隧洞右側(cè)巖溶發(fā)育區(qū)域主要在里程右CK28+418.68～右CK28+458.68之間，往左側(cè)方向巖溶發(fā)育越來越少，至高密度測線G2位置未見明顯巖溶異常。本次實(shí)例中巖溶區(qū)物探綜合解釋圖如圖4所示。

4 結(jié)論及展望

巖溶發(fā)育具有隨機(jī)性、不確定性及隱蔽性的特點(diǎn)，巖溶復(fù)雜的成因造成了溶洞探測上的困難。物探方法的多解性及巖溶的復(fù)雜性造成了單一物探方法在解決實(shí)際問題時會有諸多缺陷，綜合物探方法的應(yīng)用使得巖溶探測更加全面、準(zhǔn)確，取得較好的探測效果。

本文以南京某地鐵為例，由于軌道交通工程特點(diǎn)以及地形限制，高密度電法不能精確探測溶洞的規(guī)模及發(fā)育程度，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)法可以較為準(zhǔn)確的對巖溶進(jìn)行定位。最后根據(jù)物探資料、結(jié)合鉆孔地質(zhì)資料以及現(xiàn)場調(diào)查資料圈定出了病害的范圍、特征，比較可靠地查明了巖溶較為發(fā)育的區(qū)域，取得了較好的工程應(yīng)用效果，同時，也證明了多種物探方法相互結(jié)合對巖溶探測具有良好的效果。