武漢巖溶地區地質勘察方法探討

武漢市勘察設計有限公司，湖北 武漢 430022

1 引言

武漢地區碳酸鹽巖分布面積110 余km2，約占該市面積的13%。上世紀中葉以來先后發生了二十多起巖溶地面塌陷地質災害，巖溶地質問題給工程建設帶來重大的影響。根據國家標準《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）相關規定［1］，場地及其附近巖溶對工程安全有影響時應對巖溶進行勘察。

區內巖溶勘察手段及方法漸趨成熟，工程地質調繪、鉆探、地球物理勘探、現場原位測試及室內試驗等為本地區常用的勘察方法。

2 巖溶勘察方法及手段［2］

2.1 工程地質調查與測繪［1］

工程地質調查與測繪包括巖溶地形地貌調查、地層巖性、水文地質調查、測量及試驗等內容的野外調查［3］，能夠從宏觀上把握巖溶發育的分布和特點，并據此進一步進行工程地質勘探工作。由于該法具簡單方便和直觀等優點，在工程可行性研究階段或初步勘察階段得到了廣泛的應用。

2.2 鉆探

武漢地區巖溶類型大多屬覆蓋型，鉆探通常作為作為詳細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結構、紅黏土及溶洞發育及其充填物情況，同時配合孔內取樣、進行鉆孔內物探測井、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。為了解巖溶水文地質情況，一般利用鉆孔進行地下水水位觀測、抽水及壓水試驗等工作。巖溶勘察鉆探孔一般在結合前期工程地質調查和測繪及物探的基礎上進行布置。

2.3 地球物理探測

巖溶中等及以上發育地區，為查明巖溶分布及發育規律等，通常優先選擇綜合物探作為勘察手段。勘察實踐中應在工程地質調繪及現場地質條件等基礎上確定物探工作的布置，測點測線一般布置在巖溶發育褶皺軸部附近、構造破碎帶、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，特別是在市區地下管線較多，效果不理想。

2.3.2 地面電磁法

當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、地質雷達等物探方法可有效的探測巖溶的分布、規模、延伸方向等情況。

（1）高頻大地電磁法

當可溶性巖頂板埋深較大、地形復雜時，為查明規模巖溶地質體的分布，宜選擇高頻大地電磁法測深方法。

（2）地質雷達法

在武漢東南部基巖裸露區或淺覆蓋區宜優先采用該方法，本區多在詳細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傳播的理論，該法一般對巖土分界面探測較準，但在巖體內發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據建立的速度場，可以查明鉆孔間的巖溶的位置、大小、充填程度等地質狀況。該法具直觀、簡便等優點；若巖溶上分布有深厚層軟土，常規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用廣泛。經搜集整理，區內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）探測效果井中要優于地面。

（2）巖溶探測效果彈性波CT 最好，電磁波CT 稍差。跨孔電磁波CT 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

巖溶發育程度定量評價可采用聲波測井方法。為提高物探的準確性，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育程度、充填狀態及含水層分布等地質情況，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行，可以觀察與記錄鉆孔中巖溶發育發育等特征，具直觀、簡單等特點。

2.4 原位測試技術

原位測試包括靜力觸探、動力觸探等多種測試或試驗手段。武漢巖溶地區勘察中采用原位測試技術一般有下列幾種：

2.4.1 靜力觸探試驗

本區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、規模及覆蓋層的工程特征；當碳酸鹽巖上覆有對工程有影響的流～軟塑狀紅黏土時，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 現場試驗

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

2.4.3 水文地質試驗

巖溶地區進行的抽水試驗可以提供水文地質參數，并可以判定巖溶水的連通性；抽水試驗井孔的布置宜根據巖溶發育程度按下列要求確定：巖溶中等發育地段不應少于1 個，巖溶強烈發育地段不宜少于2 個；當評估抽水試驗對環境產生不良影響時，應采用壓水試驗或注水試驗。

2.5 室內試驗

對紅黏土及溶洞充填物進行物理力學性質試驗，分析巖溶塌陷的可能性；為查明不同地質年代可溶巖的礦物成分及特征，可溶性巖室內通常選擇溶巖化學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單元的地下水水樣，并進行室內水質全分析。

3 結論

（1）工程地質調查與測繪一般選擇于工可或初勘階段進行。

（2）詳細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、地質雷達和地震波法等。厚覆蓋、強干擾條件下宜優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，宜優先采用高密度電阻率法和地質雷達。

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

（3）武漢巖溶區大量的工程實踐表明［4］，物探定性配合鉆探定量并結合現場原位測試、室內試驗成果能更好地了解工程地質情況，為設計提供準確的依據。