跨孔電阻率CT 技術在某大橋的應用

龍 斌 趙鵬輝 廖 順

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司， 貴州 貴陽 550001）

0 前言

巖溶地區公路、軌道交通勘察等領域，巖溶地質問題是必須面對的重要不良地質問題。尤其隱伏巖溶洞穴，常引發突水突泥、巖溶冒落和地表塌陷等地質災害，給工程建設造成巨大損失[1]～[2]。

巖溶地區多地形復雜、基巖面起伏大、不良地質體多且成因復雜、物性差異大等，這些因素極大影響了針對巖溶的準確、高精度勘探。在巖溶地區公路、軌道交通等工程建設中，對巖溶的精細探測一直是重要的技術難題。地面物探方法受限于探測精度，往往難以滿足精細探測的要求。井中物探，尤其是跨孔電阻率CT 法，因其將電極直接布置于鉆孔內，減小了測量的體積效應，且數據量大，成為精細探測巖溶的重要技術手段。

1 跨孔電阻率CT 法的原理

跨孔電阻率CT 法的基本原理與地表直流電法原理一致，以地殼中巖土體的導電性差異為物質基礎，通過觀測與研究人工建立的地中電場的分布規律解決工程地質問題的一種電法勘探方法。采用鏡像法計算，公式如下：

其與地表電法的不同點在于跨孔電阻率CT 法將電極布置于鉆孔內，并由此產生孔內電極接地問題。

本次勘察利用本單位已申請實用新型的鉆孔電極進行孔壁接地，利用自編的跨孔電阻率CT 軟件進行數據處理[3]～[8]。

2 工程實例

擬建大橋為分幅橋，左幅起訖樁號為ZK50+233～ZK51+049，全長816m；右幅起訖樁號為YK50+213～YK51+029，全長816m。

場區位于揚子準地臺的黔北臺隆六盤水斷陷之普安旋扭構造變形區。經現場地質調繪，場區無斷層通過，巖層產狀為70°∠41°。

橋區上覆土層為第四系殘坡積層粉質粘土、第四紀沖洪積層卵石土，下伏基巖為三疊系中統關嶺組第二段灰巖夾泥巖。

勘察鉆探至CD57 鉆孔時，揭露2 層未充填溶洞，深度范圍分別為13.2-16.3m、25-26.4m，且鉆孔內無地下水。

跨孔電阻率CT 法共布置2 對鉆孔，分別為已有鉆孔ZK52、ZK53 和新增鉆孔ZK53+1、ZK53+2。鉆孔布置如下圖：

圖3 -1 鉆孔布置圖

測量設置電極距為1m，

1 ZK52-ZK53 跨孔探測

ZK52、ZK53 間距13.5m，鉆孔信息如下：

ZK52：孔口高程為1298.281m，0-0.5m，粉質粘土；0.5-4.0m，強風化灰巖夾泥巖；4.0-29.5m，中～微風化灰巖夾泥巖。

ZK53：孔口高程為1293.053m，0-0.5m，粉質粘土；0.5-3.0m，強風化灰巖夾泥巖；3.0-30.0m，中～微風化灰巖夾泥巖；30.0-32.6m，溶洞：無充填；32.6-41.3m，中～微風化灰巖夾泥巖。

根據跨孔電阻率CT 法的工作原理并結合現場2 孔的深度、高程，確定電纜布置深度分別為0-29m。以ZK52 鉆孔孔口作為原點，向下為正。

跨孔電阻率CT 法反演結果如下：

圖3 -2 ZK52-ZK53 跨孔電阻率CT 成果對比圖

由上圖分析可知：

1）跨孔電阻率CT 反演結果與CD57 鉆孔鉆探結果一致。反演圖上2 個測量孔中間深15.8-18.8m 段，顯示為低阻異常區，與CD57 鉆孔13.2-16.3m 的無充填溶洞位置一致。中間深27.5-29m 低阻異常區，與CD57 鉆孔25.0-26.4m 的無充填溶洞位置一致。

2）根據反演圖上低阻異常區的形態、位置、規模等特征，推斷CD57 鉆孔13.2-16.3m 的無充填溶洞發育方向為由ZK52 鉆孔方向傾斜向下延伸，水平投影長度約6m。由于部分視電阻率數值低，判斷CD57 鉆孔右側部分溶洞充填粘土等物質。

CD57 鉆孔25.0-26.4m 段無充填溶洞，成果圖上根據視電阻率數值，判斷溶洞發育方向為由ZK52 鉆孔方向傾斜向下延伸，并推斷其與ZK53 鉆孔30.0-32.6m 溶洞相連通。

2 ZK53+1-ZK53+2 跨孔探測

ZK53+1、ZK53+2 間距20m，鉆孔信息如下：

ZK53+1：孔口高程為1293.571m，0-2.0m，粉質粘土；2.0-5.0m，強風化灰巖夾泥巖；5.0-16.0m，中～微風化灰巖夾泥巖；16-16.8m，溶洞：無充填；16.8-33.1m，中～微風化灰巖夾泥巖。

ZK53+2：孔口高程為1298.388m，0-4.1m，強風化灰巖夾泥巖；4.1-15.6m，中～微風化灰巖夾泥巖；15.6-19.3m，溶洞：無充填；19.3-32.3m，中～微風化灰巖夾泥巖。

跨孔CT 測量深度范圍為6.8-35.8m，以ZK53+1 鉆孔所在位置為Y 軸，ZK53+2孔口高程點為X 軸，向下為正。

跨孔電阻率CT 法反演結果如下：

圖3-3 ZK53+1-ZK53+2 跨孔電阻率CT 成果對比圖

由上圖分析可知：

1）跨孔電阻率CT 法反演成果圖像，在ZK53+1 鉆孔16-16.8m 段、CD57 鉆孔13.2-16.3m 段、ZK53+2 鉆孔15.6-19.3m 段溶洞區，視電阻率值均顯示為高阻。在CD57 鉆孔深25-26.4m 段，則顯示為低阻異常區。

2）反演圖像在上部已知溶洞位置處均顯示為高阻區，且相互間沒有明顯的低阻斷裂區，經仔細分析，認為3 個鉆孔分別揭露的未充填溶洞，相互連通且規模大，電流無法通過，為絕對高阻。而此溶洞下部低阻異常帶，推斷為溶洞底板界線，依據為溶洞底板巖體一般較頂板巖體潮濕，測量常呈現低阻顯示。

3）CD57 鉆孔深25.0-26.4m 段溶洞主要向斷面右側發育，規模約4-5m。

3 結論

通過前述2 對跨孔電阻率CT 法的探測，證明了跨孔電阻率CT 法只要孔壁接地良好，測量參數設置合理，可有效減小電法的體積效應，準確查明溶洞的形態、規模、位置等特征，具有高精度和高分辨率的特點，在公路、軌道交通等工程勘察領域具有廣泛的應用前景。