物探技術在城市軌道交通巖溶勘察中的應用

李 士 永

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210000)

1 概述

巖溶溶蝕現象導致基巖面起伏較大，且溶洞發育嚴重影響了城市軌道交通施工建設的安全。因此，必須查明軌道交通線路范圍內的巖溶發育情況，為設計提供準確的地質資料[1]。

常規的鉆探手段很難查清巖溶的分布。由于巖溶溶洞內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、地質雷達等物探技術來探測巖溶的分布范圍、發育程度及形態特征等情況。

2 物探技術在巖溶勘察中的應用

由于巖溶發育具有隨機性、隱蔽性及不確定性等特點，傳統的工程地質鉆探在巖溶調查過程中不僅需要耗費大量的人力、物力與財力[2]，并且鉆探不易于掌握整個工區的整體情況。在實際探測中，由于物探方法具有經濟、勘探速度快、設備輕便的特點，而且可以對線和面的工程地質情況進行連續的勘探，多種地球物理方法得到了廣泛的應用，并且取得了較好的探測效果。

巖溶復雜的成因導致了溶洞探測的困難，而不同類型的溶洞會與周圍圍巖表現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、地質雷達、淺層地震、聲波透視CT、瞬變電磁、跨孔波速和微動等[4]。根據需要解決的主要地質問題并且結合地球物理方法的適用性、應用條件及效果，選擇相應的地球物理方法進行勘探。但由于巖溶的復雜性，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合、優勢互補使得巖溶探測結果更加準確。

由于城市軌道交通工程結構、施工工藝及周邊環境的復雜性，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，配合鉆孔資料進行對比解釋[5]。各種物探方法的應用都有一定的前提條件，現場實際條件也會對測試結果產生較大的影響，使得其應用存在一定的局限性，因此，應考慮綜合物探方法技術，充分發揮物探技術經濟、方便快捷、可以連續測量的優點。綜合物探是以這些物探方法為基礎，依據每種地球物理方法的適用條件，結合工區地質情況、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，使得探測結果更加準確、可靠，達到共同完成和解決實際工程問題的目的，取得更好的社會經濟效益，滿足工程建設實際需要。

3 工程實例

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，場區上覆土層以人工填土、粉質黏土為主，下伏基巖以侏羅系象山組泥巖、粉砂巖和砂巖，以及白云質角礫巖為主，局部為角礫灰巖，風化程度不等，局部有溶洞發育。

結合工程地質條件，根據物探的任務要求，同時兼顧勘探深度以及分辨率，本次物探作業采用高密度電法和地質雷達法綜合進行地球物理勘探。高密度電法工作效率高，適用于溶洞較大的工作；地質雷達法探測深度較淺，但是對溶洞發育的規模比較敏感。因此，本次利用高密度電法和地質雷達法相互結合，采用高密度電法初步探測溶洞位置，然后利用地質雷達法探測復勘，可以更好地控制巖溶位置、規模及大小。

根據鉆孔資料，巖溶發育區位于CK28+425～CK28+470段。本次物探探測從電性和介電常數差異入手，結合場地條件，布置高密度電法和地質雷達測線進行探測，測線圖如圖1所示。

高密度電法：以鉆孔揭露的巖溶發育區為中心，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)，對巖溶發育情況進行初步探測，初步確定巖溶發育范圍及埋藏深度。

地質雷達：在推斷的巖溶發育區及兩側、左右隧洞地面投影上方各布置1條雷達測線(L1和L2，測線長度分別為360 m，270 m)，對巖溶發育情況進行初步探測，進一步確定巖溶的發育范圍及埋藏深度。

3.2 結果分析

雷達測線L1和高密度測線G1位于隧洞右側，勘察結果如圖2所示。G1線和L1線推斷溶蝕區橫向范圍為150 m～200 m之間，對應里程右CK28+418.86～右CK28+469.21，中心位置右CK28+443.28，標高約8 m。G1和L1測線推斷100～120范圍內為泥巖與角礫狀灰巖接觸帶，泥巖覆蓋于灰巖之上，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。

雷達測線L2和高密度測線G2位于隧洞左側，勘察結果如圖3所示。L2線推斷溶蝕區在70 m～100 m之間，對應里程左CK28+435～左CK28+475，中心位置左CK28+455，標高約10 m。L2測線推斷30 m～50 m范圍內為泥巖與角礫狀灰巖接觸帶，中心位置左CK28+396.41。結合G2線與G1線，推斷出角礫狀灰巖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果，結合鉆孔資料分析，該標段工區隧洞右側巖溶發育區域主要在里程右CK28+418.68～右CK28+458.68之間，往左側方向巖溶發育越來越少，至高密度測線G2位置未見明顯巖溶異常。本次實例中巖溶區物探綜合解釋圖如圖4所示。

4 結論及展望

巖溶發育具有隨機性、不確定性及隱蔽性的特點，巖溶復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雜性造成了單一物探方法在解決實際問題時會有諸多缺陷，綜合物探方法的應用使得巖溶探測更加全面、準確，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以及地形限制，高密度電法不能精確探測溶洞的規模及發育程度，結合地質雷達法可以較為準確的對巖溶進行定位。最后根據物探資料、結合鉆孔地質資料以及現場調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育的區域，取得了較好的工程應用效果，同時，也證明了多種物探方法相互結合對巖溶探測具有良好的效果。