綜合物探方法在路基巖溶探測中的應用

賈忠才，何欣凱

（湖南省益常北線高速公路建設開發有限公司，長沙 410083）

隨著我國基礎設施建設的不斷發展，我國的高速公路里程實現了跨越式增加，在公路建設中涉及的地質情況也更加復雜。其中，巖溶地貌對公路建設造成了不可忽視的危害。路基下部巖溶在荷載作用下，會使路基發生不均勻沉降，從而導致地下溶洞頂板的坍塌，造成路基及其附屬建筑物的開裂、沉降和坍塌，此外，地下巖溶水活動也會導致路基冒水問題[1-3]。在隧道建設中，巖溶管道易發生突水、突泥現象，增加工程安全隱患[4-5]。如果不及時查明這些不良地質問題，采取相應的處置措施，將嚴重影響高速公路建設的工程質量，增加了施工風險，使路基的安全性和可靠性得不到強有力的保障，給路基安全造成了一定的安全隱患。

本文試驗路段位于湖南某高速K30+700～K30+910 段，沿線地形、地貌復雜，巖溶等不良地質發育。隱伏于地下的不良地質，因其具隱蔽性，且其屬自然地質形成，具復雜性，施工前期的工程地質勘察不可能完全將其查明，隨著工程深入，不良地質所產生的工程問題隱患逐漸顯現，有必要對這些不良地質予以查明。工程地球物理勘探通過觀測地下物理場的差異和分布規律來解決工程地質和水文地質問題，具有“透視性”、工作效率高、成本低等優點，因此在工程勘察中得到廣泛應用[6-8]。但是由于每種物探方法都具有其局限性，因此合理選取幾種物探方法，進行綜合物探，與現有的地質資料進行對比，才可以獲得更好的地質效果。本文結合已有的地質資料，主要采用探地雷達法和高密度電阻率法2 種物探方法，輔以地質調查法對目標路段進行路基巖溶探測。

1 工程物探方法

1.1 地質雷達工作原理

地質雷達是一種高效簡便的淺層地球物理探測技術，通過向地下發射高頻電磁波短脈沖，地下介質體或介質分界面會將發射的電磁波的部分能量反射回來，通過布設在地表的接收天線接收反射回來的信號，并由主機記錄下來。由于地下介質的電性參數具有差異，電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁波場強度及波形也會發生變化，經過對雷達波場的資料分析處理，根據回波的振幅、波形和頻率等運動學和動力學特征來分析地下目標介質的空間位置、電性、結構與幾何形態，從而達到探測地下目標物的目的。探地雷達具有操作簡單快捷、分辨率高、定位準確等優點，但是由于其發射的是高頻電磁波，在提高分辨率的同時犧牲了探測深度。地質雷達的工作原理如圖1 所示。

圖1 探地雷達工作原理示意圖

1.2 高密度電阻率法工作原理

高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，是常規電阻率法中的一種，其工作原理與常規電阻率法相同，因為地下不同巖、礦石的電性特征有一定差異，人工建立的地下穩定電場的分布規律也有所不同，高密度電阻率法就是通過觀測地下電場的分布規律來解決一系列工程地質問題。

以對稱施倫貝歇爾裝置為例進行說明，如圖2 所示。電極A、B 向地下供電，在電極M、N 處測量兩電極的電位，將兩電極的電位相減便可得到測量電極間的電位差，從而求出測點的視電阻率。

圖2 施倫貝歇爾裝置示意圖

2 工程應用實例

2.1 工作場地概況

某高速K30+610～K30+910 段路基為填方，巖淺挖段，覆蓋層主要為粉質黏土，局部發育薄層透鏡體狀細砂巖層?；鶐r主要為泥盆系上統佘田橋組灰巖，為中風化，巖溶發育，以水平發育為主，發育形態一般為溶洞和溶蝕裂隙，少量以溶洞形態發育。一般充填流塑-可塑狀粉質黏土及少量碎石。

結合物探實施過程中的實際情況，雷達檢測共布置8 條測線，高密度電阻率法共布置6 條測線，物探測線的具體情況如圖3 所示。

圖3 物探測線布置圖

2.2 數據采集與數據處理

在數據采集正式開始之前，需要合理分析現場環境，明確探測目標，并進行現場實測試驗，確定最優探測參數，可以獲取更好的探測效果，以便對成果進行對比分析。

獲取的探地雷達實驗數據主要通過RADAN 軟件進行處理，其他軟件進行輔助，通過數字濾波器、褶積、偏移及希爾伯特變換等一系列方法對探測結果進行預處理，壓制干擾信號，增強圖像質量，進一步分析異?，F象。

采集的高密度電法探測數據主要通過RES2DINV軟件進行處理：進行數據預處理，剔除突變點，進行平滑處理，選取合適的反演方法，利用RES2DINV 軟件進行反演，進行異常分析。

2.3 探測成果解譯

2.3.1 探底雷達成果解譯

據雷達掃描成圖分析可知，8 條雷達測線的解譯結果一致，因此截取測線R1—R1′的K30+750～K30+770 m 區段進行說明。由圖4 可以看出，局部雷達振幅相對較大，同相軸較連續；結合現場情況推測，在測線探測范圍內，無明顯反射異常。

圖4 測線R1—R1′中K30+750～K30+770 m 區段雷達探測成果圖

2.3.2 高密度電法成果解譯

圖5 為高密度電阻率法數據處理圖，結合物探成果剖面與地質資料，對高密度電阻率法探測成果進行解譯。產生中低阻響應和小范圍低阻響應的區段有測線G1—G1' 的K30+700～K30+750 m 和K30+785～K30+795 m 區段，測線G2—G2'的K30+790～K30+800 m區段，測線G3—G3'的K30+800～K30+820 m 區段，測線G4—G4'的K30+800～K30+850 m 區段，測線G5—G5' 的K30+720～K30+740 m 區段，測線G6—G6' 的K30+810～K30+830 m 區段，推測這些區段巖體較破碎，圍巖自穩能力較差，可能發育有節理裂隙、巖溶裂隙。產生中高阻響應和高阻響應的區段測線G2—G2'的K30+618～K30+770 m 和K30+840～K30+902 m 區段，測線G3—G3' 的K30+618～K30+770 m 和K30+840～K30+902 m 區段，測線G4—G4' 的K30+670～K30+770 m 區段，測線G5—G5'的K30+620～K30+720 m區段，測線G6-G6'的K30+620～K30+770 m 區段，推測這些區段巖體較完整，圍巖自穩能力較好。

圖5 高密度電法測線數據處理成果圖

3 結論

1）探測場地路線位于中低山丘陵地貌，根據對物探測線結果歸納、分析，結合地表地質調查，該區覆蓋層超過15 m，路基以下15 m 范圍內暫未發現土洞及溶洞發育。

2）根據探測現場的環境、探測目的以及地基的深度范圍，物探工作選擇了合適的測線距離和點距，但是仍然可能遺漏尺度較小的地基巖溶；此外，由于地球物理勘探是以物性參數差異為基礎來推測地下介質的尺度、埋深等分布特征，可能會存在誤差。