岩溶发育区地质勘察及岩溶精准探测技术.pdf
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1、建筑资讯建 筑 技 术 开 发 19Building InformationBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月岩溶发育区地质勘察及岩溶 精准探测技术施 伟1,龚 伦2,3(1.中铁开发投资集团有限公司,云南昆明 650500;2.西南交通大学土木工程学院,成都 610031;3.交通隧道工程教育部重点实验室,成都 610031)摘要 为了确保盾构法在岩溶发育区隧道施工中顺利、安全、快速掘进,本次勘察在施工前试验了钻探(常规向下的钻芯及取样)及物探(采用地质雷达法、微动探测法、瞬变电磁法、跨孔CT法、管波和陆地声纳法等地表及洞内物探技术)相
2、结合的综合勘察方法,各探测方法间相互多次验证并综合工程数据实际进行推断和结果分析处理,最终选择用微动、陆地声纳法结合跨孔CT准确探测了大小1 m及以上的溶洞及溶蚀裂隙、含水构造等,探明了岩溶发育区等不良地质的岩土分界线、厚度及埋深等情况,基本上将线路沿线全部溶洞的大小规模、发育情况和与隧道洞身的相互位置关系都探明清楚并分析得到了一系列成果数据。关键词 岩溶勘察;贵阳地铁;微动技术;陆地声纳法;跨孔CT法 中图分类号U 442.2 文献标志码A 文章编号1001-523X(2023)08-0019-04GEOLOGICAL SURVEY OF KARST DEVELOPED AREAS AND
3、PRECISE KARST DETECTION TECHNOLOGYShi Wei,Gong Lun AbstractIn order to ensure the smooth,safe and rapid excavation of the tunnel construction in the karst zone by the shield method,in this survey,a comprehensive survey method combining drilling(conventional downward drilling and sampling)and geophys
4、ical prospecting(using geological radar method,micro-motion detection method,transient electromagnetic method,cross-hole CT method,tube wave and land sonar method and other geophysical exploration techniques for the surface and cave)was tested before construction.The detection methods have been veri
5、fied multiple times with each other and the actual engineering data is integrated for inference and result analysis and processing.Finally,the micro-motion,land sonar method and cross-hole CT are used to accurately detect caves,dissolution fissures,and water-bearing structures with a size of 1 m and
6、 above.The geotechnical boundary,thickness,and depth of the rock and soil of the karst development zone and other unfavorable geology have been proved.Basically,the size and development of all caves along the line and the mutual positional relationship with the tunnel body are clearly ascertained an
7、d a series of results data have been obtained.Keywordskarst survey;Guiyang metro;microtremor exploration;land sonar;cross-hole CT method以贵阳地铁3号线师范学院站岩溶探测为例,为了全面地揭示场地岩溶的空间分布特征,研究了地质雷达法、跨孔弹性波CT、微动、高精度瞬变电磁法、管波探测技术、陆地声纳法的具体应用效果,据此提出最优的综合物探方法,为地铁工程建设提供可靠的基础地质资料。1 工程概况1.1 区间简介贵阳市轨道交通3号线一期工程师范学院站东风镇站区间盾构段位
8、于贵阳市乌当区,自师东区间明挖段大里程端始发,沿新东路自西向东敷设,经高新路与新东路交叉口进入东风大道,最终到达东风镇站小里程端盾构接收井。沿线主要下穿贵广高铁,侧穿诚信机械厂、东风镇供电所。1.2 初勘地质成果根据初勘成果资料,本场地岩土层主要划分为第四系人工填土,冲洪积粘土、粉质粘土、卵石,残坡积红粘土,下伏基岩以层状岩体为主,主要为白垩系强中风化泥岩,三叠系强中风化石灰岩。本工点沿线下伏基岩主要以石灰岩等可溶性碳酸盐岩为主,岩溶为本场地主要不良地质,场地岩溶发育程度中等。初勘已施工的57个钻孔中,3孔揭示溶洞,遇洞率5.3%,线岩溶率0.84%。揭示溶洞洞径最大5.4 m,最小洞径1 m
9、,2个全充填,充填物为可塑粉收稿日期:20230407作者简介:施伟(1970),男,安徽黄山人,高级工程师,主要研究方向为盾构机适应性。建筑资讯建 筑 技 术 开 发20 Building InformationBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月质粘土。2 岩溶勘察(1)查明盾构区间洞身、矿山区间和暗挖车站结构影响范围内土洞(空洞)、岩溶及疏松土体等不良地质体发育的大小规模、发育情况、平面位置和埋深情况。(2)查明沿线场地内覆土层的性质、分布情况以及厚度、埋深等情况,并划分土石分界线。(3)查明溶洞的充填类型以及充填物的性质。对充填型及
10、半充填型溶洞内的充填物进行取样和原位测试工作,提供岩溶填充物物理力学参数。根据前期勘察资料、工作任务要求及场地环境情况,本次岩溶勘察工作主要采用地质雷达、跨孔CT、管波、微动、瞬变电磁、陆地声纳及钻探方法相结合的综合勘察手段,以查明基岩面及溶洞发育 规模。浅地表土洞、岩溶、疏松土体的勘察工作采用地质雷达方法,并采用陆地声纳精细探明溶洞及岩溶发育特征,中深部土洞、岩溶、疏松土体的勘察工作采用跨孔CT、管波、微动、瞬变电磁,其中微动和瞬变电磁主要探查埋深较深的岩溶,微动探查深度范围为地表以下540 m内,下穿山体段隧道的岩溶探查工作采用瞬变电磁方法,探测深度为地表以下5200 m内,钻孔配合跨孔C
11、T实施用于岩溶探测目标区域的探查,而管波用于探测孔旁一定范围内的溶洞、溶蚀裂隙、软弱夹层等不良地质体。3 成果分析3.1 不同勘探方法所得成果展示(1)地质雷达法。本次师范学院站东风镇站区间浅地表05 m内地质雷达探查未发现明显的土洞及溶洞异常,共推断43处松软土体发育区,对松软土体异常在沿测线水平方向(宽度)和垂直方向(高度)的发育规模进行统计。按宽度规模统计:小于2.0 m宽的异常有19处,占44.2%;2.03.0 m宽的异常有18处,占41.9%;大于3.0 m宽的异常有6处,占13.9%。按高度规模统计:小于2.0 m高的异常有40处,占93.0%;2.03.0 m高的异常有1处,占
12、2.4%;大于3.0 m高的异常有2处,占4.6%。(2)微动和高精度瞬变电磁法。微动剖面长度为39 m,设WDsd0115每3 m一个,共设置15个测点。从微动视横波速度剖面,地层层状特征较为明显,参照地勘资料,地表以下30 m深度范围可分为2层:第1层,第四系覆盖层,Vs=100800 m/s,层厚约26 m;第2层,岩性以风化石灰岩,Vs 800 m/s。依据物探解释原则,在中心里程为ZDK46+409、+417、+420有3个相对明显的低速圈闭异常,分别标识为ZRD19、ZRD25、ZRD26,推断解释为溶洞,与弹性波CT溶洞异常吻合较好。(3)跨孔CT法。跨孔CT法有跨孔弹性波CT法
13、和跨孔电磁波CT法。本次测量使用跨孔电磁波CT法,工作频率为1632 MHz扫频,主要工作频率为24 MHz,从测量的电磁波CT成果分析:空洞异常,视吸收系数在5.06.5 dB/m,吸收强烈,存在物性差异,而地表覆盖层一般在5.0 6.0 dB/m,因其成分和颗粒度不同有所差异,加上溶洞的边界形状极为复杂,故解释的岩溶发育区内可能包含局部土体及孤立的小规模岩块。(4)管波探测法。探测结果处理以ZCTsd04钻孔处为例。从管波探测解释成果来看,孔内基岩面清晰,溶洞、溶蚀破碎区发育规模、位置与钻探资料吻合;钻探发现的规模(直径)超过0.5 m的溶洞,在管波解释成果中均有异常反映,且大部分溶洞延伸
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