復雜巖溶路基的勘察與分析

毛明軍 張書華 趙中華

(1.湖北省地球物理勘察技術研究院,湖北 武漢 430056；2.三峽大學科技學院，湖北 宜昌 443002； 3.湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443002)

復雜巖溶路基的勘察與分析

毛明軍1張書華2趙中華3

(1.湖北省地球物理勘察技術研究院,湖北 武漢 430056；
2.三峽大學科技學院，湖北 宜昌 443002； 3.湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443002)

針對貴州省惠水—興仁高速公路第18合同段K165+400～K166+500段路基存在的地質問題，采用巖溶地質調查、溶洞實際測量、鉆探、高密度電法、電磁波CT等多種勘察方法，相互驗證，查明了場地巖溶發(fā)育特征、巖溶分布狀態(tài)及溶洞規(guī)模，提出了路塹巖溶治理方案。

路塹，巖溶，物探，地質調查

1 概述

1.1 地質調繪

K165+400～K166+500段路基溶洞很發(fā)育，斜坡側面溶洞出露。重點調查溶洞附近200 m范圍內的溶洞及地下暗河的進出口(或可能的匯水面積位置)。對溶洞進行了工程測量。測量采用全站儀按坐標測量，部分全站儀不能打到的點采用皮尺、羅盤進行輔助測量，并就溶洞發(fā)育情況走訪了當?shù)囟辔桓浇昙o大的村民。

1.2 鉆探

本次分析完全采用了原有的鉆探資料。逐步排除溶洞位置，以查明溶洞的側、頂板高程及厚度及發(fā)育范圍走向、地下暗河發(fā)育的標高。鉆探施工按孔位坐標放點施工，鉆孔深度和鉆探工作量根據(jù)地質條件及路基挖方深度確定。根據(jù)開挖的情況，修正了斷面主要鉆孔的地層分層情況。

1.3 物探

本次分析完全采用了原有的物探資料。針對互通區(qū)巖溶發(fā)育特點、規(guī)模和對路基的影響，在對各種物探方法進行了認真比較后，我們選擇高密度電法(施倫貝爾裝置)和電磁波CT法作了綜合物探，并將物探成果與鉆孔資料、地質調繪進行了對比印證。物探按路線縱橫方向作測網(wǎng)布置，進行面積性勘探，從印證結果來看，地面物探效果不顯著，主要受地形條件等復雜因素的影響較為嚴重。相對而言，孔內物探(電磁波CT)效果要好些。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

該段路基屬構造溶蝕殘丘坡地地貌，地勢波狀起伏，丘頂渾圓，地面高程在1 304 m～1 248 m，相對高差約56 m，附近有1條寬約5 m～10 m的小河。地表已開挖暴露出中風化基巖。微地貌有高速公路、縣道、村莊等。

2.2 地層巖性

2.3 地質構造

勘察區(qū)處于興仁—貞豐短軸向斜北翼，該向斜南北兩翼分別由中～下三迭統(tǒng)碳酸鹽巖組成，翼部寬緩巖層傾角變化較大，路線基本沿向斜北翼布置。地層傾向100°～178°，傾角6°～23°，路塹右邊坡為順向及斜交順向邊坡結構。受褶皺的影響，發(fā)育多組節(jié)理，間距0.4 m～2.0 m，從放炮震塌的斷面明顯看出，巖體已被切割成塊狀及大塊狀，震塌物為板狀和塊狀塊石及泥塊、泥皮。

3 橋址巖溶分布特征及規(guī)律

本次勘察采用了地質調查、工程測量、鉆探、物探相結合的綜合勘探方式，幾種方式相互驗證，以進一步查明互通區(qū)巖溶分布的范圍及規(guī)律(溶洞走向、推測暗河與線路關系及鉆孔布置情況見地質平面圖)。

3.1 地質調查

利用原先的成果，在K165+404發(fā)育溶洞，進洞口標高約1 276 m，洞口大致呈三角形(最大高度約2 m,長3 m)，進口處地勢較為平緩，基巖裸露。洞內人工調查長度為270 m，最大洞高23 m，分布于K165+500右3.0 m附近，根據(jù)鉆孔及地質調查資料，溶洞頂板厚度在2 m～17 m，靠近進洞口一帶頂板厚度較薄。

洞內發(fā)育有地下暗河，根據(jù)在暗河投放鋸末做連通性觀察，暗河出口位于K165+395左66 m處，出口狹長低矮，標高約1 257 m，雖然當?shù)卮迩f已通自來水，但該暗河還是為當?shù)卮迕竦闹饕钏醇稗r田灌溉用水，不能阻斷水源。該暗河在K165+477右8.5 m溶洞底板處下潛向南排泄，是為另一下層溶洞，洞口為2 m寬，1 m高，洞口四壁有軟土分布，底部為礫石。暗河與線路相交的位置大致在K165+440～K165+470之間，根據(jù)洞內水的流速及暗河出洞口標高推測，暗河標高在1 257 m～1 259 m左右。受黔西南地區(qū)干旱影響，調查期間暗河水量較小，流速緩慢，水深0.3 m～0.5 m之間，水量主要受降雨量控制。根據(jù)洞內沉積物推測，暗河最高水位3 m～4 m，造成水位變幅大的原因為強降雨期間暗河來水量驟然加大，而暗河出洞口相對狹窄，排泄不暢產生。

洞內巖石受上部開挖施工及老路施工爆破影響沿層面坍塌強烈，坍塌的塊石顏色新鮮，本次調查根據(jù)溶洞走向分斷面進行測量各段情況如下：在調查區(qū)內溶洞發(fā)育軸線由西向東發(fā)育，以正北為0方位計，溶洞方位260°～273°～293°，起點于封閉天窗(K165+441右8.3)，終點于關興公路封閉天窗(YK166+225右15)，在里程K165+475路基右側露肩處下切轉向北西發(fā)育，同時暗河流向東南；洞高一般12 m，最大洞高23 m，暗河出口位于K165+395左66 m處，出口狹長低矮，標高約1 257 m。調查和實測溶洞頂板厚度在2 m～17 m之間，靠近進洞口一帶頂板厚度較薄，(溶洞走向、推測暗河與線路關系見地質平面圖)。巖溶管道水，其匯水面積極大，黔西南州遭遇百年一遇的旱災，地下暗河依舊沒有斷流，暗河流量大于80 L/s。

頂板高程、溶洞寬度表述：在里程YK166+190路基右側露肩處溶洞天窗處由于兩條溶洞匯合，溶洞空間很大，洞寬8 m～12 m，洞頂寬5 m～8 m，洞頂高程西至東為1 287.3-1 284.1-1 276-1 268.6-1 274.3-1 275.1，全長約150 m，該段對路基影響大，存在安全隱患，溶洞頂板標高情況詳見溶洞走向斷面圖。

具體溶洞走向：起點沿260°方位角近水平延伸38 m，最大寬度約9 m，最大洞高約6.6 m，無水，洞內發(fā)育有鐘乳石及石幔等，底部坑洼不平。堆積有坍塌塊石。又沿方位角220°延伸發(fā)育，長約52.6 m，寬5 m～9 m，最大洞高約12 m，洞內坍塌強烈，能聽到下面暗河水流聲音；其中該段在45.6 m處沿約35°斜坡向下6 m后水平沿延伸7 m。第3段，沿312°方向延伸13.5 m，寬約6.3 m，最大洞高16 m，該段可見暗河流過，水質清澈，在此處根據(jù)殘留沖積物推測最高水位3 m～4 m，溶洞被大量坍塌塊石、巨石堵塞，人工無法沿暗河行走。緊接著沿垂直的巖石裂隙(約在K165+500右10)向上攀爬約5.5 m，該段沿220°方向延伸17 m，最大洞高約11.6 m，寬9 m，地表主要為坍塌的塊石，最大塊石的直徑大于3 m，推測塊石堆積厚度6 m～8 m之間，可聽見暗河水流聲。后沿273°方向垂直向下5 m后近水平延伸26 m，可聽見水流聲，最大高度11 m，寬8 m，洞內坍塌嚴重，無法看見洞底部的暗河。后沿290°方向延伸15 m，洞內坍塌強烈，最大洞高15 m，寬8 m，可聽見水流聲。又沿陡坎向下約10 m，洞高約23 m，沿273°方向延伸約20 m，到達關興路封閉段，可聽見輕微的流水聲。

3.2 電磁波CT

本次共完成LZK401～LZK402～LZK403，LZK501～LZK502～LZK503等6孔之間4對電磁波CT測試，結合地質情況，各CT剖面探測成果解釋如下：

LZK401～LZK402：地表以下5 m～12 m，電磁波吸收系數(shù)為0.6 dB/m～0.9 dB/m，巖體較破碎；地表以下12 m～23 m，電磁波吸收系數(shù)為1.0 dB/m～1.4 dB/m，巖體裂隙及地下水發(fā)育；23 m～25 m以下為較完整巖體，電磁波吸收系數(shù)為0.1 dB/m～0.5 dB/m。

LZK402～LZK403：地表以下3 m～8 m，電磁波吸收系數(shù)為0.6 dB/m～0.9 dB/m，巖體較破碎；地表以下12 m～22 m，電磁波吸收系數(shù)為1.0 dB/m～1.4 dB/m，巖體裂隙及地下水發(fā)育；23 m～25 m以下為較完整巖體，電磁波吸收系數(shù)為0.1 dB/m～0.5 dB/m。位于鉆孔LZK402和LZK403中間，地下24 m～25 m(高程約1 250 m)有封閉異常，電磁波吸收系數(shù)為1.0 dB/m～1.2 dB/m，推測為暗河位置。

LZK501～LZK502：地表以下3 m～8 m，電磁波吸收系數(shù)為0.1 dB/m～0.5 dB/m，巖體較完整；地表以下8 m～20 m，電磁波吸收系數(shù)為1.0 dB/m～1.4 dB/m，巖體裂隙及地下水發(fā)育；20 m以下為較完整巖體，電磁波吸收系數(shù)為0.1 dB/m～0.5 dB/m。

LZK502～LZK503：地表以下3 m～20 m，電磁波吸收系數(shù)為1.0 dB/m～1.4 dB/m，巖體裂隙及地下水發(fā)育；20 m～30 m為較完整巖體，電磁波吸收系數(shù)為0.6 dB/m～0.9 dB/m。位于鉆孔LZK502和LZK503中間，地下31 m～33 m(高程約1 255 m)有封閉異常，電磁波吸收系數(shù)為1.0 dB/m～1.4 dB/m，推測為暗河位置。

本次探測發(fā)現(xiàn)兩處封閉異常，電磁波吸收系數(shù)1.0 dB/m～1.4 dB/m，推測為暗河位置。分別位于LZK402(CK0+367)～LZK403(CK0+387)之間及LZK502(K165+468)～LZK503(K165+488)之間，高程分別約為1 250 m和1 255 m。

3.3 鉆探

為查明溶洞頂板厚度，驗證人工調查、高密電法所確定的溶洞范圍及配合電磁波CT查明地下暗河發(fā)育標高及規(guī)模，路基工程地質勘察共完成了鉆孔13個。

4 結語

1)路基段存在的不良地質問題主要為巖溶及巖溶地基穩(wěn)定性，是本次工程地質勘察的重點。通過采用鉆探、物探和工程地質調查綜合勘探手段的相互驗證與補充，較詳細查明了場地巖溶發(fā)育條件，發(fā)育特征和巖溶分布狀態(tài)、溶洞規(guī)模。

2)在人工地質調查推測隱伏段地下暗河發(fā)育段布置了6個鉆孔，并在鉆孔之間做了跨孔CT，從三維立體的角度對路基段地下暗河進行了探測，較詳細地查明了地下暗河的發(fā)育特征和規(guī)模。地下暗河埋深25 m左右，最大埋深大于30 m，因路基挖方較小，故地下暗河對路基穩(wěn)定性無影響。

3)根據(jù)溶洞調查成果，溶洞主要影響全段路基穩(wěn)定，其埋深相對較淺，工程處理較為方便，建議對該段采取人工爆破的方式進行填埋處理。因地下暗河在該段溶洞底部出露，施工中應避免堵塞暗河管道，堵塞水源，溶洞延伸到了原關興公路路基的下方，關興公路運營多年未出現(xiàn)路基塌陷等不良地質現(xiàn)象，說明該段路基整體是穩(wěn)定的。

4)安全隱患區(qū)段為K165+442.5～YK166+190段，該段鈣質泥(頁)巖、角礫狀白云質灰?guī)r、白云質灰?guī)r互層分布，前兩種為軟質巖，白云質灰?guī)r為較硬巖。從揭露斷面層位深度范圍可看出，軟質巖所占厚度比硬巖大。根據(jù)附近工點鉆孔資料情況說明，角礫狀白云質灰?guī)r巖芯破碎～極破碎，鈣質泥(頁)巖易軟化。較硬巖白云質灰?guī)r實測厚度22 cm～41 cm不等，節(jié)理密度1.2 m/條～1.5 m/條，局部及放炮震動部位可達0.8 m/條～1.0 m/條。上述情況導致洞頂巖體易坍塌，在溶洞底板隨處可見板狀、塊狀巖體。故需綜合考慮頂板安全厚度問題。

Investigation and analysis of complex karst subgrade

Mao Mingjun1Zhang Shuhua2Zhao Zhonghua3

(1.HubeiProvinceInstituteofGeophysicalProspectingTechnology,Wuhan430056，China; 2.CollegeofScienceandTechnologyofChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China; 3.HubeiQingjiangHydropowerDevelopmentCo.，Ltd，Yichang443002，China)

Aiming at the Guizhou province of Huishui to Xingren expressway section of the eighteenth contract K165+400 ～ K166+500 subgrade geological problem, uses the karst geological survey, cave of actual measurement, drilling, the high density resistivity method, electromagnetic wave CT and other survey methods, mutual authentication, in detail to identify the conditions of the site the karst, development characteristics and distribution of karst cave state, scale, proposed cutting karst management measures.

cutting, karst, geophysical exploration, geological survey

1009-6825(2015)02-0136-02

2014-11-04

毛明軍(1972- )，男，工程師； 張書華(1984- )，女，碩士，講師； 趙中華(1977- )，男，高級工程師

U416.1

A