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

巖溶地區(qū)多地形復雜、基巖面起伏大、不良地質(zhì)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(qū)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(nèi)，減小了測量的體積效應，且數(shù)據(jù)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(zhì)基礎，通過觀測與研究人工建立的地中電場的分布規(guī)律解決工程地質(zhì)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(nèi)，并由此產(chǎn)生孔內(nèi)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(shù)據(jù)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(qū)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(qū)。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪，場區(qū)無斷層通過，巖層產(chǎn)狀為70°∠41°。

橋區(qū)上覆土層為第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土、第四紀沖洪積層卵石土，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)關嶺組第二段灰?guī)r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(nèi)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(zhì)粘土；0.5-4.0m，強風化灰?guī)r夾泥巖；4.0-29.5m，中～微風化灰?guī)r夾泥巖。

ZK53：孔口高程為1293.053m，0-0.5m，粉質(zhì)粘土；0.5-3.0m，強風化灰?guī)r夾泥巖；3.0-30.0m，中～微風化灰?guī)r夾泥巖；30.0-32.6m，溶洞：無充填；32.6-41.3m，中～微風化灰?guī)r夾泥巖。

根據(jù)跨孔電阻率CT 法的工作原理并結合現(xiàn)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(qū)，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(qū)，與CD57 鉆孔25.0-26.4m 的無充填溶洞位置一致。

2）根據(jù)反演圖上低阻異常區(qū)的形態(tài)、位置、規(guī)模等特征，推斷CD57 鉆孔13.2-16.3m 的無充填溶洞發(fā)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(shù)值低，判斷CD57 鉆孔右側(cè)部分溶洞充填粘土等物質(zhì)。

CD57 鉆孔25.0-26.4m 段無充填溶洞，成果圖上根據(jù)視電阻率數(shù)值，判斷溶洞發(fā)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(zhì)粘土；2.0-5.0m，強風化灰?guī)r夾泥巖；5.0-16.0m，中～微風化灰?guī)r夾泥巖；16-16.8m，溶洞：無充填；16.8-33.1m，中～微風化灰?guī)r夾泥巖。

ZK53+2：孔口高程為1298.388m，0-4.1m，強風化灰?guī)r夾泥巖；4.1-15.6m，中～微風化灰?guī)r夾泥巖；15.6-19.3m，溶洞：無充填；19.3-32.3m，中～微風化灰?guī)r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(qū)，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(qū)。

2）反演圖像在上部已知溶洞位置處均顯示為高阻區(qū)，且相互間沒有明顯的低阻斷裂區(qū)，經(jīng)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(guī)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(jù)為溶洞底板巖體一般較頂板巖體潮濕，測量常呈現(xiàn)低阻顯示。

3）CD57 鉆孔深25.0-26.4m 段溶洞主要向斷面右側(cè)發(fā)育，規(guī)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(shù)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(tài)、規(guī)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。