CN105300444A - 一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法，该方法通过在峡谷谷坡处开挖一条水平探洞到溶洞处，若溶洞为填充溶洞时，将探洞末端断面扩大形成作业房，作业房内安装地质钻机进行溶洞勘探作业，若溶洞为半充填或无充填溶洞时，则只需将水平探洞与溶洞连通即可，本发明可实现近距离对溶洞充填物取样分析测试，在提高溶洞勘察精度的基础上，可明显节省钻探工程量、勘探费用并缩短勘察周期。

Description

一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法

技术领域

本发明涉及一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法，属于喀斯特峡谷谷坡地下埋藏型岩溶洞穴探测技术领域。

背景技术

随着国民经济和社会主义建设事业的发展，重大基础设施建设过程中遇到了一系列的岩溶工程地质问题。如某铁路大桥位于贵州省六盘水市境内的崇山峻岭之中，大桥以８０°交角横跨北盘江深切峡谷，该段河流强烈下切，岸壁近于直立，左岸３＃主墩位所在的左岸（水城端）陡崖高１５８ｍ，呈直立状，崖底约有３ｍ高的倒悬岩腔，陡崖顶部斜坡自然纵坡３２°～３５°，３＃主墩位距眉峰约50ｍ，主墩基坑后壁在标高1080ｍ左右发育３处溶洞。另一通过恩施市白果镇的铁路隧道出口工区施工至DK232+467时揭示1#大型溶洞，溶洞长轴与线路平行，底部轴长171m，横向宽度65m，溶洞最底部距路肩高度76m，距地表高度为110m。贵州某水利工程，水库帷幕灌浆廊道开挖施工过程中，于桩号K0+238～0+296m范围揭露一大型充填溶洞，溶洞长度约58m，最大高度约30m，最大宽度约30.7m。

地下溶洞对交通隧道及水利工程引水隧洞围岩稳定性、对各类地下建筑物围岩稳定、对峡谷两岸跨河大桥墩台基础稳定、对水利工程拦河大坝基础稳定、对地下防渗工程安全以及工程处理方案研究等，先决条件在于查明溶洞发育形态特征及空间分布规律，对于地下埋藏型溶洞，由于人不能进入洞内开展人工探测，以往常常是依据地面少数几个勘探钻孔，只能大致探测溶洞深度，对溶洞充填物性质、形态特征、空间分布难以勘察清楚，而且，对于山区峡谷场地，由于溶洞深埋，地面勘探钻孔深，勘探工作费时费力、勘探成本高，投入大、效果差。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的缺陷，提供一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法，该方法实现近距离对溶洞充填物取样分析测试，在提高溶洞勘察精度的基础上，可明显节省钻探工程量、勘探费用并缩短勘察周期，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案

一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的实用方法，该方法主要通过在河谷谷坡附近开挖一条断面最小、长度最短（端面最小指尺寸以能通过人员和设备即可，长度最短指在实际现场开挖水平探洞的最小成本的长度）的水平探洞到溶洞边缘，并将探洞末端断面扩大开成城门洞型当作业房（作业房横截面为拱形城门结构，尺寸为3.6﹡4.1m，长度为3m～5m），作业房内安装地质钻机进行溶洞勘探作业。

本发明为了能够近距离接触地下埋藏型岩溶洞穴，通过在峡谷岸坡寻找到距离初勘阶段发现地下埋藏型岩溶洞穴最近位置，开挖一条断面最小的平洞，在平洞初步揭露溶洞充填物位置，依据现行有效的《土工试验方法标准》规定的环刀法取样采取原状土样进行相关土工试验。也可根据工程需要，在岩土层原来所处的位置、基本保持岩土天然结构、天然含水量和天然应力状态下进行原位测试，测定岩土的工程力学性质指标，如静力触探、动力触探、标准贯入试验、十字板剪切、旁压试验、静载试验、扁板侧胀试验、应力铲试验、现场直剪试验、岩体应力试验、岩土波速测试等，取得不扰动土样的有关工程力学性质，避免取样过程中应力释放的影响，试验获取的岩土样关工程力学测试指标代表性强。

本发明为了能通过钻探查明地下埋藏型充填溶洞的形态、空间分布特征，较佳的技术方案还有，在探洞末端洞室作业房内，设计放射状钻孔，通过放射状钻孔进行溶洞的勘探作业，从空间上看，作业房内布设的钻机如同一个放射源，通过对一个个放射状钻孔钻探资料的观察、判断，区分各个钻孔揭露的溶洞充填物与溶洞周缘洞壁岩体，各钻孔探明的溶洞深度已经明了，假定钻机机位为坐标原点，再将各钻孔探明的溶洞边缘投在空间三维坐标内，则地下埋藏型充填溶洞的形态、空间分布特征即可直观呈现。

本发明为了查明溶洞横向发育形态特征，比较理想和特殊的技术状态还有，通过河谷谷坡开挖的水平探洞到溶洞边缘后，发现溶洞为半充填或无充填溶洞，直接进行溶洞地质编录，这种理想技术条件，可直观探测喀斯特洞穴和溶蚀裂隙位置、形态、连通性、充填物质组成和密实程度，并观测溶洞区的如下岩土工程于质特征：⑴溶洞发育地层、岩性特征、岩性界线、岩层产状、单层厚度，特别控制岩溶发育的地质构造产状、延伸情况、结构特征、破碎情况等特征；⑵溶洞周缘层间剪切带、节理裂隙或裂隙密集带，特别是峡谷岩坡影响边坡稳定的缓倾角结构面的位置、产状、宽度、延伸情况、性状、交汇和切割情况，褶曲的形态、轴面位置及主要特征；⑶岩体风化、卸荷特征及其分带，⑷地下水出露点和地表水入渗点的位置、流量、水温、水质等。

本发明由于需在峡谷岸坡施工探洞，而山区峡谷汛期常常遭遇洪水威胁，为避免峡谷洪水漫进探洞引发安全事故，本发明特别要求探洞进口高程须高于峡谷洪水位高程，这就要求，实施本发明的探洞之前，需调查峡谷常年洪水位高程，探洞进口布置在峡谷洪水位之上，并预留一定的超概率洪水位。

本发明适用于山区峡谷地带，在探洞末端的洞室作业房，考虑到柴油发动机工作时会排放气态污染物和颗粒物，由于职业安全与健康的需要，地质钻机的施工作业不能使用常规的柴油发动机驱动钻进，而山区峡谷地带离工点场地附近可能缺乏动力电源，这就要求在洞外露天配备柴油发电机等发电设备，动力电源通过电源线路接入作业房，为地质钻机的施工作业提供动力电源。

本发明与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用本发明的方法进行峡谷岸坡深埋地下大型溶洞的勘探，在同等经费的勘探投入条件下，可大大提高深埋地下大型溶洞的勘探精度，为地下洞室围岩稳定及地面建筑基础稳定分析、峡谷区跨河大桥墩台基础稳定、水利水电地下防渗工程安全研究等提供较准确的基础地质资料。

2、由于峡谷岸坡地下大型溶洞埋深大、溶洞影响区范围广，以前通过地面钻孔进行溶洞勘探，地面钻孔钻进过程中若遇溶洞，可能造成钻孔报废，而在处理溶洞段的钻孔过程中，费时费力，并造成勘探工期的延长和影响重大基础设施建设进度。

3、采用本发明介绍的勘探方法，由于钻孔钻进岩土层主要为溶洞充填物即松散地层（Ⅲ～Ⅳ类）钻探，而传统地面钻探方法主要钻进地层为V类地层，根据国家计委、建设部发布的《工程勘察设计收费管理规定》（计价格[2002]10号），Ⅲ、Ⅳ类钻探单价（孔深30m以内）分别为176元/m、311元/m，V类地层钻探加权平均单价（孔深大于100m）大致为631元/m大大推进了勘探进度，仅从钻探单价上看，本方法钻探进尺单价低，考虑到地面钻探通常进尺量大，因此，采用本方法可明显节省勘探工作经费。

4、采用本发明介绍的勘探方法，技术人员能近距离接触溶洞充填物，可有效遵循现行《土工试验方法标准》规定采取原状土样和进行原位测试，避免钻探取样过程中岩土应力释放的影响，试验获取的岩土样关工程力学测试指标代表性强。

5、本发明将地质钻机工作动力置于作业房外，避免了洞室业房内直接使用柴油发动机时排放气态污染物和颗粒物对钻机操作人员健康及安全的影响，专利使用人能有效践行以人为本、尊重员工、爱护员工、善待员工的企业精神。

附图说明

附图1是为实施例一的结构示意图；

附图2是为实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明用作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

本发明的实施例一：如附图1所示，在甲水库工程中，某地面垂直钻孔7钻进时在孔深158.80～161.50m进尺较快、提钻后钻具带出黄色粘土的现象，根据岩溶地区地质钻探作业常识，初步判断地下有溶洞，从地面地质测绘成果分析，该溶洞属埋藏型充填溶洞，此时，为查清地面钻孔揭露溶洞平面分布范围及充填物特征，则需布置网格状勘探钻孔，按网格间距20﹡20m布置钻孔，初估钻孔数量约6孔，按单孔孔深180m计，共需安排约1080m的钻探量，按650元/m单价估算，钻探投入估算约70万元；按正常情况下平均一台钻机日钻进量15m计，共需花费工日约72天；采用本发明的勘探技术方法，通过河谷岸坡施工一长约150m、断面2*2m的水平探洞6至溶洞8处，并在溶洞附近扩大探洞断面成3.6﹡4.1m的城门洞型当作业房5（该作业房横截面为拱形城门结构，尺寸为3.6﹡4.1m，长度为3m～5m），在作业房内安装钻机，设计放射状钻孔4，进行溶洞勘探作业，共施工了46个钻孔，总进尺562m。采用本发明的技术方法，从勘探投入看，溶洞覆盖层钻探成本约10万元，150m探洞施工成本约22万元，探洞施工直线工期约30天，钻探施工直线期约28天；采用本发明的勘探技术方法，明显缩短了勘察周期、降低了勘察成本，单从对溶洞形态特征的探测上看，本发明的方法比传统方法精度高。

本发明的实施例二：如附图2所示，在已水库工程中，某地面垂直钻孔一1钻进时在孔深123.30～125.10m出现掉钻现象，根据岩溶地区地质钻探作业常识，初步判断地下有溶洞，从地面地质测绘成果分析，该溶洞属埋藏型充填溶洞；此时，为查清地面钻孔揭露溶洞平面分布范围及充填物特征，则需布置网格状勘探钻孔，按网格间距20﹡20m布置钻孔，初估钻孔数量约6孔，按单孔孔深130m计，共需安排约780m的钻探量，按650元/m单价估算，钻探投入估算约50万元；按正常情况下平均一台钻机日钻进量15m计，共需花费工日约52天；采用本发明的勘探技术方法，通过河谷岸坡施工一长约120m、断面2*2m的水平探洞一3至溶洞一2附近后，发现该溶洞无充填，最后，地质工程师通过探洞一3进入溶洞一2，直接开展溶洞地质测绘，详细查清了溶洞发育特征，为水库大坝设计提供了详细而准确的地质资料，本发明方法在此次实施中，勘察周期缩短了20天，勘察成本节约了将近30万元，采用本发明的勘探技术方法，大大缩短了勘察周期、降低了勘察成本，而且详细查明了溶洞形态特征，相比传统地面勘探方法，对溶洞的勘察精度明显提高。

Claims (5)

1.一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法，其特征在于：该方法通过在峡谷谷坡处开挖一条水平探洞到溶洞处，若溶洞为填充溶洞时，将探洞末端断面扩大形成作业房，作业房内安装地质钻机进行溶洞勘探作业，若溶洞为半充填或无充填溶洞时，则只需将水平探洞与溶洞连通即可。

2.根据权利要求1所述的一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法，其特征在于：水平探洞的进口端高程高于峡谷洪水水位高程。

3.根据权利要求1所述的一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法，其特征在于：所述作业房截面为拱式城门结构，其长度为3m～5m。

4.根据权利要求1所述的一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法，其特征在于：当溶洞为填充溶洞时，在探洞末端洞室作业房内，朝着溶洞方向设计放射状钻孔，通过放射状钻孔进行溶洞的勘探作业。

5.根据权利要求1所述的一种峡谷岸坡深埋地下大型溶洞形态特征勘探的方法，其特征在于：动力电源放置在水平探洞外，并通过电线与作业房内的钻机连通。