CN108089237A - 一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，先采用地质分析法分析地质地貌；随着基础开挖，采用红外线温度探测法和地质钻探测法确定地层岩石的性质和岩性的分布及分界面；确定后续的地质雷达探测以及声波反射法测试的测线和测点的位置；在上述基础基槽开挖完成后，进行测线和测点划定，采用地质雷达探测法进行地质雷达的线性扫描；最后进行声波反射法测试。本发明提供的探测方法为多种检测方法合理有效的结合，采用定性判断与定量判断相结合，减少大量现场实施过程中占用施工的有效时间。且所采用的雷达检测设备实用性强，操作简单、方便。

Description

一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法

技术领域

本发明创造属于建筑施工技术领域，尤其是涉及一种隧道底部基础多层 岩溶溶洞的探测方法。

背景技术

基础工程是建筑工程的重要组成部分，地基基础工程的质量直接关系到 整个建筑物的结构安全。隧道底部基础础是主要的基础形式之一，由于桩的 施工具有高度的隐蔽性，因此隧道底部基础工程的设计、施工、质量检测等 方面往往比上部建筑结构更为复杂，更容易存在质量隐患。隧道底部基础工 程的质量问题将直接危及主体结构的正常使用与安全。

桩身穿越范围内有溶洞及断层，或个别临近河床隧道底部基础可能发育 有地下暗河，则在钻孔施工中很容易引起卡钻、埋钻、坍塌、偏孔等事故， 在隧道底部基础混凝土灌注时容易引起混凝土流失、夹泥断桩、桩底混凝土 不密实等情况，给施工造成极大困难。许多工程技术环节尚需要解决和检验。 为确保隧道底部基础施工的安全及质量，需要对隧道底部基础基础的岩溶分 布情况进行探测。

就当前国内外采用的探测技术的使用情况而言，存在局限性，并且各有 优缺点，特别是由于西南岩溶山区地质构造发育、岩溶分层出现，往往靠单 一的某种预测方法是难以把握的。因此，提高预报的准确性和及时性仍是国 内外工程地质界需要解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种 隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，包括：

①先采用地质分析法分析地质地貌；

②随着基础开挖，采用红外线温度探测法和地质钻探测法确定地层岩石 的性质和岩性的分布及分界面；

③在上述的基础上，确定后续的地质雷达探测以及声波反射法测试的测 线和测点的位置；

④上述基础基槽开挖完成后，进行测线和测点划定，采用地质雷达探测 法进行地质雷达的线性扫描；

⑤进行声波反射法测试。

进一步，所述地质分析法是利用地质理论和作图法，将基础开挖揭露的 地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、 煤层、溶洞准确记录并绘制成图表。

进一步，所述地质雷达探测法是采用CUII雷达进行探测，由CUII雷达 的控制单元向地层发射一组以一频率为中心的高频电磁波，该电磁波在传播 过程中，遇到不同介质分界面时，一部分电磁波能量会转换成反射波返回地 面，另一部分能量则透过界面继续向前传播，再次遇到界面时，一部分电磁 波产生反射波返回地面。

进一步，所述红外线温度探测法是在基础开挖岩面上，分别在上、中、 下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据此9个数据之间的最大 差值来判断是否有水。

进一步，所述地质钻探测法的钻孔，布置在隧道底部基础基坑槽的中部， 由钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液颜色、气味、岩粉和钻孔出 水情况来判断地层的地质情况。

进一步，所述声波反射法以一维波动理论为理论基础，视桩周土对桩的 支承作用作为桩底唯一的作用力，通过频域分析和时域分析来判定桩体的缺 陷类型。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明提供的探测方法为多种检测方法合理有效的结合，采用定性判断 与定量判断相结合，减少大量现场实施过程中占用施工的有效时间。且所采 用的雷达检测设备实用性强，操作简单、方便。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中 的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水 平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操 作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二” 等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指 示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示 或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有 说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连 通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本 发明创造中的具体含义。

下面结合实施例来详细说明本发明创造。

一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，包括：

①先采用地质分析法分析地质地貌；

②随着基础开挖，采用红外线温度探测法和地质钻探测法确定地层岩石 的性质和岩性的分布及分界面；

③在上述的基础上，确定后续的地质雷达探测以及声波反射法测试的测 线和测点的位置；

④上述基础基槽开挖完成后，进行测线和测点划定，采用地质雷达探测 法进行地质雷达的线性扫描；

⑤进行声波反射法测试。

其中，所述地质分析法是利用地质理论和作图法，将基础开挖揭露的地 层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、 煤层、溶洞准确记录并绘制成图表。结合已有勘测资料,进行隧道底部基础穿 越地质条件的预测。

需要说明的是，上述的地质分析法主要为地质开挖中的地质素描，进行 隧道穿越地质条件的预测；地质雷达探测法主要用于在隧道底部基础穿越地 层的探测，采用线测和点测相结合的方法；红外线温度探测法主要用于隧道 施工中超前防水预测预报；声波反射法主要用于隧道底部基础基础地层的探 测；地质钻探测法主要利用钻机在隧道底部基础基岩面上进行地质钻探获取 地质信息。

需要说明的是，地质分析法属于现有技术，本领域技术人员能够实现， 并且，在由地质出版社的《简单地质构造:基本理论及作图方法》或者其它 的专业类书籍和资料中，都有比较详尽的介绍，此处不再赘述。本发明创造 中，主要强调了要重点关注的信息，即将基础开挖揭露的地层岩性、地质构 造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等信 息准确记录并绘制成图表。

其中，所述地质雷达探测法是采用CUII雷达进行探测，由CUII雷达的 控制单元向地层发射一组以一频率为中心的高频电磁波，该电磁波在传播过 程中，遇到不同介质分界面时，一部分电磁波能量会转换成反射波返回地面， 另一部分能量则透过界面继续向前传播，再次遇到界面时，一部分电磁波产 生反射波返回地面。需要指出的是，上述的CUII雷达主要使用50M、100M 非屏蔽天线。

地质雷达探测法采用线测和点测相结合的方法。

线测是通过雷达天线在隧道底部基础面上进行连续扫描，得到隧道底部 基础穿越地层的岩层扫描图像；根据扫描图像可以具体判断前方岩层分界面 位置，岩层中节理是否发育，是否含有空洞、裂隙水等。

点测则是将雷达天线固定在基岩面一点，然后发射电磁波，根据天线接 收器采集到的电磁波波形进行具体判断分析。雷达探测主要是确定隧道底部 基础穿越地层的构造断裂、软弱夹层、岩溶洞穴等的分布位置以及地下水状 况，岩溶洞穴填充物及其性质等。

构造断裂带在雷达剖面图上的波形反映一般是与断裂带走势相同的一 条曲线，软弱夹层和岩溶洞穴的波形反映一般是由许多细小的抛物线组成的 一块较大区域，与周围的波形存在明显差异。实践证明，地质雷达对地层的 含水、溶洞、断裂带等异常反映较好，但探测范围将会减小；因为水的介电 常数ε＝81，电磁波能量会被水大量吸收，探测距离相对缩短。电磁波在地 层中传播时的能量消耗也很大，也会对探测距离有一定的负面影响。雷达图 像的判释除了在雷达剖面图上发现明显的信号异常之外，最好还要注意观察隧道底部基础基础的施工现场的实际直观地质情况，结合地质方面的知识加 以全面分析和判断，这样会得到更加科学、合理、准确的结果。

在电磁波传播的过程当中，当遇到不同的岩层或岩层的节理发育程度不 同时，电磁波的反射系数、衰减系数、以及反射波频率是不一样的。雷达天 线接收器接收到反射波，并输送到控制单元，将信号进行显示，对电磁反射 波所带信息进行分析，就可获得被探地层的层厚、岩层完整性以及岩层含水 情况。隧道底部基础地质探测工作中主要使用的是50M、100M非屏蔽天线。 该设备具有扫描速度快、操作简便、重量轻、分辨率高、图像直观等优点， 可用于隧道底部基础穿越复杂地层的探测。

其中，所述红外线温度探测法是在基础开挖岩面上，分别在上、中、下 及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据此9个数据之间的最大差 值来判断是否有水。

红外线探测可进入岩溶复杂地层的含水探测中，可避免隧道掘进一定距 离后出现透水或透泥。在隧道施工中主要用于超前防水预测预报，了解掘进 前方一定范围内是否存在隐伏水体、是否存在含水断层和含水破碎带；探测 隧道上方是否存在含水层或含水破碎带。

红外探测可以实现对隧道底部基础穿越地层全空间、全方位的探测，仪 器操作简单，能预测到地层下30米范围内是否存在隐伏水体或含水构造， 而且可利用施工间歇期测试，基本不占用施工时间。具体的，现场测试方法 为：在基础开挖岩面上，分上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9 个数据，根据这9个数据之间的最大差值来判断是否有水。隧道底部基础基 岩面上的9个数据的最大差值大于10μw/cm2，就可以判定有水；红外辐射 曲线上升或下降均可以判定有水，其它情况判定无水。

其中，所述地质钻探测法的钻孔，布置在隧道底部基础基坑槽的中部， 由钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液颜色、气味、岩粉和钻孔出 水情况来判断地层的地质情况。

需要说明的是，地质钻探测法是利用钻机在隧道底部基础基岩面上，进 行地质钻探获取地质信息的一种方式。采用钻孔探测时，钻孔主要布置在隧 道底部基础基坑槽的中部，由钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液 颜色、气味、岩粉、钻孔出水情况及遇到的其它情况来推断地层的地质情况。 地质钻孔可以比较形象直观地告诉我们钻孔所经过部位的地层岩性、岩体完 整程度、裂隙度、溶洞大小、有没有水以及可测水压高低等；与物探方法相 比，它具有直观性、客观性，不存在物探手段经常发生的多解性和不确定性。

其中，所述声波反射法以一维波动理论为理论基础，视桩周土对桩的支 承作用作为桩底唯一的作用力，通过频域分析和时域分析来判定桩体的缺陷 类型。该反射波法是根据缺陷反射波的相位，将桩身缺陷分为缩径类缺陷和 扩径类缺陷，而不做具体缺陷性质或名称的判断。我们只要对缺陷反射波的 曲线特征进行深入分析，并对各种可能形成缺陷的地质、施工环节与成桩后 的养护环境及外力作用进行研究，就有可能做出具体缺陷种类的判断，这样 有利于对缺陷的验证与处理。根据这一原理，在隧道底部基础基础地层的探 测中，可以采取该方法，现场测试方法：在基础开挖岩面上，按隧道底部基 础面积的大小和地层的复杂程度，将基岩面划分为长宽分别为0.5米-1.米 的小方块，在每一小方块内进行探测。

本发明提供的探测方法为多种检测方法合理有效的结合，采用定性判断 与定量判断相结合，减少大量现场实施过程中占用施工的有效时间。且所采 用的雷达检测设备实用性强，操作简单、方便。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创 造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，其特征在于，包括：

①先采用地质分析法分析地质地貌；

②随着基础开挖，采用红外线温度探测法和地质钻探测法确定地层岩石的性质和岩性的分布及分界面；

③在上述的基础上，确定后续的地质雷达探测以及声波反射法测试的测线和测点的位置；

④上述基础基槽开挖完成后，进行测线和测点划定，采用地质雷达探测法进行地质雷达的线性扫描；

⑤进行声波反射法测试。

2.根据权利要求1所述的一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，其特征在于：所述地质分析法是利用地质理论和作图法，将基础开挖揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞准确记录并绘制成图表。

3.根据权利要求1所述的一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，其特征在于：所述地质雷达探测法是采用CUII雷达进行探测，由CUII雷达的控制单元向地层发射一组以一频率为中心的高频电磁波，该电磁波在传播过程中，遇到不同介质分界面时，一部分电磁波能量会转换成反射波返回地面，另一部分能量则透过界面继续向前传播，再次遇到界面时，一部分电磁波产生反射波返回地面。

4.根据权利要求1所述的一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，其特征在于：所述红外线温度探测法是在基础开挖岩面上，分别在上、中、下及左、中、右六条测线的交点测取9个数据，根据此9个数据之间的最大差值来判断是否有水。

5.根据权利要求1所述的一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，其特征在于：所述地质钻探测法的钻孔，布置在隧道底部基础基坑槽的中部，由钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液颜色、气味、岩粉和钻孔出水情况来判断地层的地质情况。

6.根据权利要求1所述的一种隧道底部基础多层岩溶溶洞的探测方法，其特征在于：所述声波反射法以一维波动理论为理论基础，视桩周土对桩的支承作用作为桩底唯一的作用力，通过频域分析和时域分析来判定桩体的缺陷类型。