CN108612074A - 强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法。它包括如下步骤：区域地质与区域水文地质背景研究，搜集分析区域地质与区域水文地质背景资料及前期勘察资料，针对工程类型、设计方案和前期勘察资料，确定勘探点间距、物探CT剖面线网布置形式；采用直观的方法，对钻孔获取的岩芯进行观察，并采用钻孔彩色电视进行孔内溶洞或土洞的原位观察，成像系统进行孔壁图像实时采集，全孔壁展开一次成像；根据钻探了解溶洞分布、形态、规模的基本发育规律；根据物探成果进行异常点综合解释和圈定，将不同CT剖面上圈定的异常区进行平面投影合成；综合钻孔、试验、物探及水文地质条件分析岩溶发育规律。本发明具有能准确反映岩溶发育情况的优点。

Description

强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法

技术领域

本发明涉及工程地质勘察领域，更具体地说它是一种强干扰条件下覆盖型岩溶探查方法，更具体地说它是强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法。

背景技术

覆盖型岩溶是指被第四系松散堆积物覆盖的岩溶，分布于桂林、广州、杭州和武汉等城市。随着城市地下空间开发进程的加快，岩溶地区地下工程建设过程中的岩溶地面塌陷、岩溶不均匀地基、隧道和深基坑突水涌泥等岩溶问题是一个经常遇到且不可回避的问题，这些问题具有突发性、隐蔽性和社会性等特点，必须对岩溶分布、规模、形态和岩溶地下水特征等进行专门勘察和研究。

覆盖型岩溶，因可溶岩被第四系地层所覆盖而无法开展岩溶地面调查和量测，通过钻孔获取的点状地质信息，无法有效评价岩溶空间发育特征及分布；采用物探方法可连续探查地下岩溶地质体的空间分布，但很多物探方法因为上部覆盖层的高吸收、低电阻等物性而造成深部岩溶探测效果受到限制。

主城区强干扰环境下，存在行车等机械振动的干扰和地电等电磁场的干扰，影响物探数据采集和物探数据反演精度，不能满足复杂结构体的高分辨率探测。如地震反射法、折射法，遇到行人、车辆及其他机械振动噪声干扰几乎无法工作；天然源面波法可作点测，但不能进行大面积场地或线性工程场地；有接地电极的电法在混凝土、沥青路面上几乎无法工作；直流电法及瞬变电磁法、电磁测深等宽频带的电磁法等方法，受杂散电流及电磁波的干扰严重。

基于此，强干扰、厚覆盖条件下的城市岩溶探查存在诸多问题，传统勘察方法的精度不高，不能全面准确地反应岩溶发育情况，不能作为将后来在其上建筑时对地下岩溶进行有效处理的理论支持，安全系数低，难以取得满意的效果。

强干扰、厚覆盖条件下的城市岩溶上方的大型建筑包括地铁车站、地铁区间、高层住宅等等；强干扰、厚覆盖条件下的城市岩溶探查若不准确，在施工期或运行期，会产生岩溶地面塌陷，造成人员财产损失。

当前，针对强干扰条件下覆盖型岩溶的探查，一些专家学者进行了有益的探索。向英俊等人在综合分析广州地铁二号线北延段工程岩溶发育区物探成果的基础上，总结了不同钻孔布置与不同物探方法的优劣，其要求成像区域高度(测试段高度)与宽度(钻孔间距)之比大于2，钻孔间距过小勘察费用高；钟世航、王荣等人应用陆地声纳法和微分电测深法在北京、济南等闹市区浅层岩溶勘察中取得了突破，但对于岩体特别破碎或者溶洞特别发育的地段，其探测深度有限；胡让全，黄健民等人应用跨孔地震CT探测建筑物地下岩溶分布，为评价受岩溶地质灾害影响的建筑物安全提供依据，尽管在各岩溶探测的单一方法上进行了技术总结，但针对强干扰条件下覆盖型岩溶，没有形成一套系统有效的综合勘探方案。

现有专利多是针对隧洞溶洞、采空区、河道岩溶等专属区域的岩溶勘探，岩溶勘探中以地质为主，物探为辅助手段，且在物探技术方法上多以地面方法为主。对于强干扰条件下覆盖型溶洞的探测，因其探测深度较大，地表测绘难以开展，多借助物探和钻探等手段开展工作，但钻孔的布置的合理性、经济性和物探方法使用的有效性，一直影响着该类型溶洞的勘察效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法，能全面准确地反映岩溶发育情况。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：区域地质与区域水文地质背景研究；搜集分析区域地质与区域水文地质背景资料及前期勘察资料，针对工程类型、设计方案和前期勘察资料，确定勘探点布置形式，即根据工程结构采用多排钻孔交错布置，钻孔深度大于钻孔间距，相邻钻孔均进行物探CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)，形成针对性的多线联测方案；

步骤2：钻探，采用直观的方法，对钻孔获取的岩芯进行观察描述，并采用钻孔彩色电视进行孔内溶洞或土洞的原位观察，成像系统进行孔壁图像实时采集，全孔壁展开一次成像；根据岩芯溶蚀特点、钻进感觉、掉钻记录和孔内录像资料了解溶洞和土洞分布、形态、规模的基本发育规律；

步骤3：物探，利用钻孔进行跨孔CT层析成像，在有地下水耦合条件下采用以弹性波CT为主、电磁波CT为辅的物探方法；在无地下水耦合条件下采用电磁波为主的物探方法；根据视吸收系数变化进行异常点综合解释和圈定，并根据地层构造特征和岩溶发育基本规律，将不同CT剖面上圈定的异常区进行平面投影合成；

步骤4：综合钻孔、试验、物探及水文地质条件分析岩溶发育规律；分析岩溶与工程结构的相互关系，提出相应治理措施。

在上述技术方案中，步骤1中，确定勘探点布置方式、间距时，根据建筑物轮廓线采用梅花型交错布孔方式；且钻孔进入基岩深度大于钻孔间距。

在上述技术方案中，步骤3中，物探时，相邻钻孔均进行跨孔CT，物探剖面与钻孔形成多方位全覆盖探测剖面。

本发明具有如下优点：

(1)准确查明岩溶情况并成功解决了工程建设中的岩溶问题；

(2)钻探及物探剖面布置形式、钻孔间距、钻孔深度，能有效匹配物探的测试要求，达到多方位、全覆盖的测试目的；

(3)能全面准确地反映岩溶发育情况；

(4)圈定并解释为溶洞的物探异常，经历随机专门性钻孔验证和施工治理先导孔验证等环节，证明物探探查精度可以满足设计要求；经验证，已建成的多条岩溶发育区地铁线路运行监测资料表明，工程运营状况良好，没有发生一例岩溶地面塌陷灾害；

(5)针对不同结构形式，确定不同的多线联测布置方案，有效地全部覆盖建筑物所处地下空间，达到全覆盖的目的；

(6)综合考虑钻探编录和物探解译成果，能全面准确地反映岩溶发育情况；

(7)对钻孔深度有明确的表述，即：钻孔进入基岩深度大于钻孔间距，即长宽比大于1，以提高电磁射线对覆盖率，物探层析成像射线更为清晰，提高测试精度。

附图说明：

图1为本发明实施例中实施多方位全覆盖多线联测图一。

图1中，建筑轮廓为方形，地质钻孔5排，呈梅花型交错布置；物探CT剖面线有五条，物探CT剖面线全覆盖建筑轮廓；此多线联测方案能达到多方位全覆盖的效果。

图2为本发明实施例中实施多方位全覆盖多线联测图二。

图2中，建筑轮廓为长条形，地质钻孔3排，呈梅花型交错布置；物探CT剖面线有三条，物探CT剖面线全覆盖建筑轮廓；此多线联测方案能达到多方位全覆盖的效果。

图3为本发明实施例中实施物探层析成像射线对示意图。

图3反映了钻孔进入基岩深度与钻孔间距的关系，钻孔进入基岩深度大于钻孔间距时，物探层析成像射线更为清晰，提高测试精度。

图4为本发明工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法，包括如下步骤：

步骤1：区域地质与区域水文地质背景研究；搜集分析区域地质与区域水文地质背景资料及前期勘察资料，针对工程类型、设计方案和前期勘察资料，确定勘探点布置方式、间距、物探CT剖面线网布置形式；以利用钻探、物探和水文地质试验的综合技术方法分别对岩溶和地下水展开探查研究；

步骤2：钻探(即为钻孔探测)，采用直观的方法，对钻孔获取的岩芯进行观察描述(即为溶洞编录)，并采用钻孔彩色电视进行孔内溶洞或土洞的原位观察，成像系统进行孔壁图像实时采集，全孔壁展开一次成像；根据岩芯溶蚀特点、钻进感觉、掉钻记录和孔内录像资料了解溶洞和土洞分布、形态、规模的基本发育规律；

步骤3：物探(即为物探探测)，利用钻孔进行井中跨孔CT层析成像(如图3所示)，在有地下水耦合条件下采用以弹性波CT为主、电磁波CT为辅的物探方法；在无地下水耦合条件下采用电磁波为主的物探方法，提高精度；根据视吸收系数变化进行异常点综合解释和圈定(即为物探解译)，并根据地层构造特征和岩溶发育基本规律，将不同CT剖面上圈定的异常区进行平面投影合成；

步骤4：综合钻孔、试验、物探及水文地质条件等分析岩溶发育规律；分析岩溶与工程结构的相互关系，提出相应治理措施(如图4所示)。

步骤1中，确定勘探点布置方式、间距时，根据建筑物轮廓线采用梅花型交错布孔方式；且钻孔进入基岩深度大于钻孔间距，满足物探要求，即长宽比大于1，以提高电磁射线对覆盖率，物探层析成像射线更为清晰，提高测试精度。

步骤3中，物探时，相邻钻孔均进行跨孔CT，物探剖面与钻孔形成多方位全覆盖探测剖面，即实施井下物探，且每个钻孔均与周边钻孔进行跨孔CT，达到多方位全覆盖的目的。

目前，在岩溶物探方面，本申请通过多种物探方法的现场测试比选，针对厚覆盖、强干扰条件下的岩溶探测条件，发现弹性波类、电法及电磁类物探方法的干扰多来自于地表，且探测深度与分辨率成反比，为保证探测精度，故而井中方法优于地面方法；同时，针对不同探测环境(如是否有水、溶洞发育类型等)，对不同井中方法进行组合(如在有地下水耦合条件下采用以弹性波CT为主、电磁波CT为辅的物探方法；在无地下水耦合条件下采用电磁波为主的物探方法)，既能提高精度又能保证效率。

本发明采用的物探方法能提高厚覆盖、强干扰条件下的岩溶探测分辨率，孔间CT方法可以对探测区域进行多角度观测，层析成像分辨率较高，能最大限度避免机械振动、杂散电流和电磁波等随机干扰，优于地面方法；在有地下水耦合条件下选择以弹性波CT为主，以电磁波CT为辅，在无地下水耦合条件下以电磁波CT为主的物探方法；相邻钻孔均进行跨孔CT，剖面网格布置采用多线联测的形式。

与现有技术相比，本发明根据建筑物轮廓线采用多线联测布置方案的优势主要体现在：(1)钻探及物探剖面的布置，是在充分研究区域及工程区地质和水文地质条件的基础上，结合建筑物的结构形式确定的；(2)钻孔的梅花型布置、钻孔间距、钻孔深度，能有效匹配物探的测试要求；(3)用物探CT探测相邻钻孔间地质异常体；(4)综合钻孔岩芯、试验、物探及水文地质条件等分析岩溶发育规律；经施工验证，岩溶探测精度较传统方法有极大提高；(5)工程项目岩溶专项勘察采用本技术方案后，可成功避免岩溶地面塌陷灾害。

实施例

现以某地(具有强干扰条件)覆盖型岩溶多线联测勘察方法为实施例进行详细说明，对其他地域(具有强干扰条件)的覆盖型岩溶多线联测勘察方法同样具有指导作用。

某地地处江汉平原，为主城区主干道，存在机械振动的干扰，地层结果为上部覆盖10～20m厚第四系砂土，下部为三叠系可溶岩。地表建筑物多，地理条件复杂，现需要在此处修建地铁；因此，对其岩溶进行勘察，其方法包括如下步骤：

步骤1：区域地质与区域水文地质背景研究；搜集分析某地地铁修建沿线区域地质与区域水文地质背景资料及前期勘察资料，针对工程类型、设计方案和前期勘察资料，确定勘探点间距、物探CT剖面线网布置形式；

步骤2：钻探，采用直观的方法，对钻孔获取的岩芯进行观察描述，并采用钻孔彩色电视进行孔内溶洞或土洞的原位观察，成像系统进行孔壁图像实时采集，全孔壁展开一次成像；根据岩芯溶蚀特点、钻进感觉、掉钻记录和孔内录像资料了解溶洞和土洞分布、形态、规模的基本发育规律；

钻探时，根据建筑物轮廓线采用梅花型交错布孔方式；钻孔进入基岩深度大于钻孔间距；

步骤3：物探，利用钻孔进行跨孔CT层析成像，在有地下水耦合条件下采用以弹性波CT为主、电磁波CT为辅的物探方法；在无地下水耦合条件下采用电磁波为主的物探方法；根据视吸收系数变化进行异常点综合解释和圈定，并根据地层构造特征和岩溶发育基本规律，将不同CT剖面上圈定的异常区进行平面投影合成(如图3所示)；

物探时，相邻钻孔均进行跨孔CT，物探剖面与钻孔形成多方位全覆盖探测剖面；

当建筑轮廓为方形(如地下车站)，地质钻孔5排，呈梅花型交错布置；物探CT剖面线有五条，物探CT剖面线全覆盖建筑轮廓(如图1所示)；此多线联测方案能达到多方位全覆盖的效果；

当建筑轮廓为长条形(如地下隧道区间)，地质钻孔3排，呈梅花型交错布置；物探CT剖面线有三条，物探CT剖面线全覆盖建筑轮廓(如图2所示)；此多线联测方案能达到多方位全覆盖的效果；

步骤4：综合钻孔、试验、物探及水文地质条件等分析某地地铁修建沿线岩溶发育规律；分析岩溶与工程结构的相互关系，提出相应治理措施。

经验证表明：本实施例中地铁修建沿线区域的该地区历史上屡发岩溶地面塌陷，试用本发明方法进行场地岩溶勘察后，并按勘察成果采取相应岩溶处理措施，在后续施工、运营期间没有发生一例岩溶地面塌陷灾害。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (3)

1.强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：区域地质与区域水文地质背景研究；搜集分析区域地质与区域水文地质背景资料及前期勘察资料，针对工程类型、设计方案和前期勘察资料，确定勘探点布置方式、间距、物探CT剖面线网布置形式；

步骤2：钻探，采用直观的方法，对钻孔获取的岩芯进行观察描述，并采用钻孔彩色电视进行孔内溶洞或土洞的原位观察，成像系统进行孔壁图像实时采集，全孔壁展开一次成像；根据岩芯溶蚀特点、钻进感觉、掉钻记录和孔内录像资料了解溶洞和土洞分布、形态、规模的基本发育规律；

步骤3：物探，利用钻孔进行跨孔CT层析成像，在有地下水耦合条件下采用以弹性波CT为主、电磁波CT为辅的物探方法；在无地下水耦合条件下采用电磁波为主的物探方法；根据视吸收系数变化进行异常点综合解释和圈定，并根据地层构造特征和岩溶发育基本规律，将不同CT剖面上圈定的异常区进行平面投影合成；

步骤4：综合钻孔、试验、物探及水文地质条件分析岩溶发育规律；分析岩溶与工程结构的相互关系，提出相应治理措施。

2.根据权利要求1所述的强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法，其特征在于：步骤1中，确定勘探点布置方式、间距时，根据建筑物轮廓线采用梅花型交错布孔方式；且钻孔进入基岩深度大于钻孔间距。

3.根据权利要求2所述的强干扰条件下覆盖型岩溶多线联测勘察方法，其特征在于：步骤3中，物探时，相邻钻孔均进行跨孔CT，物探剖面与钻孔形成多方位全覆盖探测剖面。