高密度电法在云桂线铁路岩溶路基勘察中的应用

叶唐进，谢 强，赵 文，文江泉

(1.西藏大学工学院，西藏拉萨850000;2.西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)

近几年，我国铁路建设迅猛发展，南方大部分铁路跨越岩溶区。在高速铁路对地基承载力的要求较高的情况下，浅层岩溶洞穴的存在使得地基承载力较弱，若处置不当，易造成路基的塌陷。另外，岩溶地区水动力活跃，渗流作用强烈，使垂向的落水洞、横向的地下暗河发育。地下水的潜蚀易导致地面的塌陷;地下水的冲刷作用，对路基和桥基的稳定性构成严重威胁，铁路路基下面岩溶的勘察探明及预防处理越来越受到重视［1］。

目前，铁路路基岩溶的的勘察手段有瑞雷面波法、地质雷达、电磁CT、对称四极电测深等多种方法［2］，高密度电法是基于普通电法勘探的最新改进方法，具有工效高、数据采集密度大且可根据不同的地形选择不同的勘探方法等多种优点，现已逐步应用在铁路岩溶路基勘察中。

新建云桂线DK457+790～DK473+290段内，在前期钻探勘察中发现大量覆盖型岩溶，对该高速铁路的修建和营运构成严重的威胁。现场结合地质钻探，利用高密度电法对铁路路基覆盖型岩溶进行纵断面双线勘察，通过对比判释，准确勘察地下岩溶的发育特征，为后续施工整治提供建议。

1 工程地质条件

1.1 地理位置及地形地貌

云桂线DK457+790～DK473+290段位于云南广南县与邱白县之间，途径珠琳镇，全长15.5 km。本段在云贵高原区域，高原地貌为由低中山、丘陵和高原盆地及溶原组成。

1.2 地层岩性

沿线出露地层的时代较多，形成原因复杂，岩性种类繁多。新生界第四系和下第三系覆盖层黏土地层主要分布于断陷盆地、河流阶地及河谷内;石炭系，泥盆系灰岩、白云岩为地下主要基岩。

1.3 地质构造

本线所属区域新构造运动表现为大面积、整体性及间歇性抬升，间歇性与差异性隆起，断裂的走滑运动与断块坳陷，同时沿线褶皱发育。区域地质构造复杂，深大(活动)断裂规模大，分布密集，发育有众多不同性质的断层。

1.4 水文地质条件

地下水在不同的地质构造单元，有不同的特征，地下水类型主要有富存于第四系松散层中的孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水等。地下水的主要补给来源为大气降水，主要补给形式是降雨通过宽浅的溶蚀洼地、漏斗及落水洞等负岩溶形态，垂直渗入补给，集中注入地下补给地下岩溶水。

1.5 岩溶

本段沿线碳酸盐岩分布广泛。灰岩、白云岩地层岩溶强烈发育，地表溶蚀明显，溶缝、溶槽、石芽、岩溶洼地与漏斗、竖向溶洞、落水洞、岩溶泉等岩溶形态极为发育。

2 高密度电法的原理

2.1 高密度电法基本原理

高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同。它是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用下地中传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的存在情况。高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。和常规电阻率法一样，它通过A、B电极向地下供电流I，然后在M、N极间测量电位差ΔV，从而可求得该点(M、N之间)的视电阻率值ρs=KΔV/I。根据实测的视电阻率剖面，进行计算、分析，便可获得地下地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层，判定异常等［3］。

2.2 高密度电法工作方法

在野外数据采集中，预先人工打好电极，采集数据前应检测电极的接地电阻，接地电阻异常的浇一些盐水。开始测量后，主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令、向电极供电并接收、存贮测量数据。数据处理时，主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机。计算机将数据转换成处理软件要求的数据格式，经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理后，做二维反演图。根据反演电阻率模型断面图的变化特征、地质调查资料作地质解释，并绘制出物探成果解释图［4］、［5］。工作流程详见图 1。

图1 高密度电法工作图

3 现场勘探及结果分析

3.1 现场仪器

仪器为WDJD－3多功能数字直流激电仪及WDZJ－3多路电极转换器。该仪器包括:主机、智能电极盒及电缆、纯铜电极、电缆连线、电源连接线、通讯连接线、450 V电池等。

3.2 现场装置设置

现场高密度电法测试的电极装置采用α2排列，1～30号电极为小里程，31～60号电极为大里程。点距为5 m，共60根电极，最小供电极距为15 m，最大供电极距为295 m，供电电压为450 V，最小测量信号大于7.5 mV。

3.3 高密度电法勘探结果及分析

使用高密度电法对DK473+260～290断面进行勘察，并对勘测数据进行反演，其地电断面如图2。从图2可见，在纵断面30m范围内，表层0～15m以低阻条带为主，可判释为地表黏土层，且土石界面位置位于地下15m左右;断面两侧底层以高阻条带为主，可判释为地下完整基岩体，不存在岩体破碎带及溶洞等弱层;在里程DK473+280以下16～23m深处出现高阻闭合圈，闭合圈范围集中在断面中部，近椭圆形，可判释为地下空洞型异常体，多为空溶洞。

图2 反演电阻率模型断面

4 现场地质钻探及对比分析

现场对DK473+260～290断面间隔7 m进行地质钻探，钻孔深度为20～27m不等，得到其钻孔地质断面见图3。从图3可见，该断面土石界面起伏交错，界面位置位于地下10～15 m之间，覆盖层以黏土为主，基岩为较完整灰岩。在DK473+280里程点地下16.1～23 m间存在一洞径大于7m的溶洞，溶洞底部稍充填少量泥沙。对比高密度电法的判释结果可见，在DK473+260～290里程范围内，高密度电法对地下岩土界面及地下溶洞的判释准确有效。

图3 钻孔剖面

5 结论

铁路路基岩溶病害的存在对高速铁路的修建和运营安全造成极大的威胁，需进行有效勘探。高密度电法相较与传统钻探及普通电法勘探，不仅效率高、操作简单、使用方便，且对地下土石界面及溶洞的判释准确有效，建议在高速铁路路基岩溶勘察中推广应用。

［1］周先明.铁路路基岩溶隐伏洞穴的探测和整治方法［J］.路基工程，2009(6):55－54

［2］韦德江.既有线铁路路基岩溶及洞穴探测［J］.铁道建筑技术，2008(3):52－54

［3］黄绍逵，欧阳玉飞.高密度电法在岩溶勘察中的应用［J］.工程地球物理学报，2009，12(6):720－723

［4］邓超文，周孝宇.高密度电法的原理及工程应用［J］.西部探矿工程，2006(增刊):278－279

［5］刘晓东，张虎生，黄笑春，等.高密度电法在宜春市岩溶地质调查中的应用［J］.中国地质灾害与防治学报，2002，3(1):72－75