物探技术在城市轨道交通岩溶勘察中的应用

李 士 永

(北京城建勘测设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210000)

1 概述

岩溶溶蚀现象导致基岩面起伏较大，且溶洞发育严重影响了城市轨道交通施工建设的安全。因此，必须查明轨道交通线路范围内的岩溶发育情况，为设计提供准确的地质资料[1]。

常规的钻探手段很难查清岩溶的分布。由于岩溶溶洞内充填物与周围岩体之间存在明显的物性差异，因此可以利用高密度电法、地质雷达等物探技术来探测岩溶的分布范围、发育程度及形态特征等情况。

2 物探技术在岩溶勘察中的应用

由于岩溶发育具有随机性、隐蔽性及不确定性等特点，传统的工程地质钻探在岩溶调查过程中不仅需要耗费大量的人力、物力与财力[2]，并且钻探不易于掌握整个工区的整体情况。在实际探测中，由于物探方法具有经济、勘探速度快、设备轻便的特点，而且可以对线和面的工程地质情况进行连续的勘探，多种地球物理方法得到了广泛的应用，并且取得了较好的探测效果。

岩溶复杂的成因导致了溶洞探测的困难，而不同类型的溶洞会与周围围岩表现出明显不同的物性差异(包括电阻率、波速、波阻抗、密度、磁化率、电磁波等)[3]，这些差异都是开展地球物理勘探工作的前提工作。目前，进行岩溶探测的主要地球物理方法有：高密度电阻率法、超高密度电法、地质雷达、浅层地震、声波透视CT、瞬变电磁、跨孔波速和微动等[4]。根据需要解决的主要地质问题并且结合地球物理方法的适用性、应用条件及效果，选择相应的地球物理方法进行勘探。但由于岩溶的复杂性，单一物探方法不能解决所有的岩溶探测问题，因此，多种地球物理方法的相互结合、优势互补使得岩溶探测结果更加准确。

由于城市轨道交通工程结构、施工工艺及周边环境的复杂性，对于城市轨道交通工程中对岩溶勘察方法，通常多种地球物理方法，配合钻孔资料进行对比解释[5]。各种物探方法的应用都有一定的前提条件，现场实际条件也会对测试结果产生较大的影响，使得其应用存在一定的局限性，因此，应考虑综合物探方法技术，充分发挥物探技术经济、方便快捷、可以连续测量的优点。综合物探是以这些物探方法为基础，依据每种地球物理方法的适用条件，结合工区地质情况、地球物理特征及存在的限制条件，对不同部位选取两种及两种以上的地球物理方法组合，使得探测结果更加准确、可靠，达到共同完成和解决实际工程问题的目的，取得更好的社会经济效益，满足工程建设实际需要。

3 工程实例

3.1 工程概况

以南京某地铁工程为例，通过已完成的钻孔揭示，拟建场地基岩埋深为2.0 m～31.0 m，场区上覆土层以人工填土、粉质黏土为主，下伏基岩以侏罗系象山组泥岩、粉砂岩和砂岩，以及白云质角砾岩为主，局部为角砾灰岩，风化程度不等，局部有溶洞发育。

结合工程地质条件，根据物探的任务要求，同时兼顾勘探深度以及分辨率，本次物探作业采用高密度电法和地质雷达法综合进行地球物理勘探。高密度电法工作效率高，适用于溶洞较大的工作；地质雷达法探测深度较浅，但是对溶洞发育的规模比较敏感。因此，本次利用高密度电法和地质雷达法相互结合，采用高密度电法初步探测溶洞位置，然后利用地质雷达法探测复勘，可以更好地控制岩溶位置、规模及大小。

根据钻孔资料，岩溶发育区位于CK28+425～CK28+470段。本次物探探测从电性和介电常数差异入手，结合场地条件，布置高密度电法和地质雷达测线进行探测，测线图如图1所示。

高密度电法：以钻孔揭露的岩溶发育区为中心，在左右隧洞地面投影沿线各布置1条高密度电法测线(G1和G2，测线长度分别为357 m，267 m)，对岩溶发育情况进行初步探测，初步确定岩溶发育范围及埋藏深度。

地质雷达：在推断的岩溶发育区及两侧、左右隧洞地面投影上方各布置1条雷达测线(L1和L2，测线长度分别为360 m，270 m)，对岩溶发育情况进行初步探测，进一步确定岩溶的发育范围及埋藏深度。

3.2 结果分析

雷达测线L1和高密度测线G1位于隧洞右侧，勘察结果如图2所示。G1线和L1线推断溶蚀区横向范围为150 m～200 m之间，对应里程右CK28+418.86～右CK28+469.21，中心位置右CK28+443.28，标高约8 m。G1和L1测线推断100～120范围内为泥岩与角砾状灰岩接触带，泥岩覆盖于灰岩之上，左分界线位置左CK28+393.15、右CK28+369.58，右分界线位置左CK28+414.95、右CK28+390.3。

雷达测线L2和高密度测线G2位于隧洞左侧，勘察结果如图3所示。L2线推断溶蚀区在70 m～100 m之间，对应里程左CK28+435～左CK28+475，中心位置左CK28+455，标高约10 m。L2测线推断30 m～50 m范围内为泥岩与角砾状灰岩接触带，中心位置左CK28+396.41。结合G2线与G1线，推断出角砾状灰岩与泥岩分界线中心位置(左CK28+517.97，右CK28+510.54)。

基于物探测线解释结果，结合钻孔资料分析，该标段工区隧洞右侧岩溶发育区域主要在里程右CK28+418.68～右CK28+458.68之间，往左侧方向岩溶发育越来越少，至高密度测线G2位置未见明显岩溶异常。本次实例中岩溶区物探综合解释图如图4所示。

4 结论及展望

岩溶发育具有随机性、不确定性及隐蔽性的特点，岩溶复杂的成因造成了溶洞探测上的困难。物探方法的多解性及岩溶的复杂性造成了单一物探方法在解决实际问题时会有诸多缺陷，综合物探方法的应用使得岩溶探测更加全面、准确，取得较好的探测效果。

本文以南京某地铁为例，由于轨道交通工程特点以及地形限制，高密度电法不能精确探测溶洞的规模及发育程度，结合地质雷达法可以较为准确的对岩溶进行定位。最后根据物探资料、结合钻孔地质资料以及现场调查资料圈定出了病害的范围、特征，比较可靠地查明了岩溶较为发育的区域，取得了较好的工程应用效果，同时，也证明了多种物探方法相互结合对岩溶探测具有良好的效果。