1引言
我國巖溶無論是分布地域還是形成時代上都有相當大的跨度,使得不同地區(qū)巖溶發(fā)育各具特色。但無論是何種類型巖溶,其共同點是:由于巖溶作用形成了地下架空結構,破壞了巖體的完整性,降低了巖體強度,增加了巖體滲透性,也使得地表面強烈的參差不齊,以及碳酸鹽巖極不規(guī)則的基巖面上發(fā)育各具特征的地表風化產物一紅粘土,這種由巖溶作用所形成的復雜地基常常會由于下伏溶洞頂板坍塌、土洞發(fā)育而形成大規(guī)模地面塌陷、巖溶地下水的突襲、不均勻地基沉降等,對工程建設產生重要影響。
2巖溶地區(qū)勘察方法
2.1巖土工程的一般勘察方法
巖土工程勘察常用的方法有鉆探工程、坑探工程及地球物理勘探三類。鉆探和坑探工程是直接勘探手段,能較可靠地了解地下地質情況。鉆探工程是使用最廣泛的一類勘探手段,普遍應用于各類工程的勘察中。由于它對一些重要的地質體或地質現(xiàn)象有可能會誤判、遺漏,所以也稱它為“半直接”勘探手段,而坑探工程勘探人員可以在其中觀察編錄,以掌握地質結構的細節(jié),但是重型坑探工程耗資高,勘探周期長,使用時應考慮經濟要求。地球物理勘探簡稱物探,是一種間接的勘探手段,它可以簡便而迅速的探測地下地質情況,且具有立體透視性的特點,但其勘探成果具多解性,使用時往往受一定條件的限制。
2.2巖溶地區(qū)物探勘察方法
巖溶地區(qū)勘察主要是探測建筑區(qū)巖溶溶蝕、漏斗、溶洞、暗河的平面分布和巖溶地下水的分布等情況。在巖溶地區(qū)的物探勘察方法中主要使用電阻率法、高密度電法、地質雷達、淺層地震法、瞬變電磁法、激發(fā)極化法、測井、無線電波透視法、鉆孔電磁波透視法、微重力法、射氣測量等。
2.2.1電阻率法
電阻率法是電法中勘察巖溶地質最常用的勘察方法,也是早期巖溶勘察中運用最多的物探方法。電阻率法包括電剖面和電測深法。在巖溶地質的勘察中更多的是使用電測深法進行勘探。電測深法對勘察隱伏淺層巖溶較為有效,電測深勘探比鉆探探查的范圍大。電測深法是對巖土體三維情況的勘察方法,是體積勘探概念,它除探測測點下方垂線上的巖溶情況,同時還探測外側一定范圍(與電場分布有關)的截面上的情況;而鉆探僅局限于沿鉆孔軸線上的探查。這也是根據(jù)測深解釋結果和鉆探結果進行比較時會出現(xiàn)不相符的原因。如果工作布置合理,點距與線距選擇適當,利用電測深體積勘探可了解地基空間巖溶發(fā)育的整體性情況,但是它只具有宏觀上的掃描功效,只能從宏觀上解釋鉆孔揭露的某些巖溶現(xiàn)象,而且分辨能力低下。
2.2.2高密度電阻率法
高密度電阻率法在勘察覆蓋型巖溶發(fā)育地區(qū)的第四系土洞發(fā)育、灰?guī)r巖溶、斷裂發(fā)育情況以及確定灰?guī)r的分布情況等方面,能取得較好的地質效果。高密度電法是一種快速、高效、經濟的淺表巖溶構造勘察手段,這種方法能夠有效地發(fā)現(xiàn)我們所關注的深度范圍的巖溶構造,較為準確地確定巖溶存在的位置及大小,然而高密度電阻率法有一個明顯的缺點,就是對場地的要求較高,要求工作區(qū)地形相對較平坦,所以一般來說高密度電法在平地或地勢平緩的地方應用效果會比較好。
2.2.3地質雷達
地質雷達與常規(guī)的鉆探工作相比,地質雷達在探測巖溶方面有其他物探148方法無法比擬的優(yōu)點,它是一種高效、直觀、連續(xù)無破壞性、分辨率高的物探方法,提供的資料圖件為連續(xù)的平面和剖面形態(tài),對溶洞的分布范圍、埋深、大小及連通情況一目了然,尤其是對微小目標的探測。地質雷達定性預測溶洞或采空洞的存在較準確,但對溶洞或采空洞大小的預測比實際尺寸偏大,且存在線性相關關系,由于巖溶本身的空間形態(tài)發(fā)育非常復雜,大量溶蝕溶溝形態(tài)發(fā)育時,反射波電信號相互干擾、重疊、造成探測結果擴大化:當溶洞發(fā)育呈層狀分布,對于E下層溶洞之間的巖石溶蝕發(fā)育或破碎,地質雷達的雷達圖象難以區(qū)分,探測結果易判為一個大溶洞;如巖石存在破碎帶,由于巖性的差異顯著,地質雷達探測結果也會顯示存在空洞。此外,地質雷達在巖溶地區(qū)的探測還受到上覆土層厚度和地下水的影響,而且探測深度較小,地形要求相對平坦,操作人員的經驗和技術水平及儀器參數(shù)選擇的是否得當也都是取得良好探測效果的關鍵因素。
2.2.4淺層地震法
地震勘探是指通過研究人工震源激發(fā)所產生的地震波在地下介質中的傳播規(guī)律來解決地質問題的一種物探方法。在淺層地震勘探技術中,常被用來勘察巖溶地質的勘察方法包括:地震波cT層析成像技術、井間超聲波層析成像技術、瑞雷波面法等。淺層地震法在巖溶勘察中,具有使用儀器占地小、應用范圍廣、精細程度高,可靠性強、成圖直觀,受外界干擾小的特點,能夠較準確反映和區(qū)分溶洞大小、溶蝕發(fā)育等,它比此前介紹的幾種物探方法的勘測深度大,能夠勘測到地下60m#b的深度。但是資料采集和計算工作量大,對勘察人員的技術要求比較高。
3巖溶地區(qū)巖土工程綜合勘察方法
3.1巖溶場地的巖土工程勘察與分區(qū)
目前,大多數(shù)的物探方法在巖溶勘察工程中的應用,是采用一種或幾種具體的物探方法在某一有限區(qū)域內使用,而沒有針對具體的巖溶工程地質條件提出如何應用多種物探方法進行綜合的勘察。巖溶場地的工程地質分區(qū)是以場地的穩(wěn)定條件作為分區(qū)基本原則,其中“無巖溶區(qū)”和“巖溶不發(fā)育區(qū)”比較容易劃分,“巖溶發(fā)育場地穩(wěn)定區(qū)”與“巖溶發(fā)育場地不穩(wěn)定區(qū)”劃分比較困難。目前對巖溶場地的評價還處于經驗多于理論、定性多于定量階段。巖溶地質勘察包括工程地質調查與測繪、各種勘探方法(物探、鉆探和坑探等)和測試工作。在巖溶地區(qū),由于巖溶在空間上發(fā)育不均一性和巖溶水文地質條件的復雜性以及地形的多樣性,一些常規(guī)地質方法在一定程度上受到限制,如鉆探方法由于成本高、勘探周期長,不可能以極密的網度來查明復雜的巖溶分布特征。因此,需要合理地結合綜合物探方法才能對巖溶進行立體勘探,解決一些普通方法無法解決的問題,從而為巖溶發(fā)育場地穩(wěn)定性的科學劃分提供基礎條件。
3.2巖溶場地的地質超前預報
對于一些大型的工程項目,由于巖溶地區(qū)的工程地質十分復雜,為了工程的安全、質量和進度,有必要進行地質超前預報工作。巖溶地區(qū)的地質超前預報,可以避免和減少由于地質狀況不明而給施工帶來的嚴重影響,甚至重大事故,解決施工中全過程工程地質調查的配套工藝和相應設施,是保證施工質量,提高施工企業(yè)經濟效益的必由之路。目前的超前預報方法在實踐中積累了很多成功的經驗,也暴露出不少問題,最主要的問題是不良地質條件的判讀缺乏明確的指標,更多的依賴于經驗,其次是不良地質對象的定位精良不高;第三是對于預報巖體工程類別的變化方面還缺乏可靠的依據(jù)。這些問題和缺點主要是由于觀測條件的限制、觀測方式過于簡單和分析處理方法比較簡單造成的,還有待更進一步的發(fā)展與提高。
3.3巖溶場地的綜合地質勘察方法
通過大量的文獻資料查閱,注意到現(xiàn)有的研究都局限于某個或者某幾個物探勘察方法的研究,對于巖溶地區(qū)綜合地質勘察方法很少涉及到,還應注意到的是,物探方法只是間接的地質勘察方法,最終地下的巖溶地質情況還需要通過鉆孔勘察來驗證。張運標在文獻中利用鉆探與跨孔cT電磁波透視法,有效地查明了埋藏型、覆蓋型巖溶場地的溶洞空間分布規(guī)律。由于巖溶地區(qū)的復雜性,必須采取各種勘察手段相結合的方式,才能取得與實際相符的資料,根據(jù)勘察性質、地質條件、技術經濟等綜合因素,合理制定勘探方案是巖溶地質勘探的關鍵,若只采取鉆探的方法,不僅花費大,而且不…定能滿足勘察的要求。采取在巖溶地區(qū)運用遙感技術、地質測繪、綜合物探及地質鉆探等綜合勘察手段,能夠較為準確地查明可溶巖的分布、巖溶發(fā)育形態(tài)及巖溶水的儲存規(guī)律,取得良好的效果。
4結束語
綜合利用各種探測方法全面準確的反映巖溶場地的地質情況,從而使設計、施工建立在一個堅實可靠的基礎上,確保工程設計、施工和使用達到經濟合理,以避免由于單一的勘察手段所提供的不確切的甚至錯誤的勘察結果給設計和施工所帶來的不良后果。發(fā)揮物探技術的先進性、全面性及鉆探的直觀性,并使其能相互滲透、互為補充,使各種勘探手段有序的進行,不斷在工作過程中調整方案、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,提高地質的勘探水平。