武汉岩溶地区地质勘察方法探讨

武汉市勘察设计有限公司，湖北 武汉 430022

1 引言

武汉地区碳酸盐岩分布面积110 余km2，约占该市面积的13%。上世纪中叶以来先后发生了二十多起岩溶地面塌陷地质灾害，岩溶地质问题给工程建设带来重大的影响。根据国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）相关规定［1］，场地及其附近岩溶对工程安全有影响时应对岩溶进行勘察。

区内岩溶勘察手段及方法渐趋成熟，工程地质调绘、钻探、地球物理勘探、现场原位测试及室内试验等为本地区常用的勘察方法。

2 岩溶勘察方法及手段［2］

2.1 工程地质调查与测绘［1］

工程地质调查与测绘包括岩溶地形地貌调查、地层岩性、水文地质调查、测量及试验等内容的野外调查［3］，能够从宏观上把握岩溶发育的分布和特点，并据此进一步进行工程地质勘探工作。由于该法具简单方便和直观等优点，在工程可行性研究阶段或初步勘察阶段得到了广泛的应用。

2.2 钻探

武汉地区岩溶类型大多属覆盖型，钻探通常作为作为详细勘察及施工勘察阶段一种主要的勘察手段。钻探主要用于揭示地质结构、红黏土及溶洞发育及其充填物情况，同时配合孔内取样、进行钻孔内物探测井、钻孔摄影、井下电视等物探测试工作，并验证物探推测岩溶异常点或异常区。为了解岩溶水文地质情况，一般利用钻孔进行地下水水位观测、抽水及压水试验等工作。岩溶勘察钻探孔一般在结合前期工程地质调查和测绘及物探的基础上进行布置。

2.3 地球物理探测

岩溶中等及以上发育地区，为查明岩溶分布及发育规律等，通常优先选择综合物探作为勘察手段。勘察实践中应在工程地质调绘及现场地质条件等基础上确定物探工作的布置，测点测线一般布置在岩溶发育褶皱轴部附近、构造破碎带、可溶岩与非可溶岩接触带和岩溶溶洞、塌陷地带等地段。

本区岩溶探测主要采用的物探方法有：

2.3.1 地面直流电法

此类方法适用地形条件较为平缓的地区隐伏岩溶探测；对于地形起伏较大或附近有干扰时，特别是在市区地下管线较多，效果不理想。

2.3.2 地面电磁法

当可溶岩埋深较小或裸露时，选用瞬变电磁、大地电磁、低频电磁、地质雷达等物探方法可有效的探测岩溶的分布、规模、延伸方向等情况。

（1）高频大地电磁法

当可溶性岩顶板埋深较大、地形复杂时，为查明规模岩溶地质体的分布，宜选择高频大地电磁法测深方法。

（2）地质雷达法

在武汉东南部基岩裸露区或浅覆盖区宜优先采用该方法，本区多在详细勘察及基坑开挖等施工阶段采用该法。

2.3.3 地面地震波法

地震波法利用地震波在弹性介质传播的理论，该法一般对岩土分界面探测较准，但在岩体内发育的溶洞效果不明显。

2.3.4 钻孔弹性波CT［2］

钻孔弹性波通过钻孔间的波速数据建立的速度场，可以查明钻孔间的岩溶的位置、大小、充填程度等地质状况。该法具直观、简便等优点；若岩溶上分布有深厚层软土，常规电法探测探测效果较差且费用偏高。

2.3.5 钻孔电磁波CT

在武汉地铁岩溶勘察中，井中探测及地面探测等物探方法都得到了应用广泛。经搜集整理，区内物探一般采用瞬变电磁法、高密度电法、电磁波CT、弹性波CT 等方法，上述物探方法各具特点：

（1）探测效果井中要优于地面。

（2）岩溶探测效果弹性波CT 最好，电磁波CT 稍差。跨孔电磁波CT 法探测对于土层效果不明显，对岩体效果明显，对于空洞效果不明显，有充填的溶洞效果明显，其缺点是费用较高，仅次于弹性波CT。

2.3.6 声波测井

岩溶发育程度定量评价可采用声波测井方法。为提高物探的准确性，勘察实践中通常采用电磁波测井、电阻率辅助测井等综合物探方法。

2.3.7 井下电视摄像

为查明岩溶分布及发育程度、充填状态及含水层分布等地质情况，采用井下电视摄像是一种行之有效的勘察方法。该法一般在钻孔中进行，可以观察与记录钻孔中岩溶发育发育等特征，具直观、简单等特点。

2.4 原位测试技术

原位测试包括静力触探、动力触探等多种测试或试验手段。武汉岩溶地区勘察中采用原位测试技术一般有下列几种：

2.4.1 静力触探试验

本区岩溶大多属于覆盖型，通常采取静力触探试验等原位测试手段查明覆盖层中土洞的空间位置、规模及覆盖层的工程特征；当碳酸盐岩上覆有对工程有影响的流～软塑状红黏土时，采用静力触探试验查明红黏土的分布及工程特性也是行之有效的方法。

2.4.2 现场试验

（1）进行物探或连通试验追索隐伏洞隙的联系；（2）采取溶洞充填物土样及溶洞顶板岩样进行室内试验，必要时进行现场顶板岩体的静载荷试验，以便评价岩土体物理力学性质及溶洞稳定性；（3）进行复胀缩、浸水、可溶性和剪切等试验，查明土洞形成的地质环境；（4）若需查明场地水文地质条件或预测岩溶不良地质危害及发展趋势时，宜现场对水位、水质、流速、流向、流量等进行测定和观测。

2.4.3 水文地质试验

岩溶地区进行的抽水试验可以提供水文地质参数，并可以判定岩溶水的连通性；抽水试验井孔的布置宜根据岩溶发育程度按下列要求确定：岩溶中等发育地段不应少于1 个，岩溶强烈发育地段不宜少于2 个；当评估抽水试验对环境产生不良影响时，应采用压水试验或注水试验。

2.5 室内试验

对红黏土及溶洞充填物进行物理力学性质试验，分析岩溶塌陷的可能性；为查明不同地质年代可溶岩的矿物成分及特征，可溶性岩室内通常选择溶岩化学成分分析和矿物薄片鉴定试验；为了解地下水对岩体的溶蚀作用，勘察时一般采取不同水文地质单元的地下水水样，并进行室内水质全分析。

3 结论

（1）工程地质调查与测绘一般选择于工可或初勘阶段进行。

（2）详细勘察或施工勘察宜选择跨孔层析成像（CT）法、高密度电阻率法、地质雷达和地震波法等。厚覆盖、强干扰条件下宜优先采用跨孔弹性波或电磁波层析成像（CT）法，岩溶裸露或浅覆盖条件下，宜优先采用高密度电阻率法和地质雷达。

施工勘察，宜选择地质雷达、地震反射波法（TSP）、高密度电阻率法及钻孔摄像等。

（3）武汉岩溶区大量的工程实践表明［4］，物探定性配合钻探定量并结合现场原位测试、室内试验成果能更好地了解工程地质情况，为设计提供准确的依据。