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超高密度电法在岩溶地区勘察中的应

超高密度电法在岩溶地区勘察中的应

【摘要】本文以广州市轨道交通九号线工程飞鹅岭~广州北站区间为例子介绍超高密度电法探测岩溶分布的应用。首先分析超高密度电法目前在国内工程中的应用情况,接着分析广州市轨道交通九号线工程飞鹅岭~广州北站区间地质特征,介绍超高密度电法的原理,然后采用钻探方法验证物探成果,最后在特定的验证标准下得出超高密度电法的成果为部分合格(准确率为60.77%)。研究表明,超高密度电法在探测面域内岩溶发育情况是有效的,其经济快捷;而需要精确的溶洞发育情况,超高密度电法则有所欠缺。
【关键词】超高密度电法溶洞准确率
  概述
   广州市轨道交通九号线是广州市重点工程,其所穿过的大部分地层为石炭系灰岩,灰岩溶洞发育。岩溶发育地区的地下工程施工中常见的事故有大规模塌方、突泥、涌水、地表陷穴、开裂、水田失水、房屋开裂等。为了降低危险等级,减少损失,需要对溶洞进行治理。在治理之前,需要确定溶洞的发育情况,为了做到治理对象明确,减少不必要的投资,需要进行溶洞发育范围探测,因此需要采用有效的勘察技术方法去探测出溶洞的发育情况。由于溶洞在空间上大小、位置、数量具有局部随机性,隧道施工过程要求对其精确定位,钻探能达到点位上的精确勘探,但是对局部描述能力有限,如果通过加密钻孔提高勘探范围,这种方法增加了许多钻探工作量和勘察费,同时作业时间非常紧张,对道路交通造成堵塞。因此,在一定程度上,钻探不是一种很好的勘察技术方法;为了扭转这种不利的局面,需要用地球物理勘探(俗称物探)解决。物探可以快速地反映出溶洞的发育情况,而且费用相对不高,因此采用物探方法进行探测。钻探可以直观地了解地下情况,因此采取钻探方法对物探成果进行验证分析。
  地质特征
   广州市轨道交通九号线飞鹅岭~广州北站区间地面基本平坦,属河流冲洪积平原,自西向东依次有兴华断裂,三华断裂,为非全新活动断裂。覆盖层由人工填土(Q4ml)、冲积~洪积砂层(Q3+4al+pl)、冲积~洪积土层(Q3+4al+pl)、河湖相淤泥及淤泥质土层(Q3+4al)及残积土层(Qel)组成。区间钻孔揭露土层厚度范围值7.3036.00m,平均值19.15m。沿线基岩主要为石炭系岩层,包括中--上统石炭系壶天群、下统大塘阶测水段、下统大塘阶石蹬子段。
   初勘成果表明,基岩受断裂及褶皱构造影响,溶蚀裂隙和溶洞发育,水量丰富,钻孔溶洞见洞率为约35%,有不少钻孔揭露两层以上溶洞,溶洞埋藏深度在14.4031.80m,洞高0.2010.30m。溶洞大部分无充填(含溶洞水),少部分充填可塑状褐黄色粉质粘土,局部含碎石块、褐红色粘性土,含少量中粗砂;黄色软塑状粉质粘土;黄色流塑状淤泥;褐黄色松散状粗砾砂。中等、微风化岩面起伏高差大。
  超高密度电法原理
   电阻率法(电法)勘探是地球物理勘探中的重要方法之一。它是以岩土体的电性差异为物理基础,通过观测分析电场分布变化规律来解决地质问题的一种地球物理勘探方法。超高密度直流电法,其工作原理属电阻率的范畴。超高密度直流电法勘探是一种阵列式勘探方法思想,数据采集方式是分布式的,野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上、然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当将测量结果送入微机后,还可对数据进行处理并给出关于视电阻率等值线图或真电阻率反演剖面等各种图示结果。与常规电阻率法相比布置了较高的测点密度,一次可以完成纵横二维勘探过程,所以观测精度较高,数据采集可靠,具备较好的成像功能。
   超高密度直流电法勘探仍然基于在人工直流电场的作用下,地表的电场分布与地下岩土介质的电阻率分布相关的基本原理,但它是创新的直流电法勘探方法。
  准确率分析方案
   采用超高密度电法共探测150个剖面。为了检查超高密度电法的对溶洞的实际探测效果,选取了典型的10个剖面在反映有溶洞的地方进行钻探施工进行验证。
   采用的验证标准:以钻探成果对物探解释的基岩面、溶洞、土洞、破碎带的平面位置、埋深、高度等数据进行全面检验,以基岩面、溶洞、土洞、破碎带探测的总体准确率为指标,总体准确率在80%以上为合格,50%以下为不合格,50%-80%为部分合格。
   单孔准确率为基岩面准确率和溶洞准确率的算术平均值。总体准确率为单孔准确率的算术平均值。
   在经过多方的讨论后,采用如下具体的准确率计算标准:
  4.1对于溶洞、土洞、破碎带:
   1.单孔准确率的计算只考虑高度大于1.00米的溶洞、土洞、破碎带;
   2.钻探有溶洞、土洞或破碎带而物探未发现或物探有溶洞、土洞或破碎带而验证钻探未见,单孔准确率为零;
   3.钻探与物探均无溶洞、土洞或破碎带,单孔准确率为100%
   4.钻探与物探均有溶洞、土洞或破碎带时,单孔准确率基数为100%,扣减单孔准确率时,以误差1米扣减5%,误差2米扣减50%,误差3米单孔准确率为0作为参数进行内插计算;

   5.水平方向范围的考虑主要根据物探解释剖面图所反应的低阻异常发育趋势,以最接近验证钻孔位置进行合理偏移。
  4.2对于基岩面:
   1.单孔准确率的计算只考虑岩面深度相差1.00m以上;
   2.单孔准确率基数为100%,扣减单孔准确率时,以误差1米扣减5%,误差2米扣减50%,误差3米单孔准确率为0作为参数进行内插计算。
  
  验证过程及结果
   根据上述验证标准,最后总的准确率为60.77%,成果为部分合格。
   本文选取其中一个钻孔进行具体的准确率计算。
   MIZ3-HG-Y-01钻孔位于MIZ3-HG-B-109MIZ3-HG-B-110剖面上。物探显示基岩面深度为18.0m;钻探揭露基岩面为19.4m。物探低阻异常区(破碎带、溶洞)为19.0031.00m;钻探揭露溶洞为19.4024.9024.9028.2030.0030.60
   根据验证标准,基岩面深度相差0.40m,准确率为77.00%;物探低阻异常范围为19.0031.00m,钻探19.4024.90m为土洞,验证顶板相差0.40m,准确率为100.00%,底板准确率为100%,此层准确率为100.00%24.9028.20m为岩石破碎带,见溶蚀半边岩,准确率为100.00%30.0030.60m为岩石破碎带,见溶蚀,顶板相差1.80m,采用线性内插法,准确率为59.00%,底板相差0.40m,可不考虑差异,准确率为100.00%,此层准确率为(59%+100%/2=79.50%