喀斯特地区隐伏岩溶探测方法综述

0 引言

隧道隐伏岩溶探测，是一项查清喀斯特地区地质安全问题的技术，旨在保障隧道施工的安全性，科学开展工程方案设计，为施工信息化发展提供数据基础。隧道隐伏岩溶探测的目标为：测定喀斯特地区岩溶隧道的地质情况，加强对隧道岩溶问题进行探测，为铁路运营提供安全保障。

1 工程情况

1.1 工程简介

新建贵南高速铁路白秀山一号隧道，全长3374m，最大埋深 270m，局部埋深13m，于隧道出口距离线路左侧25m处设置一座泄水洞，长748m，洞径4.5m×5m。该隧道为设计时速350Km/h高速铁路双线隧道。根据地勘资料显示，隧区下伏基岩的主要成分为灰岩，隧址区位置覆有第四系全新统崩积、堆积（Q4col）块石土，冲洪积软土、黏土，坡残积（Q4dl+el）红黏土；下伏基岩为二叠系下统茅口组（P1m）灰岩；二叠系下统栖霞组（P1q）灰岩；石炭系上统（C3）灰岩。隧道区域内不良地质包括：岩溶、暗河、边坡顺层（进口位置左侧）、洞顶危石（隧道进出口位置），隧道下穿多处洼地，地下水丰富；全隧共下穿2处既有道路，6处溶蚀洼地；有2条地下暗河与线路相交。该隧道设计预测最大涌水量8.26万方/天，可能存在涌水突泥情况[1]。

1.2 施工现场

案例1：在隧道进口作业面施工期间，距离隧道进口里程为D2K408+983位置，上台阶开挖揭示在线路右侧开挖线外竖向发育一大型空溶洞，此溶洞为空溶洞，无水，溶洞洞壁可见有褐色黏土附着，溶洞深度无法探测，沿溶洞洞壁有一条10～30cm宽岩溶裂隙，横穿隧道开挖断面，延伸至线路左侧，根据溶洞走向判断，左侧空溶洞有向左侧延伸趋势。

案例2：在隧道出口作业面施工期间，下台阶左侧开挖至D2K411+205里程，开挖左侧边墙时揭示出一个空岩溶管道，已揭示溶洞纵向约5m（对应里程范围为 D2K411+205～D2K411+210），已揭示横向宽度约 10m，自左侧开口继续向线路左侧小里程延伸，溶洞呈垂直线路向右侧延伸，溶洞底标高，其整体呈左高右低，目测溶洞顶板位于上台阶底部，溶洞底部低于左侧仰拱底约6m，目前洞内干燥无水。

2 隐伏岩溶探测技术

2.1 探测基础

以上两处开挖揭示岩溶，均未完全揭示岩溶形态，无法确定溶洞对隧道的影响作用，无法制定有效的岩溶处理措施，难以保证施工过程中施工设备、人员的安全，甚至威胁铁路后期运营安全；另受施工工期影响，不具备长期观察溶洞属性的条件，难以判断水流量是否受季节变化影响，无法确定水流量大小等。

2.2 探测方法

利用SIR-4000型低频率天线地质雷达进行探测。现场根据岩溶大致走向，沿隧道纵向、横向分别布设测线，利用钢尺与红油漆按20cm做好距离标注。为确保探测结果准确性，相邻两条测线的布设距离控制在：50cm～100cm。调整雷达检测频率，让波形处于最佳状态，采用点测法进行探测[2]。

案例 1：如图 1、图 2、图 3所示，分析探测结果，测线6位置上根据雷达图像推测，测线长度约1～8m处，深约10～15m、26～30m范围岩体节理裂隙发育，裂隙间溶蚀发育，受到节理裂隙影响，造成岩层破碎现象。

图1 测线布置示意图

图2 测线6波形

案例2：如图4所示探测结果，测线4：位置上根据雷达图像推测，在测线长度约5～10m，深约5～8m范围岩体节理裂隙发育，裂隙水弱发育，裂隙间含水破碎区或溶蚀发育，岩体呈碎裂状，均受到节理影响，造成岩层破碎现象；在测线长度约9～13m，深约 17～20m范围溶蚀发育，推测存在溶洞；测线内其他范围未发现异常区域。

图3 测线布置示意图

图4 测线4波形

2.3 钻探验证

为验证地质雷达探测结果的准确性，现场利用地质钻机进行钻孔验证，在雷达探测异常区域进行钻孔验证，案例1在测线6距离，测线长度 6m处钻孔时，由于11～33m范围芯样不完整，揭示有串珠状溶洞；案例 2：在测线4距离测线长度8m位置上钻孔，揭示有深14.5m填充型溶洞，填充物为黏土。

3 结论

喀斯特地貌因其复杂的地质构造和岩溶发育规律，使隧道掘进施工中存在诸多难以预测的工程地质问题。在保证探测精度和控制成本的背景下，选取适宜的物探方法进行隐伏岩溶探测显得尤其重要。本文通过贵南高铁白秀山一号隧道典型岩溶隧道段的探测结果，发现利用地质雷达能快速有效探测岩溶发育情况，节省地质钻孔及风枪钎探的时间，并取得良好效果。因此，在岩溶地区隧道的隐伏岩溶探测中，应选用低频率天线地质雷达，开展隐伏岩溶探测指导施工。

文章来源：《中国地质灾害与防治学报》 网址: http://www.zgdzzhyfzxb.cn/qikandaodu/2021/0120/466.html