葉唐進(jìn)，謝 強(qiáng)，趙 文，文江泉

(1.西藏大學(xué)工學(xué)院，西藏拉薩850000;2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

近幾年，我國鐵路建設(shè)迅猛發(fā)展，南方大部分鐵路跨越巖溶區(qū)。在高速鐵路對地基承載力的要求較高的情況下，淺層巖溶洞穴的存在使得地基承載力較弱，若處置不當(dāng)，易造成路基的塌陷。另外，巖溶地區(qū)水動力活躍，滲流作用強(qiáng)烈，使垂向的落水洞、橫向的地下暗河發(fā)育。地下水的潛蝕易導(dǎo)致地面的塌陷;地下水的沖刷作用，對路基和橋基的穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，鐵路路基下面巖溶的勘察探明及預(yù)防處理越來越受到重視［1］。

目前，鐵路路基巖溶的的勘察手段有瑞雷面波法、地質(zhì)雷達(dá)、電磁CT、對稱四極電測深等多種方法［2］，高密度電法是基于普通電法勘探的最新改進(jìn)方法，具有工效高、數(shù)據(jù)采集密度大且可根據(jù)不同的地形選擇不同的勘探方法等多種優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已逐步應(yīng)用在鐵路巖溶路基勘察中。

新建云桂線DK457+790～DK473+290段內(nèi)，在前期鉆探勘察中發(fā)現(xiàn)大量覆蓋型巖溶，對該高速鐵路的修建和營運(yùn)構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。現(xiàn)場結(jié)合地質(zhì)鉆探，利用高密度電法對鐵路路基覆蓋型巖溶進(jìn)行縱斷面雙線勘察，通過對比判釋，準(zhǔn)確勘察地下巖溶的發(fā)育特征，為后續(xù)施工整治提供建議。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地理位置及地形地貌

云桂線DK457+790～DK473+290段位于云南廣南縣與邱白縣之間，途徑珠琳鎮(zhèn)，全長15.5 km。本段在云貴高原區(qū)域，高原地貌為由低中山、丘陵和高原盆地及溶原組成。

1.2 地層巖性

沿線出露地層的時代較多，形成原因復(fù)雜，巖性種類繁多。新生界第四系和下第三系覆蓋層黏土地層主要分布于斷陷盆地、河流階地及河谷內(nèi);石炭系，泥盆系灰?guī)r、白云巖為地下主要基巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

本線所屬區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動表現(xiàn)為大面積、整體性及間歇性抬升，間歇性與差異性隆起，斷裂的走滑運(yùn)動與斷塊坳陷，同時沿線褶皺發(fā)育。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，深大(活動)斷裂規(guī)模大，分布密集，發(fā)育有眾多不同性質(zhì)的斷層。

1.4 水文地質(zhì)條件

地下水在不同的地質(zhì)構(gòu)造單元，有不同的特征，地下水類型主要有富存于第四系松散層中的孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水等。地下水的主要補(bǔ)給來源為大氣降水，主要補(bǔ)給形式是降雨通過寬淺的溶蝕洼地、漏斗及落水洞等負(fù)巖溶形態(tài)，垂直滲入補(bǔ)給，集中注入地下補(bǔ)給地下巖溶水。

1.5 巖溶

本段沿線碳酸鹽巖分布廣泛?；?guī)r、白云巖地層巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，地表溶蝕明顯，溶縫、溶槽、石芽、巖溶洼地與漏斗、豎向溶洞、落水洞、巖溶泉等巖溶形態(tài)極為發(fā)育。

2 高密度電法的原理

2.1 高密度電法基本原理

高密度電法的基本工作原理與常規(guī)電阻率法大體相同。它是以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)的一種電探方法，根據(jù)在施加電場作用下地中傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，推斷地下具有不同電阻率的地質(zhì)體的存在情況。高密度電阻率法的物理前提是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異。和常規(guī)電阻率法一樣，它通過A、B電極向地下供電流I，然后在M、N極間測量電位差ΔV，從而可求得該點(diǎn)(M、N之間)的視電阻率值ρs=KΔV/I。根據(jù)實(shí)測的視電阻率剖面，進(jìn)行計算、分析，便可獲得地下地層中的電阻率分布情況，從而可以劃分地層，判定異常等［3］。

2.2 高密度電法工作方法

在野外數(shù)據(jù)采集中，預(yù)先人工打好電極，采集數(shù)據(jù)前應(yīng)檢測電極的接地電阻，接地電阻異常的澆一些鹽水。開始測量后，主機(jī)通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令、向電極供電并接收、存貯測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理時，主機(jī)通過通訊軟件把原始數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)。計算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成處理軟件要求的數(shù)據(jù)格式，經(jīng)相應(yīng)處理模塊進(jìn)行畸變點(diǎn)剔除、地形校正等預(yù)處理后，做二維反演圖。根據(jù)反演電阻率模型斷面圖的變化特征、地質(zhì)調(diào)查資料作地質(zhì)解釋，并繪制出物探成果解釋圖［4］、［5］。工作流程詳見圖 1。

圖1 高密度電法工作圖

3 現(xiàn)場勘探及結(jié)果分析

3.1 現(xiàn)場儀器

儀器為WDJD－3多功能數(shù)字直流激電儀及WDZJ－3多路電極轉(zhuǎn)換器。該儀器包括:主機(jī)、智能電極盒及電纜、純銅電極、電纜連線、電源連接線、通訊連接線、450 V電池等。

3.2 現(xiàn)場裝置設(shè)置

現(xiàn)場高密度電法測試的電極裝置采用α2排列，1～30號電極為小里程，31～60號電極為大里程。點(diǎn)距為5 m，共60根電極，最小供電極距為15 m，最大供電極距為295 m，供電電壓為450 V，最小測量信號大于7.5 mV。

3.3 高密度電法勘探結(jié)果及分析

使用高密度電法對DK473+260～290斷面進(jìn)行勘察，并對勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，其地電斷面如圖2。從圖2可見，在縱斷面30m范圍內(nèi)，表層0～15m以低阻條帶為主，可判釋為地表黏土層，且土石界面位置位于地下15m左右;斷面兩側(cè)底層以高阻條帶為主，可判釋為地下完整基巖體，不存在巖體破碎帶及溶洞等弱層;在里程DK473+280以下16～23m深處出現(xiàn)高阻閉合圈，閉合圈范圍集中在斷面中部，近橢圓形，可判釋為地下空洞型異常體，多為空溶洞。

圖2 反演電阻率模型斷面

4 現(xiàn)場地質(zhì)鉆探及對比分析

現(xiàn)場對DK473+260～290斷面間隔7 m進(jìn)行地質(zhì)鉆探，鉆孔深度為20～27m不等，得到其鉆孔地質(zhì)斷面見圖3。從圖3可見，該斷面土石界面起伏交錯，界面位置位于地下10～15 m之間，覆蓋層以黏土為主，基巖為較完整灰?guī)r。在DK473+280里程點(diǎn)地下16.1～23 m間存在一洞徑大于7m的溶洞，溶洞底部稍充填少量泥沙。對比高密度電法的判釋結(jié)果可見，在DK473+260～290里程范圍內(nèi)，高密度電法對地下巖土界面及地下溶洞的判釋準(zhǔn)確有效。

圖3 鉆孔剖面

5 結(jié)論

鐵路路基巖溶病害的存在對高速鐵路的修建和運(yùn)營安全造成極大的威脅，需進(jìn)行有效勘探。高密度電法相較與傳統(tǒng)鉆探及普通電法勘探，不僅效率高、操作簡單、使用方便，且對地下土石界面及溶洞的判釋準(zhǔn)確有效，建議在高速鐵路路基巖溶勘察中推廣應(yīng)用。

［1］周先明.鐵路路基巖溶隱伏洞穴的探測和整治方法［J］.路基工程，2009(6):55－54

［2］韋德江.既有線鐵路路基巖溶及洞穴探測［J］.鐵道建筑技術(shù)，2008(3):52－54

［3］黃紹逵，歐陽玉飛.高密度電法在巖溶勘察中的應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報，2009，12(6):720－723

［4］鄧超文，周孝宇.高密度電法的原理及工程應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2006(增刊):278－279

［5］劉曉東，張虎生，黃笑春，等.高密度電法在宜春市巖溶地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2002，3(1):72－75