張世杰 唐廣輝

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055;)

在可溶巖地區(qū)修建鐵路工程，常常受到巖溶的困擾，由于巖溶的空間發(fā)育形態(tài)十分復(fù)雜，具有很大不確定性，導(dǎo)致巖溶地區(qū)的勘察工作難度很大，目前普遍采用的物探普查、鉆探驗(yàn)證受到很多因素的制約(如巖石的節(jié)理、裂隙可能被誤判，路塹地段土方尚未開(kāi)挖，地表起伏的影響，物探本身的多解性)，難以查清其發(fā)育狀態(tài)，導(dǎo)致加固處理措施針對(duì)性不強(qiáng)，通常采用巖溶注漿措施加固［1-2］，但注漿工程量無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，只能估算。

巖溶注漿數(shù)量大，單價(jià)高，準(zhǔn)確核實(shí)注漿數(shù)量意義重大，此問(wèn)題已經(jīng)引起了建設(shè)單位的高度重視，也一直是工程審計(jì)工作的重點(diǎn)。如何相對(duì)準(zhǔn)確的核定巖溶注漿工程數(shù)量一直是工程界的一道難題。

1 孔內(nèi)攝像法簡(jiǎn)介

孔內(nèi)攝像法是沿著鉆孔豎向采用攝像技術(shù)［3-5］，對(duì)孔壁進(jìn)行拍攝和觀察，識(shí)別孔壁缺陷、位置、形式、程度的檢測(cè)方法。

攝像探頭由攝像機(jī)、照明光源、錐形反光鏡、透明攝像窗、指北針、遙控調(diào)焦裝置等組成。通過(guò)錐形反光鏡攝取孔壁四周圖像，自動(dòng)采集圖像，并進(jìn)行展開(kāi)、拼接處理，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編輯處理，形成全孔壁柱狀圖像供使用(如圖1)。

圖1 基樁孔內(nèi)攝像設(shè)備連接示意

孔內(nèi)攝像法在基樁檢測(cè)、路基填筑檢測(cè)、巖體完整性檢測(cè)及礦產(chǎn)開(kāi)采等多領(lǐng)域中的應(yīng)用比較廣泛［6-13］，技術(shù)趨于成熟。

把巖溶區(qū)的鉆孔看作是待檢測(cè)的基樁，通過(guò)孔內(nèi)攝像的影像資料，可以真實(shí)反應(yīng)孔內(nèi)巖溶發(fā)育情況。

但巖溶不同于單獨(dú)的基樁，需要的是一個(gè)工點(diǎn)區(qū)域內(nèi)巖溶的總體發(fā)育情況，為此采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)各鉆孔的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得具有統(tǒng)計(jì)意義的一定區(qū)域巖溶發(fā)育情況，對(duì)于認(rèn)識(shí)和把握工點(diǎn)區(qū)域巖溶發(fā)育程度，指導(dǎo)巖溶加固處理，核對(duì)注漿加固工程數(shù)量具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 工作方法及工作量

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，確定了孔內(nèi)攝像為主，局部發(fā)現(xiàn)溶洞時(shí)采用超聲成像技術(shù)確定溶洞空間位置的工作方案。

大范圍開(kāi)展工作前，通過(guò)孔內(nèi)攝像成果和鉆孔巖芯的對(duì)比，進(jìn)一步確定黏性土覆蓋層、角礫土層、巖石風(fēng)化層、節(jié)理裂隙的圖像特點(diǎn)，為準(zhǔn)確分析判斷巖溶的發(fā)育狀態(tài)奠定基礎(chǔ)。之后開(kāi)展大范圍的孔內(nèi)攝像工作。

成果整理階段通過(guò)軟件把圖像拼接成連續(xù)圖片，并對(duì)圖片上的地質(zhì)特征(包括巖石完整、破碎，裂隙發(fā)育程度、傾向、傾角和寬度，溶蝕現(xiàn)象等)進(jìn)行解釋和描述，典型的孔內(nèi)攝像成果資料如圖2、表1所示。

圖2 孔內(nèi)攝像成果

表1 攝像成果分析匯總

由于所有的裂隙都是損耗漿液的因素，所有裂隙都作為參與線溶率的統(tǒng)計(jì)。上表裂隙總寬度217.5 mm，鉆孔總長(zhǎng)度4 666 mm，統(tǒng)計(jì)線溶率為217.5/4 666=4.66%。

本次進(jìn)行孔內(nèi)攝像共8個(gè)工點(diǎn)814.64延米，里程范圍和工作量如表2。

3 數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)

孔內(nèi)情況按照空洞(裂隙)、充填溶洞和無(wú)溶洞三部分分別統(tǒng)計(jì)，三部分的含義見(jiàn)圖3。

表2 工作范圍及工作量統(tǒng)計(jì)

圖3 孔內(nèi)巖溶分類示意

對(duì)全部1 510個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)基本反應(yīng)出該區(qū)域巖溶發(fā)育整體情況。

圖4 線巖溶率分布情況

圖4 表明，78.3%的鉆孔不存在任何巖溶(含溶蝕、裂隙)現(xiàn)象，21.7%的鉆孔存在巖溶(包括空洞和充填溶洞和裂隙)現(xiàn)象。

圖5表明，線巖溶率(包括空洞、充填溶洞和裂隙)分布在0% ～60%之間，78.3%鉆孔線溶率為零。

圖5 線巖溶率分布情況統(tǒng)計(jì)

將圖5的縱向比例放大即為圖6，可以看出，在存在巖溶的孔內(nèi)，4%的巖溶率是發(fā)生機(jī)率最大的，占全部鉆孔的2.5%，占存在巖溶鉆孔的11.5%。

圖6 線巖溶率分布情況統(tǒng)計(jì)(縱向放大)

4 數(shù)理統(tǒng)計(jì)

按照《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB10012—2007)中推薦的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)［14］。

主要參數(shù)按照下列公式計(jì)算平均值fm和標(biāo)準(zhǔn)差σ

式中 fi——巖土無(wú)力力學(xué)指標(biāo);

n——同類地質(zhì)條件下或同層位數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

巖土參數(shù)的變異系數(shù)δ按下式確定

巖土參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值按下式確定

式中 fk——巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值;

γs——統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)。

各工點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3(空洞和已充填溶洞分別統(tǒng)計(jì))。

5 按照統(tǒng)計(jì)結(jié)果估算注漿工程量

按照上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分別估算各區(qū)域需要的注漿數(shù)量，計(jì)算假設(shè)條件如下:

(1)線溶率只能體現(xiàn)縱向巖溶發(fā)育程度，不能反應(yīng)巖溶橫向的發(fā)育狀態(tài)，考慮到鉆孔均勻布置，假設(shè)所有溶洞(裂隙)的橫向發(fā)育寬度為鉆孔間距，也就是將線巖溶率看作體巖溶率。

(2)加固范圍內(nèi)所有空洞是全部聯(lián)通的，空洞可以完全被注漿充填，已充填溶洞體積的25%可以被注漿充填。

(3)加固區(qū)內(nèi)外是隔離的，不考慮注漿大量流失到加固區(qū)以外(實(shí)際施工過(guò)程中如果出現(xiàn)個(gè)別鉆孔大量漏漿現(xiàn)象，需單獨(dú)研究帷幕注漿工藝和漿液控制方法，個(gè)別處理、單獨(dú)計(jì)量)。

(4)注漿流失系數(shù)1.3(考慮施工損耗和漿液滲入微裂隙)。按照上述假定條件，計(jì)算結(jié)果如表4。

表3 各工點(diǎn)線巖溶率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

6 結(jié)論

(1)孔內(nèi)攝像方法通對(duì)孔壁進(jìn)行拍攝和觀察，能夠直觀、清晰的識(shí)別巖溶發(fā)育的位置、形式、程度，加深對(duì)巖溶的直觀認(rèn)識(shí)，對(duì)于判斷巖溶發(fā)育狀態(tài)，評(píng)估對(duì)工程的危害，確定加固措施，估算工程數(shù)量能夠起到一定指導(dǎo)作用。

(2)從1 510個(gè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，本區(qū)域的巖溶以弱發(fā)育為主，78.3%的區(qū)域無(wú)巖溶發(fā)育的現(xiàn)象，21.7%的區(qū)域存在巖溶發(fā)育現(xiàn)象，但絕大多數(shù)溶洞已被充填，空洞的體積比僅為0.31%。

(3)建議在施工階段執(zhí)行“先探后灌”的原則，先期大間距開(kāi)展孔內(nèi)攝像，宏觀把握工點(diǎn)巖溶的發(fā)育狀態(tài)，劃分不同的區(qū)域，之后在重點(diǎn)區(qū)域加密勘探點(diǎn)，開(kāi)展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，對(duì)工點(diǎn)加固方案及時(shí)跟蹤和調(diào)整，逐步完成注漿加固工作。

(4)注漿量的估算雖然建立在假設(shè)條件下，其精度還需修正，但比起常規(guī)的注漿已經(jīng)是個(gè)長(zhǎng)足進(jìn)步，實(shí)施前通過(guò)試驗(yàn)段的摸索，進(jìn)一步驗(yàn)證漿液損耗等參數(shù)，將使注漿數(shù)量更加接近實(shí)際情況，最終實(shí)現(xiàn)注漿數(shù)量基本可控的目的。

［1］ 張曉華，葉中兵．客運(yùn)專線路基基底巖溶注漿施工技術(shù)［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(4)

［2］ 葉中兵．石武客運(yùn)專線路基巖溶注漿施工技術(shù)［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(9)

［3］ 王川嬰．?dāng)?shù)字式鉆孔攝像系統(tǒng)研究［D］．武漢:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，1999

［4］ 王川嬰．孔內(nèi)攝像技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005(10)

［5］ Yuji Kanaori．Observation of crack development around an underground rock chamber by borehole television system［J］．Rock Mechanics and Rock Engineering，1983(2)

［6］ 武君．基于鐵路工程勘察的數(shù)字全景鉆孔攝像系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］．鐵道勘察 ，2009(6)

［7］ 謝孟，甄春相．?dāng)?shù)字全景鉆孔攝像技術(shù)在鐵路工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用［J］．鐵道勘察，2009(1)

［8］ 黃明．孔內(nèi)攝像技術(shù)在PHC樁完整性檢測(cè)中的應(yīng)用［J］．工程質(zhì)量，2005(9)

［9］ 唐杰軍．?dāng)?shù)字鉆孔攝像技術(shù)在路基面檢測(cè)中的應(yīng)用［J］．路基工程，2006(5)

［10］王川嬰，胡良培．基于鉆孔攝像技術(shù)的巖體完整性評(píng)價(jià)方法［J］．巖土力學(xué)，2010(4)

［11］劉貴祥．?dāng)?shù)字鉆孔攝像技術(shù)在特厚煤層綜放開(kāi)采中的應(yīng)用［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2007(7)

［12］陳雪見(jiàn)．?dāng)?shù)字式全景鉆探攝像在某洞室勘察中的應(yīng)用［J］．?dāng)?shù)字化應(yīng)用，2006(10)

［13］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2007