复杂岩溶路基的勘察与分析

毛明军 张书华 赵中华

(1.湖北省地球物理勘察技术研究院,湖北 武汉 430056；2.三峡大学科技学院，湖北 宜昌 443002； 3.湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443002)

复杂岩溶路基的勘察与分析

毛明军1张书华2赵中华3

(1.湖北省地球物理勘察技术研究院,湖北 武汉 430056；
2.三峡大学科技学院，湖北 宜昌 443002； 3.湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443002)

针对贵州省惠水—兴仁高速公路第18合同段K165+400～K166+500段路基存在的地质问题，采用岩溶地质调查、溶洞实际测量、钻探、高密度电法、电磁波CT等多种勘察方法，相互验证，查明了场地岩溶发育特征、岩溶分布状态及溶洞规模，提出了路堑岩溶治理方案。

路堑，岩溶，物探，地质调查

1 概述

1.1 地质调绘

K165+400～K166+500段路基溶洞很发育，斜坡侧面溶洞出露。重点调查溶洞附近200 m范围内的溶洞及地下暗河的进出口(或可能的汇水面积位置)。对溶洞进行了工程测量。测量采用全站仪按坐标测量，部分全站仪不能打到的点采用皮尺、罗盘进行辅助测量，并就溶洞发育情况走访了当地多位附近年纪大的村民。

1.2 钻探

本次分析完全采用了原有的钻探资料。逐步排除溶洞位置，以查明溶洞的侧、顶板高程及厚度及发育范围走向、地下暗河发育的标高。钻探施工按孔位坐标放点施工，钻孔深度和钻探工作量根据地质条件及路基挖方深度确定。根据开挖的情况，修正了断面主要钻孔的地层分层情况。

1.3 物探

本次分析完全采用了原有的物探资料。针对互通区岩溶发育特点、规模和对路基的影响，在对各种物探方法进行了认真比较后，我们选择高密度电法(施伦贝尔装置)和电磁波CT法作了综合物探，并将物探成果与钻孔资料、地质调绘进行了对比印证。物探按路线纵横方向作测网布置，进行面积性勘探，从印证结果来看，地面物探效果不显著，主要受地形条件等复杂因素的影响较为严重。相对而言，孔内物探(电磁波CT)效果要好些。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

该段路基属构造溶蚀残丘坡地地貌，地势波状起伏，丘顶浑圆，地面高程在1 304 m～1 248 m，相对高差约56 m，附近有1条宽约5 m～10 m的小河。地表已开挖暴露出中风化基岩。微地貌有高速公路、县道、村庄等。

2.2 地层岩性

2.3 地质构造

勘察区处于兴仁—贞丰短轴向斜北翼，该向斜南北两翼分别由中～下三迭统碳酸盐岩组成，翼部宽缓岩层倾角变化较大，路线基本沿向斜北翼布置。地层倾向100°～178°，倾角6°～23°，路堑右边坡为顺向及斜交顺向边坡结构。受褶皱的影响，发育多组节理，间距0.4 m～2.0 m，从放炮震塌的断面明显看出，岩体已被切割成块状及大块状，震塌物为板状和块状块石及泥块、泥皮。

3 桥址岩溶分布特征及规律

本次勘察采用了地质调查、工程测量、钻探、物探相结合的综合勘探方式，几种方式相互验证，以进一步查明互通区岩溶分布的范围及规律(溶洞走向、推测暗河与线路关系及钻孔布置情况见地质平面图)。

3.1 地质调查

利用原先的成果，在K165+404发育溶洞，进洞口标高约1 276 m，洞口大致呈三角形(最大高度约2 m,长3 m)，进口处地势较为平缓，基岩裸露。洞内人工调查长度为270 m，最大洞高23 m，分布于K165+500右3.0 m附近，根据钻孔及地质调查资料，溶洞顶板厚度在2 m～17 m，靠近进洞口一带顶板厚度较薄。

洞内发育有地下暗河，根据在暗河投放锯末做连通性观察，暗河出口位于K165+395左66 m处，出口狭长低矮，标高约1 257 m，虽然当地村庄已通自来水，但该暗河还是为当地村民的主要生活水源及农田灌溉用水，不能阻断水源。该暗河在K165+477右8.5 m溶洞底板处下潜向南排泄，是为另一下层溶洞，洞口为2 m宽，1 m高，洞口四壁有软土分布，底部为砾石。暗河与线路相交的位置大致在K165+440～K165+470之间，根据洞内水的流速及暗河出洞口标高推测，暗河标高在1 257 m～1 259 m左右。受黔西南地区干旱影响，调查期间暗河水量较小，流速缓慢，水深0.3 m～0.5 m之间，水量主要受降雨量控制。根据洞内沉积物推测，暗河最高水位3 m～4 m，造成水位变幅大的原因为强降雨期间暗河来水量骤然加大，而暗河出洞口相对狭窄，排泄不畅产生。

洞内岩石受上部开挖施工及老路施工爆破影响沿层面坍塌强烈，坍塌的块石颜色新鲜，本次调查根据溶洞走向分断面进行测量各段情况如下：在调查区内溶洞发育轴线由西向东发育，以正北为0方位计，溶洞方位260°～273°～293°，起点于封闭天窗(K165+441右8.3)，终点于关兴公路封闭天窗(YK166+225右15)，在里程K165+475路基右侧露肩处下切转向北西发育，同时暗河流向东南；洞高一般12 m，最大洞高23 m，暗河出口位于K165+395左66 m处，出口狭长低矮，标高约1 257 m。调查和实测溶洞顶板厚度在2 m～17 m之间，靠近进洞口一带顶板厚度较薄，(溶洞走向、推测暗河与线路关系见地质平面图)。岩溶管道水，其汇水面积极大，黔西南州遭遇百年一遇的旱灾，地下暗河依旧没有断流，暗河流量大于80 L/s。

顶板高程、溶洞宽度表述：在里程YK166+190路基右侧露肩处溶洞天窗处由于两条溶洞汇合，溶洞空间很大，洞宽8 m～12 m，洞顶宽5 m～8 m，洞顶高程西至东为1 287.3-1 284.1-1 276-1 268.6-1 274.3-1 275.1，全长约150 m，该段对路基影响大，存在安全隐患，溶洞顶板标高情况详见溶洞走向断面图。

具体溶洞走向：起点沿260°方位角近水平延伸38 m，最大宽度约9 m，最大洞高约6.6 m，无水，洞内发育有钟乳石及石幔等，底部坑洼不平。堆积有坍塌块石。又沿方位角220°延伸发育，长约52.6 m，宽5 m～9 m，最大洞高约12 m，洞内坍塌强烈，能听到下面暗河水流声音；其中该段在45.6 m处沿约35°斜坡向下6 m后水平沿延伸7 m。第3段，沿312°方向延伸13.5 m，宽约6.3 m，最大洞高16 m，该段可见暗河流过，水质清澈，在此处根据残留冲积物推测最高水位3 m～4 m，溶洞被大量坍塌块石、巨石堵塞，人工无法沿暗河行走。紧接着沿垂直的岩石裂隙(约在K165+500右10)向上攀爬约5.5 m，该段沿220°方向延伸17 m，最大洞高约11.6 m，宽9 m，地表主要为坍塌的块石，最大块石的直径大于3 m，推测块石堆积厚度6 m～8 m之间，可听见暗河水流声。后沿273°方向垂直向下5 m后近水平延伸26 m，可听见水流声，最大高度11 m，宽8 m，洞内坍塌严重，无法看见洞底部的暗河。后沿290°方向延伸15 m，洞内坍塌强烈，最大洞高15 m，宽8 m，可听见水流声。又沿陡坎向下约10 m，洞高约23 m，沿273°方向延伸约20 m，到达关兴路封闭段，可听见轻微的流水声。

3.2 电磁波CT

本次共完成LZK401～LZK402～LZK403，LZK501～LZK502～LZK503等6孔之间4对电磁波CT测试，结合地质情况，各CT剖面探测成果解释如下：

LZK401～LZK402：地表以下5 m～12 m，电磁波吸收系数为0.6 dB/m～0.9 dB/m，岩体较破碎；地表以下12 m～23 m，电磁波吸收系数为1.0 dB/m～1.4 dB/m，岩体裂隙及地下水发育；23 m～25 m以下为较完整岩体，电磁波吸收系数为0.1 dB/m～0.5 dB/m。

LZK402～LZK403：地表以下3 m～8 m，电磁波吸收系数为0.6 dB/m～0.9 dB/m，岩体较破碎；地表以下12 m～22 m，电磁波吸收系数为1.0 dB/m～1.4 dB/m，岩体裂隙及地下水发育；23 m～25 m以下为较完整岩体，电磁波吸收系数为0.1 dB/m～0.5 dB/m。位于钻孔LZK402和LZK403中间，地下24 m～25 m(高程约1 250 m)有封闭异常，电磁波吸收系数为1.0 dB/m～1.2 dB/m，推测为暗河位置。

LZK501～LZK502：地表以下3 m～8 m，电磁波吸收系数为0.1 dB/m～0.5 dB/m，岩体较完整；地表以下8 m～20 m，电磁波吸收系数为1.0 dB/m～1.4 dB/m，岩体裂隙及地下水发育；20 m以下为较完整岩体，电磁波吸收系数为0.1 dB/m～0.5 dB/m。

LZK502～LZK503：地表以下3 m～20 m，电磁波吸收系数为1.0 dB/m～1.4 dB/m，岩体裂隙及地下水发育；20 m～30 m为较完整岩体，电磁波吸收系数为0.6 dB/m～0.9 dB/m。位于钻孔LZK502和LZK503中间，地下31 m～33 m(高程约1 255 m)有封闭异常，电磁波吸收系数为1.0 dB/m～1.4 dB/m，推测为暗河位置。

本次探测发现两处封闭异常，电磁波吸收系数1.0 dB/m～1.4 dB/m，推测为暗河位置。分别位于LZK402(CK0+367)～LZK403(CK0+387)之间及LZK502(K165+468)～LZK503(K165+488)之间，高程分别约为1 250 m和1 255 m。

3.3 钻探

为查明溶洞顶板厚度，验证人工调查、高密电法所确定的溶洞范围及配合电磁波CT查明地下暗河发育标高及规模，路基工程地质勘察共完成了钻孔13个。

4 结语

1)路基段存在的不良地质问题主要为岩溶及岩溶地基稳定性，是本次工程地质勘察的重点。通过采用钻探、物探和工程地质调查综合勘探手段的相互验证与补充，较详细查明了场地岩溶发育条件，发育特征和岩溶分布状态、溶洞规模。

2)在人工地质调查推测隐伏段地下暗河发育段布置了6个钻孔，并在钻孔之间做了跨孔CT，从三维立体的角度对路基段地下暗河进行了探测，较详细地查明了地下暗河的发育特征和规模。地下暗河埋深25 m左右，最大埋深大于30 m，因路基挖方较小，故地下暗河对路基稳定性无影响。

3)根据溶洞调查成果，溶洞主要影响全段路基稳定，其埋深相对较浅，工程处理较为方便，建议对该段采取人工爆破的方式进行填埋处理。因地下暗河在该段溶洞底部出露，施工中应避免堵塞暗河管道，堵塞水源，溶洞延伸到了原关兴公路路基的下方，关兴公路运营多年未出现路基塌陷等不良地质现象，说明该段路基整体是稳定的。

4)安全隐患区段为K165+442.5～YK166+190段，该段钙质泥(页)岩、角砾状白云质灰岩、白云质灰岩互层分布，前两种为软质岩，白云质灰岩为较硬岩。从揭露断面层位深度范围可看出，软质岩所占厚度比硬岩大。根据附近工点钻孔资料情况说明，角砾状白云质灰岩岩芯破碎～极破碎，钙质泥(页)岩易软化。较硬岩白云质灰岩实测厚度22 cm～41 cm不等，节理密度1.2 m/条～1.5 m/条，局部及放炮震动部位可达0.8 m/条～1.0 m/条。上述情况导致洞顶岩体易坍塌，在溶洞底板随处可见板状、块状岩体。故需综合考虑顶板安全厚度问题。

Investigation and analysis of complex karst subgrade

Mao Mingjun1Zhang Shuhua2Zhao Zhonghua3

(1.HubeiProvinceInstituteofGeophysicalProspectingTechnology,Wuhan430056，China; 2.CollegeofScienceandTechnologyofChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China; 3.HubeiQingjiangHydropowerDevelopmentCo.，Ltd，Yichang443002，China)

Aiming at the Guizhou province of Huishui to Xingren expressway section of the eighteenth contract K165+400 ～ K166+500 subgrade geological problem, uses the karst geological survey, cave of actual measurement, drilling, the high density resistivity method, electromagnetic wave CT and other survey methods, mutual authentication, in detail to identify the conditions of the site the karst, development characteristics and distribution of karst cave state, scale, proposed cutting karst management measures.

cutting, karst, geophysical exploration, geological survey

1009-6825(2015)02-0136-02

2014-11-04

毛明军(1972- )，男，工程师； 张书华(1984- )，女，硕士，讲师； 赵中华(1977- )，男，高级工程师

U416.1

A