国内外隧道岩溶工程地质勘察,主要采用地面勘察与洞内勘探相结合、物探与钻探和洞探相结合、综合测试试验及长期观测等定性与定量分析相结合的方法,分析评价隧道岩溶工程地质及水文地质条件。
遥感技术借助不同高度的平台,采用不同谱段的摄影、扫描技术获取不同时期地质体信息,进行岩组划分,圈定岩溶形态、地表塌陷及不良地质的范围,确定区域地质构造等,为地质选线提供依据,并指导地质调绘工作。
工程地质及水文地质调查测绘是工程地质勘察的基础,借助既有区域地质资料,开展不同比例地质调绘工作,确定地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水的补给-径流-排泄关系以及不良地质的分布、规模等,并指导钻探、物探及测试试验工作。
国内外通常采用地震反射波法和电磁测深法进行岩溶探测。地震反射波法主要用于深部大地构造和石油勘探,一般都在地形较为平缓、地层分布较均匀的地区进行,最近研究开发的三维地震反射探测复杂地质构造和小的不均匀地质体有它独特的能力,但采用的是面积勘探,对线状勘探的适应性有待探索;我国自20世纪80年代末期开展高密度电法探测断层和岩性接触带,积累了丰富经验,高密度电法是目前用于隧道勘探的一种有效方法,但勘探深度有限。电磁测深法首先应用于探测深部构造、石油、金属矿体,近年来铁道系统尝试采用可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)进行断层、岩性接触带及深部岩溶探测,中南大学在邵怀高速公路雪峰山隧道运用高频大地电磁法划分地层及探查隐伏构造;中铁第四勘察设计院集团有限公司在对大地电磁探查技术进行充分调查研究的基础上,从高频大地电磁信号的电场和磁场规律、天然场的大地电磁信号干扰方面入手,进行了大地电磁测深方法的有效性和适用条件研究,通过现场对比试验,选择天然场源和人工场源的两种大地电磁测深方法进行长大深埋岩溶隧道的勘探,确定地质构造、岩溶等,并在宜万铁路、武广客专等项目中推广应用。
瞬变电磁法(TEM)是时间域的可控源电磁探测方法。以不接地的正方形重叠回线中的脉冲电流为场源,在探测对象中产生极化,感生二次电磁场,在激发脉冲消失的间隙,观测二次场随时间的变化。通过观测二次电磁场分布的时空特征,来推断探测对象的空间形态。瞬变电磁法首先在低电阻率高极化率的金属矿产勘察。该方法观测数据质量高、对低电阻地质体反应灵敏、没有近场效应、地形影响小,但存在需在地面布设勘探深度1/3左右的发射和探测回线、反演计算的方法不完善、尚不能进行定量解释的不足。近年来铁路系统尝试采用该方法探测深部岩溶和地下水通道。
岩体(石)的声波检测技术,国内外进行了深入系统的研究,美国材料试验学会(ASTM)于1972年制定了《岩石的超生弹性模量与脉冲波速实验室测定的标准方法》,国际岩石力学学会(ISRM)于1977年颁布了《测定声波速度的建议方法》;日本则于1960年着手利用岩石的声波速度,通过70多座隧道的探测实践,提出了《隧道围岩强度分类》。我国于20世纪50年代后期用声波法研究岩体(石)性质。声波检测广泛应用于岩体质量评价与工程岩体分级、测定洞室围岩的松弛圈与评价围岩稳定性、断层破碎带及风化层、软弱夹层、岩溶探测以及计算动剪切模量、动泊松比、动杨氏模量等。
根据完整基岩和岩溶之间的电磁波吸收系数差异应用电磁波CT进行岩溶探测。(www.xing528.com)
深孔勘探是国内外复杂岩溶隧道勘探中使用最广泛的勘探手段。采用深孔勘探确定地层岩性、地质构造、验证物探异常体,并通过孔内综合测井确定岩体完整性、岩体波速、电阻率、导电率、放射性、瓦斯测试等,但深孔勘探存在时间长、费用高、工艺复杂、孔内事故处理困难等不足。
我国水电部门广泛开展洞探确定隧道地质条件,国外正在施工的穿越阿尔卑斯山全长57km、埋深2 000m的圣哥达铁路隧道,打了一条5km的勘探平硐和5个深达1 750m的定向钻孔,有效解决了风化砂状白云岩及其承压水对隧道的影响问题。
由于岩溶发育的复杂性和特殊性,目前工程实际中仍然存在以下问题:
(1)岩溶发育规律的认识尚无法满足工程实际的需求,尤其是对鄂西岩溶强烈发育区岩溶的发育规律、位置、规模和水文特征,以及对铁路工程的影响等方面的研究不够。
(2)对复杂岩溶地区,不同勘察阶段如何选择合理的勘察方法和手段,解决复杂岩溶地质问题,有待进一步加强。
(3)复杂地形条件下深部岩溶探测,尚无有效、快捷、高分辨率岩溶探测技术,有待研究开发。
(4)岩溶隧道涌(突)水量的预测,目前仍然沿用简单水均衡法和解析法进行评价,对这些评价方法的应用条件缺乏深入研究,导致岩溶隧道涌水量预测与实际偏差极大,缺乏对复杂岩溶含水介质管道流条件下涌水量评价的理论与方法研究。
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