采空区及岩溶探测方法技术探讨_刘剑

如图 6 所示： 设计要求在 A 点打垂直炮孔， 炮孔深 度为 H 设计 。由于钻孔偏差的存在， 在实际钻孔过程中 存在钻孔角度偏差α， 实际的炮孔深度为 H 实际。如果还 按照设计炮孔深度打孔， 则炮孔的孔底位置要高于设 计的炮孔底平面。 实际钻孔深度 H 实际=H 设计/cosα； 竖直方向偏移量▽=H 设计—H 实际 cosα； 水平方向偏移量 L=H 实际 sinα。 实际打孔作业中， 钻孔角度偏差α是不可避免的， 只 是存在大小的差异， 有经验的钻工在打孔过程中， 发现地
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190 相对高差） 。 3.2
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层变化时， 可以放缓打孔速度， 变钻为磨， 可以有效地控 制钻孔角度偏差的发展。也可以边打孔边用铅锤法测量 钻杆的垂直度， 尽可能地减小钻孔角度偏差， 有效地控制 其竖直方向的偏移量， 就可以保证炮孔孔底的平整度。 4 结论 在神华准能公司黑岱沟露天煤矿露天台阶爆破 中， 使台阶面保持平整的有效办法是提高钻孔质量， 减 小钻孔偏差， 使炮孔底面保持在同一平面上。具体措 施如下： 在凹凸不平的面上打孔， 要根据具体情况调整每 个炮孔的打孔深度。 在打垂直孔过程中， 要采取措施减小钻孔偏斜角， 比如： （1） 在打孔过程中发现地层变化时， 要适当放慢打 孔速度， 变打为磨。 （2） 在打孔过程中， 变打孔边用铅锤法测量钻杆及
图6
减小钻孔偏差角 地层性质改变时会使钻头受力不均， 使钻头有向
受力小的方向运动的趋势， 往往会产生孔位偏差。
炮孔的垂直度。在打孔过程中控制钻孔偏差。
钻孔角度偏差示意图 参考文献： [1] [2] [3] [4] 王毅.钻孔偏斜的分析与控制[J].矿业研究与开发， 1993(z1)： 吴万荣. 地下大直径潜孔钻机液压控制系统及凿岩技术研 徐锁庚. 综掘工作面机载式锚杆钻装机的设计研究 [J]. 煤
频率与阻抗的关系进一步计算出对应的深度。一般而 言， 高频信息主要反映浅部介质的电性特征， 低频信息 主要反映相对深部介质的电性特征。因此， 在一个宽 频带上观测电场和磁场信息， 可以获得随深度变化的 电阻率值， 从而利用这种电性差异来判断是否存在异 常。某高速公路玉园隧道 YK124+700~YK125+200 段上覆第四系土层主要坡积层， 下伏基岩为侏罗系梨 山组粉砂岩、 砂岩以及栖霞组灰岩， 呈构造接触关系。 洞身里程 YK124+777 附近两侧电阻率值差别明显， 推 测存在不同岩性的分界， 倾向小里程方向， 岩性分界左 侧为砂岩， 右侧为灰岩， 岩性分界地表位置与区域地质 图 中 构 造 位 置 一 致 。 此 外 ，根 据 YK124 + 800~YK125+200 段洞身附近电阻率等值线分布特征， 推测存在 4 处岩溶异常， 分别编号为 1、 2、 3、 4。后期针 对 1、 2、 3 号异常布置编号分别为隧 16、 隧 12 和隧 15 三 个钻孔， 1 号异常在 90.2m （标高 391.16m） 深度开始见 溶洞， 厚 5.6m， 局部充填粉质粘土。 2 号异常于 53.3m （标高 392.32m） 深度开始见一厚达 73m 的巨型溶腔， 充 填物为流塑—软塑—可塑状粉质粘土， 以及深度 128.1~137.6m 之间存在一厚达 9.5m 的空洞。3 号异常 于 17.8m （标高 396.52m） 深度开始见一厚达 12.7m 的溶 洞， 且 52.9~57.5m 深度、 66.5~67.2m 深度均存在溶洞。 4 号异常未布置钻孔， 地表局部灰岩出露， 溶蚀现象明显。 4 结论 （1） 低频地质雷达方法适用于电磁干扰弱、 接地条 件差、 探测深度小于 30m 的路基岩溶、 采空区探查， 效 果良好。 （2） 接地条件良好、 探测深度小于 50m 时， 采用高 密度电法探测采空区效果良好。 （3） 探测深度大于 50m 的弱电磁干扰区， 高频大地 电磁法探测岩溶效果良好。
45-52.
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张咸恭， 王思敬， 张倬元， 等.中国工程地质学[M].北esearch of Method and Technology to Detecting Goaf and Karst LIU Jian (China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., LTD, Wuhan Hubei 430063, China) Abstract： It is of great guiding significance to identify the distribution of underground gob and karst in the pre- plan and post- construction process of railway project. By analyzing their geophysical characteristics, goaf and karst are found to exhibit low resistivi-
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· 隧道与建设工程 ·
采空区及岩溶探测方法技术探讨
（中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北 武汉 430063） 摘 要： 查明采空区和岩溶在地下的分布情况， 对铁路线路方案及后期施工具有重要指导意义。通
刘
剑*
过分析采空区和岩溶的地球物理特征， 发现采空区与岩溶区往往表现为低阻异常。针对不同地质背 景、 地电条件以及探测深度要求， 将低频地质雷达方法、 高密度电法及高频大地电磁法应用于工程实 际当中， 分析了 3 种方法的有效性及探测效果， 总结出一套实用且效果良好的采空区和岩溶探测技 术。实际工程应用结果表明， 低频地质雷达方法适用于探测埋深小于 30m 的目标体， 高密度电法对 埋深小于 50m 的采空区探测效果良好， 高频大地电磁法对埋深大于 50m 的岩溶探测异常明显、 可靠。 关键词： 采空区； 岩溶； 低频地质雷达； 高频大地电磁法 中图分类号： P631.3 文献标识码： A 文章编号： 1004-5716(2016)06-0186-03 铁路选线阶段， 地下采空区、 岩溶发育区对线路方案 往往具有重大影响， 需要根据采空区或岩溶发育情况决 定是否绕避或采取工程补强措施。由于很多采空区尤其 是私采乱掘地区难以收集到完整开采资料， 岩溶发育区 往往也较复杂， 因此必须查明在地下的分布情况。采空 区的空间形态相对较为规则， 而岩溶在地下的分布形态 相对复杂， 如以溶槽、 溶洞等形态赋存， 但就地球物理探 测角度而言， 采空区与岩溶具有类似的电性特征， 因为采 空区或岩溶发育区往往裂隙发育， 容易汇集地下水， 因此 电性上往往表现为相对低阻， 从而为利用电 （磁） 法探测 此类地下空洞奠定了基础。针对采空区或岩溶探查， 需 要根据地质背景资料、 探查深度等要求选用对应的物探 方法， 本文基于低频地质雷达方法、 高密度电法以及高频 大地电磁法说明在工程实际中的应用效果。 1 低频地质雷达方法[1-2] 探地雷达是以宽频带、 短脉冲的电磁波由地面向 地下发射， 当遇到电性差异的地下地层或目标体便反 射回地面， 通过对地下反射回来的电磁波信号进行处 理与分析， 便可确定地下界面或地质体的空间位置及 结构。常规地质雷达目前以主要用于混凝土结构无损 检测， 频率范围在 400~2000MHz 之间， 探测深度一般 为 0.05~2m。对于施工阶段较浅部的路堑岩溶探测， 频率范围在 100~400MHz 之间， 实际探测深度小于 5m。随着近几年超低频地质雷达的面世， 使得勘探深
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作者简介： 刘剑 （1983-） ， 男 （汉族） ， 湖南永州人， 工程师， 现从事工程物探研究与应用工作。
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图1
DK47+890~910 段低频雷达探测成果图
图2
武汉某小区防空洞低频雷达探测成果图
高密度电法方法原理与常规直流电法相同， 具有 工作效率高、 数据量大、 地电信息丰富以及分辨率高的 优点， 适用于地形较平坦、 接地条件良好地区的浅层勘 探。昆明轨道交通 6 号线地铁线路从人民路延长线下 方穿越， 测线位于人民路延长线某边坡的二级台阶上， 测线与 6 号线 （已运营） 线路方向斜交。该区表层为第 四系粘土、 粉质粘土层， 下伏基岩为泥质砂岩、 钙质粉 砂岩等， 测线 114~129m 段曾经出现数次塌陷， 且塌陷 范围逐渐扩大， 由于塌陷区正好位于地铁隧道上方及 人民路旁侧， 严重威胁地铁运营及人民路过往车辆安 全， 为了查明塌陷影响范围， 采用高密度电法勘探， 极 距 3m。测线里程 99~129m 段明显存在一 “漏斗状” 的 低阻异常， 异常底部位于隧道顶部附近， 与后期钻孔结 果吻合， 为后期工程整治设计提供了科学依据。 3 高频大地电磁法 高频大地电磁法是利用宇宙中的太阳风、 雷电等 入射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源， 其产 生的平面电磁波垂直入射到大地介质中， 根据 Maxwell [4-5] 电磁场理论 ， 大地介质中将会产生感应的电场和磁 场， 计算电场和磁场的比值即可获得波阻抗， 然后利用