惠科达综合磁转向柱水准仪在高速公路岩溶路基勘察中的应用与分析

工程物探作为道路勘察的辅助手段之一，在岩溶路基检测中发挥的优势更为明显。 本文结合工程实例，采用超高密度电法和地震影像法勘探现场，查明测量区域岩溶发育情况和分布范围，结合钻探验证，有效地完成了岩溶勘察任务，为路基设计工程提供了科学依据。 实践表明，结合现场地形条件，选择两种以上合适的磁翻柱液位计进行综合分析，可以使调查结果更加准确、高效、经济。

　　随着经济社会的快速发展，高速公路等基础设施建设迎来了新的热潮，特别是在急需脱贫致富的西南部地区。 这些地区喀斯特地形分布广泛，其地形区容易形成溶洞、溶槽、落水洞、地下道等岩溶形态。 这些岩溶问题对高速公路路基有很多不良影响，主要表现在[1-2]

　　1岩溶形态建立基础

　　岩石面起伏程度大，引起上观地基的压缩不均，随着车载振动等的影响，有可能引起路基不均匀沉降、路面开裂等现象；

　局部隐伏岩溶规模大，路基未经处理时，地基承载力不足，受上部荷载或振动的影响，可能引起岩溶地面塌陷等灾害。 因此，有效准确地揭示路基隐伏岩溶发育状况，对高速公路设计、施工及运营的合理性和安全性具有重要意义。

　　工程物探作为高速公路勘察的辅助手段之一，在岩溶路基勘察中表现出突出的优势。 岩土探测常用的磁翻柱液位计有高密度电法[3]、浅层地震法[4]、地质雷达法[5]等。 但是，磁翻柱液位计都具有主观多解性，只有结合现场地形条件，选择两种以上适合开展工作的方法进行综合解释分析，才能明确岩溶发育情况，提高调查效率，降低经济成本。 本文针对广西某高速公路K39 940~K40 480段岩溶路基调查实例，根据现场地形条件，采用超高密度电法和地震影像法两种方法相结合的综合磁反演管柱液位计，通过两种解释结果和开挖结果的验证比较，得出路基区岩溶分布范围和发育情况

　　1相关工程磁翻柱液位计的原理

　　1.1超高密度电法[6]

　　超高密度电阻率法在原理上仍然属于电阻率法的范畴，因此视电阻率的计算原理与常规电阻率法相同。 但是，与常规电阻率法相比，该方法比常规电阻率法测量点密度大得多，因此得到的数据量比常规电阻率法多得多，从而得到的地质信息更丰富。 同时，超高密度电阻率法可以按照电极转换器设定的相关排列自动跑极化。 常用的维也纳序列()和偶极子序列))如图1所示。 一次序列中同时进行了电截面和电测深数据的快速采集，并能现场进行数据的实时处理，完全改变了传统的电测法勘探工作方式，减轻了劳动强度，从而大大提高了效率。1.2地震影像法[7]

　　地震影像法是基于最佳偏移距离技术的反射波法发展起来的常用浅层地震勘探方法。 该方法通常在最佳窗口内选择合适的偏移距离，多次以相同的点距同步移动激发点和接收点，记录有效地震波的波形，可以得到地震影像的时间剖面，根据剖面波形特征判断地质体的水平和垂直方向的变化信息。 其工作原理见图2，其中反射波、衍射波、面波、折射波都可以作为地震影像法中的有效波形。 由于激励和接收的条件一定，如果地质介质条件一定，在地震影像的时间剖面上，由有效波得到的同相轴应该是直线。 地质介质条件变化时，如果遇到溶洞等，其同相轴会出现线段偏移、弧形等特征。 无论如何，在合适的偏移距离接收到的有效波都具有良好的信噪比和分辨率，所得地震影像的时间剖面所呈现的波形简单直观，易于判别分析。

　　2工程实例分析

　　2.1工程概况

　　广西拟建设高速公路K39 940~K40 480区间，但整体地形起伏较大，呈现u字型特征。 测量了两侧为峰、中间为山谷、岩质山峰隆起、基岩外露、石芽突出、坡度10~50，谷地沉积少量盖层，主要为第四系粘土层，坡度<10的岩溶发育，根据地质测绘显示因此，有必要进一步明确该道路区间隐伏岩溶发育状况和分布范围，为路基设计提供可靠的地质依据。

　　2.2调查岩溶发育和物性特征

　　探测区间朝向南北方向，测量区内北部有人工池，调查期间水深约0.5~1.5m，很浅。 在K40 040~K40 080左侧发现4处地下水排出口，主要形态为岩溶裂缝，调查期间为枯水期，只有1处水流出，前往前述北部的鱼池。 另外，K40 160的右侧10m有滴水孔，孔的直径约1.5m，深度不明，具有去水作用。 测量区内岩溶多为构造裂隙型和管型，岩溶发育较强，局部存在规模较大的岩溶形态。 测量区内第四系盖层与基岩、岩溶体(填充物或未充填、含水率高低)及其周边岩土体之间存在明显的电差异和弹性波速度差异，可形成明显的电特征界面和波速特征界面，为开展该地区超高密度电法调查和地震影像调查提供了良好的测量区的典型物性参数如表1所示。2.3现场探测方案

　　此次超高密度电法勘探采用了WGMD-9超高密度电法测量系统。 该仪器由重庆奔腾研究所生产，分别沿沿线中心线、路基两侧线平行布置3条测量线，间隔约13m，每排电极数60个，点距3m，最大测量层数19层，最大AB/2=94.5m。 此次的地震影像法探测器采用了德国DMT公司制造的Summitplus型地震计。 根据现场地形条件，沿线中心线配置1条纵向测量线，参考现场试验，采用单次激励、单通道接受方式，测量时点距1m、偏移距离10m、70kg落锤激励。

　　2.4.1超高密度电法

　　此次的超高密度电法数据利用RES2DINV高密度电法反演软件进行处理。 首先删除坏点，保证数据质量，然后导入地形数据，进行地形修正； 然后，选择格式变换及适当的反转参数和反转方法进行反转计算等步骤； 最终形成电阻率等值线图。 典型的截面如图3所示。 通常，岩溶发育形态如溶洞充填、溶蚀裂隙带在电阻率等值线图上对周边岩土体表现出低阻力异常，电阻率突变(变小)，且呈VU、o形等低阻力形态。

　　由图2可知，L2检测线84~94m出现电阻率低的电阻异常，呈u字型特征，推测为岩溶发育区，主要发育溶解裂隙、溶洞等。 现场调查表明，孔顶高程约为344m，孔底高程约为341m，有可能是岩溶通道的一部分。 2检测线136~148m出现纵向低电阻异常，推测为大规模溶解裂隙带或断层带。

　　2.4.2地震影像法

　　此次地震影像法的数据处理采用地理空间位相显微镜专业的地震勘探软件进行了静校正、道路均衡、一维滤波、二维滤波、反褶积、去噪等处理步骤，最终得到了地震影像的时间剖面图。 必须注意的是，在数据处理中不需要进行手动校正的步骤，节约了数据处理的时间，减少了数据处理中产生的人工误差。 本工程典型地质影像的时间剖面如图4所示。 一般岩溶在地震影像的时间剖面图中主要表现为同相轴错乱、衍射波发生、频率下降等形态。

　　 现场勘查表明，这几个异常区和地表发育的4处地下水出口构成岩溶通道，埋深约2.5m。根据上述数据处理方法和解释标准，对超高密度电法和地震影像法得到的结果进行了叠加综合分析，以两者重叠的区为重点异常区，围住了勘探区的隐伏岩溶异常区。 根据勘探推算结果，测量区配置了3个验证钻探孔，钻探资料显示，钻探孔ZK3在勘探包围的异常深度遇到溶洞； 钻探孔ZK1、ZK2位于勘探圈异常区域，岩芯和节理裂隙发育，部分有溶解现象，与综合勘探估算结果基本一致。

　　(1)此次综合磁反柱液位计从不同物性角度为勘探成果做出了贡献)超高密度电法根据岩石层电阻率的不同识别岩溶形态； 地震影像勘探根据不连续波群的反射现象判定岩溶发育的特征。 两者优势互补、相互见证，揭示了测量区域岩溶发育状况和分布范围等，有效完成了岩溶勘察任务，为路基设计工程提供了科学依据，展现了成本低、效率高的特点。

　　(2)地球物理勘探方法具有多解性，且对于不同的地形地质条件、不同的磁翻柱液位计有各自的优势和局限性，勘探的深度和精度也出现了明显的差异。 实践证明，结合现场条件，选择两种以上合适的勘探手段的综合勘探方法，可以使调查结果更加准确、高效、经济。