趙利華+安然+金剛+陳璐旺+趙鴻宇+劉杉杉

摘要：本文以高密度電法在工程勘查中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，以烏魯木齊某區(qū)的高速公路采空區(qū)注漿治理工程為例，應(yīng)用高密度電法檢測(cè)地下100m左右的采空區(qū)注漿范圍和加固效果，通過(guò)野外布線(xiàn)采集數(shù)據(jù)，繪制視電阻率等值線(xiàn)，結(jié)合已知地質(zhì)資料進(jìn)行地球物理反演，得到主要測(cè)線(xiàn)的高密度電法電阻率等值線(xiàn)圖，借用鉆孔資料進(jìn)行驗(yàn)證，以提高煤田采空區(qū)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性。探索最優(yōu)化的布極方式和反演模型，增強(qiáng)高密度電法在工程地質(zhì)勘查中應(yīng)用的可靠性。

關(guān)鍵詞：高密度電法；采空區(qū)注漿加固；探測(cè)效果

引言

高密度電阻率法可以一次性完成多點(diǎn)位自動(dòng)測(cè)量，具有測(cè)點(diǎn)密集、成本低、效率高、地質(zhì)信息豐富、高分辨、高精度、勘探能力強(qiáng)等特征，因此在工程地質(zhì)勘查中備受青睞。目前針對(duì)高速公路下伏采空區(qū)注漿檢測(cè)問(wèn)題的研究，國(guó)內(nèi)，石家莊一太原、晉—焦、烏魯木齊一奎屯及京一福高速公路徐州東西繞城段、河北保阜公路等，國(guó)外，美國(guó)在科羅拉多州的某公路上進(jìn)行了采空區(qū)問(wèn)題的研究。

近年來(lái)，烏魯木齊城市基礎(chǔ)建設(shè)不斷擴(kuò)大，城市交通網(wǎng)建設(shè)已擴(kuò)展到六道灣、米東區(qū)、西山等煤礦采空區(qū)，其中G30烏魯木齊繞城高速公路（東線(xiàn)）工程是國(guó)家高速公路網(wǎng)重要組成部分，該線(xiàn)起自甘泉堡工業(yè)園區(qū)，接吐烏大高速公路（甘泉堡互通），經(jīng)烏魯木齊東，止于吐烏大高速公路烏拉泊互通，路線(xiàn)全長(zhǎng)約62.5km，見(jiàn)圖1。應(yīng)用物探方法準(zhǔn)確探測(cè)采空區(qū)問(wèn)題是解決烏魯木齊基礎(chǔ)城建的重要手段，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過(guò)實(shí)例，運(yùn)用高密度電法檢測(cè)米東區(qū)某煤田采空區(qū)注漿范圍及加固效果。

1.工區(qū)工程地質(zhì)概況

1.1地形地貌

工區(qū)位于米東區(qū)鐵廠溝鎮(zhèn)，屬低山丘陵區(qū)，總體地勢(shì)南高北低，部分地段有煤田采空塌陷區(qū)，局部已回填，可見(jiàn)較多塌陷坑。

1.2地層巖性

地層在勘探范圍內(nèi)自上而下依次為：

①雜填土：工區(qū)大量分布，松散、疏松，采空區(qū)塌陷區(qū)回填主要成分為粉質(zhì)黏土、砂礫石，混雜有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5m-100m。力學(xué)性質(zhì)較差，未經(jīng)處理不可作為道路路基，不可作為建筑物天然地基；②黃土狀粉土：整個(gè)工區(qū)均有分布，層位穩(wěn)定，力學(xué)性質(zhì)一般，經(jīng)處理后可作為道路路基和建（構(gòu)）筑物天然地基；③卵石：大部分場(chǎng)地均有分布，層位較穩(wěn)定，力學(xué)性質(zhì)好，可作為道路路基建（構(gòu)）筑物天然地基和持力層；④強(qiáng)風(fēng)化基巖：整個(gè)工區(qū)均有揭露，風(fēng)化劇烈，力學(xué)性質(zhì)較好，可作為建（構(gòu)）筑物天然基；⑤煤：整個(gè)工區(qū)均有揭露，埋深及厚度變化較大，巖體基本質(zhì)量級(jí)別為V級(jí)，力學(xué)性質(zhì)一般，可作為道路路基持力層；⑥中一微風(fēng)化基巖：整個(gè)工區(qū)均有揭露，力學(xué)性質(zhì)良好，為良好的下臥層。

1.3工區(qū)水文地質(zhì)概況

鐵廠溝井田內(nèi)無(wú)常年河流，在西界外鐵廠溝溪水自南向北流過(guò)，常年有水，溪水面標(biāo)高+765m-750m，年均流量134L/s。井田以東白楊河（溪）為一季節(jié)性河溪，大量融雪和雨季時(shí)有洪水通過(guò)，冬春季有時(shí)斷流。平時(shí)流量很小僅24L/s-49L/s，年均流量32L/s。工作區(qū)主要由松散巖土類(lèi)和碎屑巖類(lèi)組成。目前受煤層采動(dòng)影響，煤層與含水層導(dǎo)通后，形成降落漏斗，地下水滲入井下，被人工抽排出煤田，但隨著煤礦停采封井，水位將會(huì)逐年上升，將對(duì)公路工程造成不利影響。

2.采空區(qū)注漿檢測(cè)

2.1檢測(cè)方法的選擇

工區(qū)有村莊，地下采空區(qū)距離村莊較近，地震勘探法放炮時(shí)對(duì)已加固的區(qū)域會(huì)有破壞，可能會(huì)坍塌，形成次生災(zāi)害，用錘擊檢測(cè)深度達(dá)不到有效檢測(cè)深度，且其費(fèi)用非常昂貴，同時(shí)注漿區(qū)域內(nèi)地層傾角大于45°，最大達(dá)80°，第四系覆蓋層砂礫石層較厚，因此從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方法、安全上考慮該區(qū)域內(nèi)地震勘探（檢測(cè)）方法不適用，宜采用高密度電法檢測(cè)，輔以鉆孔資料驗(yàn)證。

2.2野外數(shù)據(jù)采集

本次高密度電法檢測(cè)采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法測(cè)量系統(tǒng)，針對(duì)本次檢測(cè)場(chǎng)地的地質(zhì)條件和技術(shù)要求，本次檢測(cè)中采用溫納測(cè)量裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并分析，并與鉆孔資料比對(duì)，最后顯示測(cè)量效果較好。

2.2.1高密度電法測(cè)線(xiàn)布置

注漿前背景值的試驗(yàn)點(diǎn)布置在注漿區(qū)域外平行于路線(xiàn)方向布置，注漿后以K22+550為中間點(diǎn)平行于路線(xiàn)方向均勻布線(xiàn)。本次檢測(cè)區(qū)域共布置5條高密度電法測(cè)線(xiàn)，采用溫納剖面裝置。電極距10m，每條測(cè)線(xiàn)120個(gè)電極，共計(jì)600個(gè)電極，每條測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)1190m，總長(zhǎng)度為5950m，有效探測(cè)深度為120m。注漿前背景值1條為GMD05，注漿后4條GMD01至GMD04。

2.3檢測(cè)質(zhì)量要求

高密度電法測(cè)量結(jié)果為地層二維視電阻率，根據(jù)視電阻率的差別，推斷出注漿范圍及評(píng)價(jià)加固效果。通過(guò)在明顯采空區(qū)位置進(jìn)行高密度電法試驗(yàn)得到的采空區(qū)注漿體的電阻率與標(biāo)準(zhǔn)值（注漿前實(shí)地測(cè)試）比較，評(píng)價(jià)工程注漿效果質(zhì)量。

（1）85%的測(cè)試值達(dá)到質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）小于質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)85%的測(cè)試值不超過(guò)5%，且不集中，可認(rèn)定為注漿質(zhì)量合格。

3.高密度電法解釋成果

GMD01至GMD04測(cè)線(xiàn)：視電阻率相對(duì)較低，整體表現(xiàn)為淺部電阻率相對(duì)較高中部略低深部高，有煤層分布段較低的特征。測(cè)線(xiàn)263m-924m段為本次注漿段，該段整體視電阻率值較未注漿區(qū)域有所升高，物探推測(cè)該測(cè)線(xiàn)所在位置注漿效果整體較好。測(cè)線(xiàn)250m-550m段、660m-960m段視電阻率值整段略低，推測(cè)為受煤層（低阻）影響所致。其中：

（1）GMD01測(cè)線(xiàn)275m-330m段推測(cè)深度范圍內(nèi)深部，出現(xiàn)視電阻率團(tuán)塊狀低阻異常；測(cè)線(xiàn)380m～530m段探測(cè)深度范圍內(nèi)中部出現(xiàn)視電阻率條帶狀異常；測(cè)線(xiàn)835m～895m段探測(cè)深度范圍內(nèi)深部出現(xiàn)視電阻率條帶狀異常，結(jié)合鉆探資料推測(cè)為注漿效果一般區(qū)域，見(jiàn)圖2。

（2）測(cè)線(xiàn)GMD04：測(cè)線(xiàn)400m～500m段探測(cè)深度范圍內(nèi)中部、540m～565m段探測(cè)深度范圍內(nèi)中部視電阻率值更低；測(cè)線(xiàn)820m～855m段探測(cè)深度范圍內(nèi)深度出現(xiàn)視電阻率值低阻異常，物探推測(cè)為注漿效果一般區(qū)域，見(jiàn)圖3。

（3）GMD05測(cè)線(xiàn)：該測(cè)線(xiàn)視電阻率值較低，呈淺部低中部較低深部較高的特征，為未注漿區(qū)域的試驗(yàn)測(cè)線(xiàn)。該測(cè)線(xiàn)地表覆蓋層主要為第四系沖洪積粉土、卵石土，部分地段基巖出露，電阻率相對(duì)較低，下伏基巖主要為西山窯組砂巖，厚度不均，探測(cè)深度范圍內(nèi)下伏基巖上部主要為全一強(qiáng)風(fēng)化層，下部主要為中風(fēng)化層，電阻率值高。測(cè)線(xiàn)里程240m～290m段出現(xiàn)帶狀低阻異常區(qū)域，推測(cè)為采空回填區(qū)、富水；測(cè)線(xiàn)里程300m～460m段、500m～580m段出現(xiàn)電阻率值帶狀低阻異常，結(jié)合地調(diào)資料推測(cè)為受含煤地層影響而表現(xiàn)電阻率值較低；測(cè)線(xiàn)里程730m～1000m段探測(cè)深度范圍內(nèi)深部出現(xiàn)電阻率值帶狀低阻異常，結(jié)合地調(diào)資料推測(cè)為富水區(qū)，見(jiàn)圖4。

4.結(jié)論及建議

①注漿后鉆孔巖芯采取率在75%～90%之間，大于等于設(shè)計(jì)要求的75%；注漿后區(qū)域內(nèi)的視電阻率值較未注漿區(qū)域整體有所升高；②地基處理施工結(jié)束后，隨著地下水的上升，在道路運(yùn)行過(guò)程中，路基長(zhǎng)期受各種外部因素影響，加固區(qū)路基仍不可避免存在繼續(xù)變形可能，建議必須盡快設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作，掌握路基的變形動(dòng)態(tài)，確保道路安全運(yùn)營(yíng)；③路線(xiàn)里程K21+480右幅距注漿邊界約8m處發(fā)現(xiàn)塌陷坑，塌陷坑直徑約10m，深度約12m。該處地勢(shì)較低，如果常年受雨水和融化雪水的影響，塌陷坑有向路基方向擴(kuò)大塌陷的可能，建議對(duì)該塌陷坑進(jìn)行處理。

5.存在的問(wèn)題及進(jìn)一步思考

（1）溫納裝置的主要缺點(diǎn)是，如果要探測(cè)較深部位，需要更長(zhǎng)的測(cè)線(xiàn)和更多的電極，采空區(qū)深度范圍大多在80m～350m左右，建議野外探測(cè)中，深度在120m以?xún)?nèi)的使用高密度電法，100m～350m使用瞬變電磁法（TEM）檢測(cè)。

（2）物探反演的多解性決定了必須要結(jié)合鉆孔資料和地質(zhì)信息才能得出正確的結(jié)論。endprint