岩溶地区地下土溶洞勘察、评价、处理方法研究

PAGE中国煤炭地质总局科技发展专项资金项目（Ⅱ类项目）岩溶地区地下土溶洞勘察、评价、处理方法研究负责单位：中国煤炭地质总局广东煤炭地质局完成时间：2008年8月岩溶地区地下土溶洞勘察、评价、处理方法研究中国煤炭地质总局广东煤炭地质局2008年8月

课题名称：岩溶地区地下土溶洞勘察、评价、处理方法研究承担单位：中国煤炭地质总局广东煤炭地质局课题组长：刘特辉课题副组长：易秋清课题组成员：刘更宁赵新杰邓广玉秦凯王建伟王干文李登岭彭鹏报告编写：刘特辉易秋清

目录第一章概述 11.1研究的背景 11.2研究目的 21.3主要研究内容 3第二章土溶洞勘察方法 42.1土溶洞的勘察要求 42.1.1各勘察阶段的要求 42.1.2岩溶勘察的测试和观测的要求 62.2土溶洞的勘察方法 62.2.1工程地质调查与测绘 72.2.2综合物探法 82.2.3钻探法 142.2.4地球物理测井 142.2.5其它勘探方法 152.3勘察实例 162.3.1广州白云国际机场迁（扩）建工程以物探为主钻探为辅的勘察实例 162.3.2广州富力桃园的冲孔桩基工程以超前钻探为主的勘察实例 242.3.3广佛轨道交通的以钻孔CT为主的勘察实例 27第三章土溶洞评价 303.1评价方法 303.1.1定性评价 303.1.2半定量评价 323.2土溶洞评价实例 343.2.1以广州白云国际机场迁建工程飞行区场道工程土溶洞评价为例 343.2.2以广州白云国际机场扩建工程飞行区场道工程土溶洞评价为例 38第四章土溶洞处理方法 414.1土溶洞处理试验方案 414.1.1土溶洞处理判别标准 414.1.2检验方法 414.1.3检验标准 414.2土溶洞处理试验方法 414.3充填型土溶洞处理的试验 424.3.1概述 424.3.2施工工艺 434.3.3施工流程 444.3.4施工经过 474.3.5试验结果 494.3.6试验结果分析 494.4未充填与半充填型土溶洞处理的试验 514.4.1概述 514.4.2振动沉管注砂法 514.4.3成孔注砂试验 544.4.4成孔泵注骨料 554.5土溶洞处理的建议方案 594.5.1概述 594.5.2袖阀管注浆工艺 594.5.3骨料泵注工艺 604.6土溶洞处理结果 624.6.1土溶洞处理检测结果 624.6.2土溶洞处理工程回访 63结语 64参考文献 68中国煤炭地质总局广东煤炭地质局岩溶地区地下土溶洞勘察、评价、处理方法研究PAGE32中国煤炭地质总局广东煤炭地质局岩溶地区地下土溶洞勘察、评价、处理方法研究PAGE1第一章概述1.1研究的背景我国碳酸盐岩系分布广泛，总面积在200万平方公里以上，出露的碳酸盐岩系约占中国领土的13%。从长白山到海南岛，从台湾岛到帕米尔高原均有碳酸盐岩系出露，尤以湘西、鄂西、贵州、广西、滇东和粤北地区较为集中。地下水对碳酸盐岩长期的侵蚀作用，形成了千姿百态的岩溶地貌。岩溶地貌景观主要有：分布广泛的石林石丛、峰林溶丘、洼地、漏斗、竖井、落水洞、盲谷、溶盆、槽谷，而众多的岩溶泉流入地下，则形成溶洞、伏流、暗河。例如我国广西桂林山水和云南路南石林皆闻名于世。岩溶地貌造就了美丽的风景，但同时也给人类活动带来了潜在的危险，即岩溶塌陷。岩溶发育并且赋存有丰富岩溶地下水的隐伏碳酸岩地区，均为岩溶塌陷易发区。我国岩溶塌陷分布广泛，从南到北，从东到西都有发育。目前己见于除北京、天津、上海、河南、甘肃、宁夏、新疆以外的24个省市区，但主要分布于辽宁、河北、江西、湖北、湖南、四川、贵州、云南、广东、广西等省区。另外，华南岩溶塌陷多而强，华北相对少且弱一些。尤其广东省岩溶塌陷无论在数量、规模都列于全国前列。据中国地质调查局网站统计资料，截至1993年全国岩溶塌陷总数为2841处，塌陷坑有33192个，塌陷面积为332.28km2。估计全国每年因岩溶塌陷造成的直接经济损失在1.2亿元以上。全国城市中，贵州水城的地面塌陷最为典型和强烈，因大量抽采地下水，水城约5平方公里的范围内，产生塌陷坑1023个，大量房屋开裂或倒塌，道路坍裂，农田毁坏，并造成地下水水质污染和生态环境恶化。另外，云南昆明市中心的翠湖塌陷，使历史悠久的最佳风景点——翠湖湖水干枯、亭台倒塌，桥梁破坏，名泉九龙池变成了落水洞。溶洞是指在可溶性岩层中,由地下水的溶蚀和侵蚀作用所形成的,近于水平方向扩展的洞穴。土洞是指在可溶性岩层与上覆土层间,由地下水的潜蚀作用在可溶性岩层形成溶洞后继续向上扩展至上覆砂土层后形成一种特殊的地质体。土洞与溶洞的关系非常密切,往往是在岩面上先有了溶洞,在地下水的潜蚀作用下,上覆土层底面不断崩落致使土洞形成、扩展，严重时可导致地表下沉、开裂、塌陷。土洞对地面工程威胁最大，据康彦仁等的研究，在我国南方岩溶地区的地面塌陷绝大部分是由土洞坍塌引起的，它占了塌陷总量的96.1％，而因溶洞坍塌造成的地面塌陷仅仅占3.9％。由于土洞埋藏浅、分布密、发育快，有时建筑物施工阶段未出现土洞，却由于建筑后改变了地表水和地下水的条件而产生了新的土洞和地表塌陷。为防止岩溶塌陷，消除安全隐患，在岩溶地区进行场道、建筑、路桥等工程时，一般应对地基基础进行处理。对岩溶地区的地基处理，一般有垫填法（充填、换填、挖填）、加固法（强夯、顶柱、挤密、灌浆）、跨越法（板跨、梁跨、拱跨）、桩基法（钻冲孔桩、爆扩桩）等。1.2研究目的如上所述，广东也是个可溶岩分布较广的省份，各种类型的岩溶地貌及岩溶现象广泛分布。近年来，随着广东省基本建设的快速发展，越来越多的建、构筑物，如广州白云国际机场、联邦快递亚太中心、广州水泥厂、广东邮件处理中心、正在施工的广州—佛山地铁和广州市地铁五号线、广州富力桃园等工程项目均建在或经过岩溶地区。岩溶地区土溶洞作为一种典型的不良地质现象，其在施工建设中的危害也越来越明显地显现出来。如：广东西牛大桥因桥墩基础下伏溶洞发育导致下沉；广东清远北江三桥因溶洞发育导致停工；广州白云国际机场迁建工程耗资近亿元处理土溶洞等；岩溶地区因土溶洞导致的施工事故更是数不胜数。由于岩溶发育的不确定性及隐蔽性，土溶洞的勘察、处理难度非常大，仅靠传统的施工手段和方法已经很难达到要求。因此，有必要对岩溶地区勘察、评价及处理方法进行研究、总结。国内外对岩溶地质的研究较为深入，国内有专门的研究机构从事岩溶地质研究，如中国地质科学研究院岩溶研究所，一些高等院校也开设了与岩溶有关的专业和课程。2001年在北京召开的《首届岩溶地区可持续发展国际学术会议》暨《IGCP448－世界岩溶系统对比国际工作组会议》标志对岩溶的研究进入了一个崭新的阶段。但专门针对岩溶对工程建设的影响的研究工作开展较少，各种科技期刊也仅见零星的施工经验总结。各行业均无岩溶地区地下土溶洞勘察、评价及处理方面的规范。本项目旨在大量收集岩溶地区勘察、施工处理资料，结合本公司已施工及正在施工的广州白云国标机场、广州富力房地产集团工程项目、地铁广—佛线工程等项目，运用岩土工程新理论、新方法，分析、研究、总结岩溶地区地下土溶洞勘察、评价及处理方法。通过本项目的研究，可以大大提高我公司在岩溶地区施工水平，提高公司科技创新能力，积累自主知识产权，增强市场竞争能力。研究成果可供设计、施工参考，以避免地质灾害对国家投资造成的巨大损失。1.3主要研究内容主要研究内容包括：土溶洞勘察方法研究、评价方法研究及处理方法的研究。1、对土溶洞的勘察方法研究内容主要是针对不同条件下的土溶洞对比分析各种勘察方法，总结最佳的勘察方法或最佳的勘察方法组合。2、对土溶洞的评价主要解决以下问题：分布范围、围岩性质、埋藏深度、空洞形态、充填状态、稳定性及与相邻空洞连通情况。其中重点在于土溶洞的稳定性分析。对土溶洞稳定性评价目前尚无可供参照的规程、规范，也没有较成熟的理论或实践供利用。3、土溶洞的处理方法多种多样，效果各异。本次研究主要是收集以前各种处理方法和处理效果资料，对典型的已竣工工程进行回访，将处理方法和处理效果进行对比分析，总结出不同条件下最佳的处理方案。

第二章土溶洞勘察方法2.1土溶洞的勘察要求拟建工程场地或其附近存在对工程安全有影响的土溶洞时，应进行土溶洞勘察。岩溶地基的岩土工程勘察主要在于查明：1、对建筑场地和地基有影响的岩溶发育规律、埋藏现状和各种岩溶形态的分布、形状、大小、延伸方向，及其与建筑物在空间位置的相对关系等；2、岩溶岩层的完整性（如断裂、节理切割），风化程度及由溶滤作用所引起的岩石结构的破坏；3、岩溶水情况、各岩溶充填物的情况；岩土层的工程性质等。2.1.1各勘察阶段的要求（一）可行性研究勘察阶段可行性研究勘察应初步查明岩溶洞隙、土洞的发育条件，并对其危害程度和发展趋势作出判断，对场地的稳定性和工程建设的适宜性做出初步评价；可行性研究宜采用工程地质测绘为主，适当布置综合物探，勘探点的间距不应大于有关规范的规定，岩溶发育地段应予加密。测绘和物探发现的异常地段，应选择有代表性的部位布置验证性钻孔。控制性勘探孔的深度应穿过表层岩溶发育带。（二）初步勘察阶段初步勘察应初步查明岩溶洞隙及其伴生土洞、塌陷的分布、发育程度和发育规律，并按场地的稳定性和适宜性进行分区。初步勘察宜采用工程地质测绘和综合物探为主，适当布置钻探工作，勘探点的间距不应大于有关规范的规定，岩溶发育地段应予加密。测绘和物探发现的异常地段，应选择有代表性的部位布置验证性钻孔。控制性勘探孔的深度应穿过表层岩溶发育带。初步勘察勘探点的间距对于一级、二级、三级地基分别不应大于30～50m,40～l00m、75～200m，岩溶发育地段应予加密。（三）详细勘察阶段详细勘察应查明拟建工程范围及有影响地段的各种岩溶洞隙和土洞的位置、规模、埋深、岩溶堆填物性状和地下水特征，对地基基础的设计和岩溶的治理提出建议。岩溶发育地区的下列部位宜查明土洞和土洞群的位置：1土层较薄、土中裂隙及其下岩体洞隙发育部位；2岩面张开裂隙发育，石芽或外露的岩体与土体交接部位；3两组构造裂隙交汇处和宽大裂隙带；4隐伏溶沟、溶槽、漏斗等，其上有软弱土分布的负岩面地段；5地下水强烈活动于岩土交界面的地段和大幅度人工降水地段；6低洼地段和地表水体近旁。详细勘察的勘探工作应符合下列规定：1勘探线应沿建筑物轴线布置，勘探点间距不应大于有关规范的规定，勘探点间距对于一级、二级、三级地基分别不应大于10～15m、15～30m、30～50m，条件复杂时每个独立基础均应布置勘探点；2勘探孔深度除应符合有关规范的规定外，当基础底面下的土层厚度小于独立基础宽度的3倍或条形基础宽度的6倍时，应有部分或全部勘探孔钻入基岩；3当预定深度内有洞体存在，且可能影响地基稳定时，应钻入洞底基岩面下不少于2m，必要时应圈定洞体范围；4对一柱一桩的基础，宜逐桩布置勘探孔；5在土洞和塌陷发育地段，可采用静力触探、轻型动力触探、小口径钻探等手段，详细查明其分布；6当需查明断层、岩组分界、洞隙和土洞形态、塌陷等情况时，应布置适当的探槽或探井；7物探应根据物性条件采用有效方法，对异常点应采用钻探验证，当发现或可能存在危害工程的洞体时，应加密勘探点；8凡人员可以进入的洞体，均应入洞勘查，人员不能进入的洞体，宜用井下电视等手段探测。（四）施工勘察阶段施工勘察应针对某一地段或尚待查明的专门问题进行补充勘察。当采用大直径嵌岩桩时，尚应进行专门的桩基勘察。施工勘察工作量应根据岩溶地基设计和施工要求布置。在土洞、塌陷地段，可在已开挖的基槽内布置触探或钎探。对重要或荷载较大的工程，可在槽底采用小口径钻探，进行检测。对大直径嵌岩桩，勘探点应逐桩布置，复杂地段的大直径桩可一桩多孔，勘探深度应不小于底面以下桩径的3倍并不小于5m，当相邻桩底的基岩面起伏较大时应适当加深。2.1.2岩溶勘察的测试和观测的要求岩溶勘察的测试和观测宜符合下列要求：1当追索隐伏洞隙的联系时，可进行连通试验；2评价洞隙稳定性时，可采取洞体顶板岩样和充填物土样作物理力学性质试验，必要时可进行现场顶板岩体的载荷试验；3当需查明土的性状与土洞形成的关系时，可进行湿化、胀缩、可溶性和剪切试验；4当需查明地下水动力条件、潜蚀作用、地表水与地下水联系，预测土洞和塌陷的发生、发展时，可进行流速、流向测定和水位、水质的长期观测。2.2土溶洞的勘察方法土溶洞勘察手段的选择应考虑勘察目的、勘察阶段、勘察场地等多方面的因素，勘察时，首先应对勘察区域的岩溶发育及分布情况进行调查和研究，因地制宜地综合采用工程地质测绘和调查、物探、钻探、井下电视等一种或多种勘察手段相结合的方法进行。由于岩溶发育的不确定性和隐蔽性，工程勘察难度很大，仅靠钻探手段难以达到要求，钻探有一定的盲目性，局部岩溶会被遗漏；发现有岩溶地段，也很难探明其规模、形态和分布规律。工程物探在一定程度上弥补了这一勘察不足。物探方法具有设备轻便、勘探快速、经济的特点，而且可以连续勘探线和面的工程地质情况的特点。因此工程物探作为岩溶钻探的先行手段和辅助手段，对岩溶勘察中的钻探工作进行前期指导和后期的补充工作。岩溶的形成与发育主要与岩性、地质构造、地下水活动等有关。它们与围岩间存在着明显的电阻率、波速、波阻抗、密度、磁化率及散热率等物性差异。这些物性差异为地球物理勘探方法采用和选择提供前提条件。对岩溶地区的工程勘察，在施工场地允许的条件下，应考虑以物探为主，钻探等其它勘察手段为辅的勘察方法。2.2.1工程地质调查与测绘工程地质测绘是工程地质勘察中的一项基础工作。工程设计之前，地质人员要详细查明拟定建筑区工程地质条件的空间分布规律，并按一定比例将其如实地反映在地形底图上，作为工程地质预测的基础，提供设计部门使用。工程地质测绘是设计初始阶段勘察的主要手段，即便是在初步设计选址后和施工图设计勘察中，也还要进行大比例尺的测绘工作。测绘工作能在较短时间内查明广大地区的主要工程地质条件，不需复杂设备和大量资金、材料，而效果显著。根据测绘工作对地面地质了解的基础上，往往可对地下地质情况做出相当准确的判断，为勘察试验工作奠定良好基础，从而为合理布置这些工作节约勘察投资。工程地质测绘的具体内容，包括测区的地层岩性、地质构造、地形地貌、水文地质、工程动力地质现象以及天然建筑材料等，它是多项内容的地表地质测绘。航片、卫片能真实、集中地反映大范围的地层岩性、地质构造、地貌形态和物理地质现象等，对其详细判断解释研究，能够迅速给人以全面认识；与测绘工作相结合，能起到减少工作量并提高精度和速度的作用。尤其在人烟稀少、交通不便的偏远山区测绘，充分利用航片、卫片判释，更有特殊的意义。近年来，我国在工程地质测绘中应用航片、卫片已取得不少经验，值得进一步推广，不断提高判释水平。岩溶场地的工程地质测绘和调查，除应遵守有关规范的规定外，尚应调查下列内容：1岩溶洞隙的分布、形态和发育规律；2岩面起伏、形态和覆盖层厚度；3地下水赋存条件、水位变化和运动规律；4岩溶发育与地貌、构造、岩性、地下水的关系；5土洞和塌陷的分布、形态和发育规律；6土洞和塌陷的成因及其发展趋势；7当地治理岩溶，土洞和塌陷的经验。2.2.2综合物探法地球物理勘探简称物探，其原理是利用地下岩土体的物理性质的差异来探测地层岩性、地质构造等地质问题。由于土溶洞内的物质（空洞、半充填或全充填）与周围物质的物理性质一般都有较显著的差异，这为物探方法在土溶洞的勘探中的应用提供了可能性。工程物探具有“透视性”、效率高、成本低以及可以在现场进行原位岩土物理力学性质测试等优点，在工程勘察中日益得到重视和发展。但是各种物探方法都具有条件性和局限性，一般都还存在多解性，因此正确选择和运用各种物探方法，进行综合物探，并与已有的地质、钻探资料作对比，才能获得好的地质效果。灰岩地区，地形、地质情况相对复杂，各种物探方法都受一定条件限制，因此，在一些地形、地物条件相对复杂的地区进行岩溶物探勘察时，应进行综合物探勘察，利用不同方法对不同的地形、地物、地质条件适用性，尽可能多地获取物探数据进行综合解释，才能取得理想的勘察效果常见用于土溶洞勘探中的物探方法有直流电法勘探、交流电法勘探、地震勘探，以上三类勘探方法中，又因测量参数或测量装置的不同，又分出多种勘探方法。（一）直流电法类勘探地下的岩土层由于其种类、成分、结构、湿度和温度等不同，而具有不同的电学性质，岩层电学性质的差异为基础，用仪器观测天然或人为的电场变化或电性差异，来解决某些地质问题的勘探方法，称为电法勘探。电法勘探又分直流电法勘探和交流电法勘探两大类，直流电法勘探中常用于土溶洞勘探中的方法有充电法、电剖面法、电测深法、高密度电阻率法等。1．充电法充电法是将一供极接于良导性的地质体上，另一电极置于足够远处接地，以使该电极产生的电场实际上对观测电场不产生影响。根据地面观测的电场分布性质（等位线的形状），即可得出良导体的形状、大小和位置。充电法可以测定地下水的流向和流速，还可以用作岩溶区地下暗河的连通性试验。由于土溶洞内的充填物一般为低阻体，在观测到的电场等位线图上也可以反映土溶洞的形状、大小和位置。2．电剖面法固定测量装置，沿剖面测线逐点测量视电阻率值，可获得沿剖面线的视电阻率曲线，它反映岩性沿剖面线变化的情况，称为电剖面法。这种方法可以快速确定岩溶发育带、断层位置等。3.电测深法若固定测点，不断扩大供电电极A、B的距离，使电流在地下分布空间不断扩大，相应的勘探深度则越来越深。其相应于不断增加的电极距(AB/2)的视电阻率曲线（电测深曲线），反映了电阻率随深度变化的情况，即为电测深法。4.高密度电阻率法高密度电阻率法是在常规直流电法基础上发展起来的新型物探方法，它的工作原理与常规直流电法一致，它是以岩土介质的导电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定的电流场；通过电流场的分布规律来解决地下地质问题。与常规直流电法相比，高密度电法通过多道电极转换开关自动转换测量电极，依次测量，具有直观、高效、高分辨率、高精度等特点。岩土的电阻率除了和岩土层组份有关外，还与岩土的结构、构造、空隙度及含水量等有关，也就是说与地质体所处的自然赋存状态有较强的关系。高密度电法是迄今为止最有效的洞穴探测的电阻率法，尤其是数据采集技术的改进使数据采集更迅速，可增大剖面覆盖面积，在强干扰的环境下，以高信噪比探测物体。它可以有效地探测洞穴、圈定洞穴的空间位置。该方法中常用的装置有温纳(Wenner)、施伦贝格(Schlumberger)、二极法(Pole-Pole)、三极法(Pole-Dipole)、偶极-偶极法(Dipole-Dipole)等。总结各种装置，有如下特点：（1）不同装置，隐伏洞体的视电阻率响应特征不同，微分装置的异常幅值最小，温纳装置的次之，偶极装置的异常幅值相对较大，但异常形态复杂，甚至在高阻洞体的上方会出现低阻异常。（2）不论是隐伏空洞还是充填水或土的洞体，三极装置和温纳装置探测效果最好，三极装置异常幅值大，宽度较窄，温纳装置则抗干扰性较好,异常位置与洞体之间有着对应关系。（二）交流电法类勘探交流电法勘探是利用地质体对电磁波的传播、吸收、反射特性，分别用以查找浅部的、两个钻孔（或探洞）之间或地下洞室周围存在的岩溶、断层破碎带等地质结构，交流电法勘探根据其测量装置及测量参数的不同，又分有多种方法，常用于地下土溶洞勘探的有地质雷达、瞬变电磁法、无线电波透视法等。1、地质雷达地质雷达技术是近年来越来越被广泛用于探查近距离目的物的一种物探方法，其原理是用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。在电磁波发射的频率一定时，电磁波在介质中传波路径、电磁波反射系数、相位、振幅、频率等物性，主要与介质的介电常数、导电率、磁电率有关。由此从所接收到的波旅行时间（亦称双程走时）、振幅与波形数据，来推断解释地下反射体的形状和埋深。雷达图形常以脉冲反射波的波形记录。波形的正负峰分别以黑白色，或者以灰阶或彩色表示，在波形图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。根据雷达图象，可以判断地下土溶洞等，而且快速、直观，对地表无损伤。常有两种状态：（1）地下空洞内充填水或其它充填物，使得空洞区域相对于周围介质，电阻率减小，介电常数增加，反射的电磁波相应的波速降低，在地质雷达剖面上图像的表现为“凹陷区”。（2）地下空洞内没有充填物，空气的电导率为0，介电常数为1，电磁波传播速度为0.3m/ns，大大超过周围介质的电磁波传播速度。因此，地下空洞在地质雷达时间剖面上图像的表现为“凸型区”。2、瞬变电磁法瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，该磁场垂直发射线圈向两个方向传播，通常是在地面布设发射线圈，依据半空间的传播原理，把地面以上的忽略。当磁场沿地表向深部传播，当遇到不同介质时，产生涡流场或遵照量子力学原理使活泼的碱金属产生能级跃迁或使含有大量氢原子的液体的氢原子核沿磁场方向产生定向排列。当外加的瞬变磁场撤销后，这些涡流场的释放或者活泼的碱金属要恢复原有的能级，释放跃迁产生能量。以及含有大量氢原子的液体的氢原子核恢复原有的排列时，均以磁场的形式释放能量所获的能量。利用接收线圈测量接收到的感应电动势V2。该电动势包含了地下介质电性特征，通过种种解释手段(一维反演，视电阻率等)得出地下岩层的结构。由于采用线圈接收V2，故对空间的电磁场或其它人工电磁场敏感，也就是通常所说的干扰。为了减少此类干扰，采用尽量的发射大的电流，以获取最大的激励磁场，增加信噪比，压制干扰。接收装置通常分为分离回线，中心回线和重叠回线3类，以重叠回线得到的信息最为完整，其它次之。瞬变电磁法则是发现含水破碎带或充水溶洞等低阻地质体的最为有效的一种物探方法。在工程勘探时，寻找地下土溶洞时，会有两种情况：一是充填水或其它充填物呈现低阻特征；二是未充填，为空洞，呈高阻特征。3、无线电波透视法无线电波是指频率在几十万赫至几十兆赫电磁波。当它在地下介质中传播遇到低阻的地质体时常被强烈吸收而大大衰减。在岩溶地区，用它探测溶洞效果甚好。工作时，将发射机和接收机分别置于相隔一定距离的两个钻孔内，若两孔之间都是均质的高阻灰岩时，沿井轴各点接收到的无线电波信号较强，如果在透视剖面上有低阻的充水溶洞等存在时，则在低阻体的背面形成一个无线电波信号被强烈衰减的阴影。运用“交会法”即可圈定被测异常体的位置和轮廓。（三）地震法勘察地震勘探是通过研究人工激发的弹性波在地壳内的传播规律来勘探地质构造的方法。由锤击或爆炸引起的弹性波，从激发点向外传播，遇到不同弹性介质的分界面，将产生反射和折射，利用检波器将反射波和折射波到达地面所引起的微弱振动变成电信号，送入地震仪经滤波、放大后,记录在介质中。经整理、分析、解释就能推算出不同地层分界面的埋藏深度、产状、构造等。常用于探测覆盖层或风化壳的厚度，确定断层破碎带，在现场研究岩土的动力学特性等。用于土溶洞勘探中的常用方法有反射波法、地震映像法、地震层析成像法、瑞雷面波法。1、浅层地震反射波法反射波形成的条件是界面两侧的波阻抗(地层速度与密度的乘积)有差异，差异越大反射波越强。根据反射波从激发点到检波器的传播时间，以及地层的速度，便可计算从激发点到反射界面的垂直距离以及界面的倾向和倾角。采用小道距，小偏移距并配合数据处理来探查地下溶洞及土洞，该方法勘探深度较大，分辨率高，为了确保探查质量，在正式采集数据前，通过方法试验，确定震源激发形式、接收排列方式、滤波参数和最佳接收窗口，反射波资料采用专用软件系统处理。土洞在反射波时间剖面上的一般有以下特征：土洞顶面以下出现频率较低的同相轴，反射同相轴在土洞边界出现错动现象。因纵波反射在深度方向分辨率较低，纵波延续长度较长，土洞顶部反射不明显，但土洞的周围，特别是土洞的顶面以上，土的密实程度下降，对纵波中的高频成份的吸收特性大于低频成份，故出现频率较低的同相轴。2、地震映像法地震映像法是近十年来用于探测浅部介质中纵、横向不无均匀体(构造、洞穴、障碍物、非金属管道、岩溶、土坝中白蚁巢及空洞、地裂缝与疏松带、滑坡体等)的有效方法。它不同于常规地震勘探中的折射波法及反射波法有明确的勘查目的层(速度界面、波阻抗界面)。实质上，它采集的是近震源处的弹性波场，在采集的炮记录上能识别的地震波形有直达波、瑞雷面波、绕（散）射波、转换波，在特殊情况下也能采集到反射波；同时，上述各种波的干涉现象在记录上也十分常见，并给波的识别带来困难，因此它属于多波勘探的范畴。目前，对复杂波场中各种波形进行识别并所运用波的动力学特征（振福、相位、频率）是解释探测剖面下纵、横向地下不均匀体的主要依据，概括起来该法有以下特点：(1)数据采集方法简单，共偏移距单道（或2-3道）采集，施工人员需要2-3人即可，具有很高的工作效率。(2)采用小偏移距、小道距采集，因此，地形的影响很小，适用于各种复杂的工作环境。(3)在近震源的面波区采集，因此锤击震源即可采集到能量较强的弹性波。(4)和常规地震勘探中的反射波法和折射波不同，它没有明确的勘查目的层位，对地下三度体也可探测，大量实践已表明，它解决了常规地震勘查方法解决不了的问题。(5)主要应用弹性波的动力学特征对波场进行解释，没有繁杂的资料处理流程。地震映像法是一种能适应各种工作环境、简便、快速的工程物探勘查手段。在土溶洞勘查过程中使地下剖面经彩色图像表示出来，能够探查较小规模的土洞和溶洞。3、瑞雷面波法瞬态瑞雷波勘探技术是利用瑞利波的频散特性和传播速度与岩土物理力学性质的相关性进行土层划分，研究岩土的工程性质，评价软土地基加固处理效果，探测地下土洞、空洞和掩埋物等。根据具体要求，采用相应的道间距，在设计排列时通过方法试验，按照不同探测深度选择不同的偏移距和道间距，确定最佳窗口、最佳采集参数及最佳的激发方式等。从瑞雷面波法频散曲线可对地层进行分层，频散曲线存在多个分层拐点，相临测点之间拐点对应深度可水平方向追溯，对比钻孔资料，可对土洞等地质体进行判断。4、地震波层析成像法地震波层析成像技术，又称弹性波CT方法，一般是指透射层析：在两钻孔之间进行声波透射，以探明两钻孔之间的异常体，这种技术利用大量的地震波速度信息进行专门的反演计算，得到测区内岩土体弹性波速度的分布规律。利用这种方法探查岩溶的分布、形态及连通性，与其它测试方法比较具有分辨率高、效率高、空间位置准确等特点。在岩溶发育地区进行工程勘察,采用常规钻探与弹性波CT成像相结合的勘察方法,可消除工程安全隐患。跨孔CT法在两个钻孔之间开展，反演结果是两个钻孔之间岩土层的波速的影像，根据波速差异解释土溶洞的存在情况及边界。2.2.3钻探法钻探是工程地质勘察中极为重要的手段，是探查土溶洞最直接、最直观的方法之一，但它也有一定的局限性，在整个工程地质勘察投资中的费用往往很大。因此，工程地质人员在勘察工作中如何有效地使用钻探并合理布置其工作量，尽可能地取得详细准确的资料，深入了解地下地质结构，是一个极应值得注意研究的课题。钻探工作应在测绘和物探的基础上进行，按勘察阶段、工程规模、地质条件覆杂程度，有目的有计划地布置勘探线、网，一般按先近后远、先浅后深、先疏后密的原则进行。目前采用的钻探工具和方法繁多，应根据不同勘探目的选用。在土溶洞勘探中，一般采用回转岩芯钻进，结合现场标准贯入试验或静力触探试验，并根据勘探目的，进行相应的室内试验。2.2.4地球物理测井地球物理测井是地球物理方法在钻井中的应用。工程物探中常用的有视电阻率测井、自然电位测井、天然放射性测井、声波测井等。综合分析几条测井曲线可划分钻孔地层岩性剖面。用中子－伽玛测井或声波测井方法可以测定地层的孔隙度。自然电位测井方法还可以在泥浆钻孔中分层测定地下水的矿化度。利用井液电阻率测井或井中流速仪可以研究钻井中地下水的运动。井中摄影和井中光学电视可以获得钻井剖面的实际图像，而超声波测井则可以在泥浆中获得清晰的孔壁图像，可区分岩性、查明裂隙、溶穴、套管的裂缝等，甚至可以确定岩层的产状。不同测井方法的井下探测器各有其特点。但是所测量的参数均将转换成电讯号，通过电缆传输到地面测井仪中并记录在介质上。依据弹性波的波动原理，在钻孔中利用弹性波来探测孔旁一定范围内的溶洞、溶蚀裂隙、软弱夹层等不良地质体。弹性波在孔液和孔壁以外一定范围内沿钻孔轴向传播，除在孔径变化、孔底和孔液表面处产生反射外，在弹性波的有效探测范围内的任何波阻抗变化都会产生反射。在钻孔周围的圆柱状空间，这种波阻抗的变化必定是由于钻孔旁侧的岩性差异及土溶洞、软弱夹层等不良地质体的存在造成的，因而可通过分析反射弹性波来确定钻孔旁侧是否存在岩性差异及不良地质体。目前工程界称此方法为管波探测。此方法可用来探测孔旁一定范围内的岩溶、软弱夹层及裂隙带的发育分布情况，达到查明建（构）筑物基桩桩体范围内的地质情况、评价嵌岩桩基桩持力层的完整性、指导基桩设计和施工工作的目的。2.2.5其它勘探方法针对土溶洞的勘察方法还有许多方法，下面再列举几种：1、井探法：即在土洞部位挖探井，对有代表性的塌陷地带和浅埋土洞都适用。2、夯探法：这种方法是在基槽开挖后沿基槽进行夯击。夯击后根据回声来判断有无土洞，若有空洞回声，再用钎探进一步查明。3、钎探法：这种方法利用钢筋作探钎，是查明土层中有无土洞的简便方法。一般将20～25mm直径的钢筋的一端打成锥形即成。勘探点沿开挖的基槽布置。勘探点的间距一般为1～2m。钎探深度，当基岩埋深少于地基压缩层计算深度时，探到基岩表面；当基岩埋深大于地基压缩层计算深度时，根据荷载条件，探到基坑底以下6～8m为止。钎探时，在基坑底勘探处挖凹坑，向坑中加水，将探钎慢慢下插，插钎过程中需保持坑中水量，如遇土洞即有掉钻现象，同时坑中的水漏失，或灌注不满，发现土洞后应加密勘探点和扩大钎探范围，确定土洞的尺寸与分布。2.3勘察实例2.3.1广州白云国际机场迁（扩）建工程以物探为主钻探为辅的勘察实例广州白云国际机场迁建工程飞行区场道工程的勘察先后经历了初步勘察、详细勘察、补充勘察及施工勘察，在初步勘察和详细勘察阶段使用的物探方法有探地雷达、浅层地震折、反射法、电剖面、电测深法、瑞雷面波法等方法，在补充勘察阶段则以高密度电法和三维地震勘探为主，在施工阶段以钻探为主。但以上各种方法因场地、地层等因素的影响，对土溶洞的探测效果都受到了一定的影响。综合比较后，认为高密度电法在该场地探测土溶洞的效果最好。（一）广州白云国际机场迁建工程飞行区场道工程T17土洞探测实例在广州白云机场迁建工程飞行区场道工程施工阶段补充勘察中，对高密度电阻率法的多种装置进行了试验，以温纳装置效果最好，因此，施工中主要采用温纳装置。现以物探揭露的T17土洞为例来说明该方法的效果。1、高密度电阻率方法技术本次勘察以温纳装置在该部位共布置了四条电法剖面W1—W4（图2—1、图2—2）,从其等值线图及反演结果来看，土洞形态明显，表现为相对低阻（见等值线图及反演剖面图，图2—2、图2—3、图2—4、图2—5、图2—6）。根据物探剖面，土洞异常反映为相对低阻，ρs曲线反映与地质断面是吻合的。T17土洞位于第四系冲积层和基底灰岩界面的洼陷处。土洞异常范围：南北向约25米，东西向约25米，土洞顶板埋深20m，洞体高度10m，面积约360m2。2、钻探验证结果在物探发现异常后，在其中心部位布置验证钻孔，钻探结果确认土洞存在。在土洞处理之前的施工勘察中，以8m×8m孔距布置钻孔以便进一步控制土洞边界。圈定的土洞平面范围见T17土洞平面图（图2—1），并从钻探资料中取出两个剖面图（见图2—7、图2—8）。T17土洞特征：经过勘察查明了该土洞空间高度、平面范围及其洞内充填情况。土洞面积约360m2，平面形态呈不规则圆形。T17土洞总体上为一完全充填的土洞，49个勘察孔中仅有三个钻孔出现掉钻现象。土洞的底板为下伏的石灰岩。土洞充填物为浅褐色的软～流塑的粘性土，夹有微薄层砂土或松散的砂土。土洞顶部充填物为软～流塑的粘性土及散砂、小卵石等，底部充填物多为软塑微薄层砂土、散砂土、灰岩溶蚀碎块等。洞高0.30～21.00m不等，平均洞高3.14m。土洞顶板埋深5.80～26.20m，底板埋深18.90～29.00m。土洞的计算结果：面积约360m2；洞体平均高度3.14m；体积：V=S×H=360m2×3.14m=1130.40m3。W1W1W4W3W2A4200B6300A4200B6400B6400A4300A4300A4100A4100B6300N物探剖面及其圈定范围钻探圈定范围16线钻探剖面26线钻探剖面图2—1T17土洞平面布置图3、结论应用高密度电阻率方法技术在岩溶发育区进行土洞勘察，具有快速、经济的特点，提供了连续的图件剖面，土洞洞体形态明显，平面圈定的范围与钻探基本一致，为工程地基的稳定、排除隐患提供依据。利用工程物探和钻探验证施工，大大提高了土溶洞的勘察精度，勘察结论具有较高的准确度。图2—2T17土洞电法剖面图图2—3T17土洞W1高密度电阻率反演剖面图图2—4T17土洞W2高密度电阻率反演剖面图图2—5T17土洞W3高密度电阻率反演剖面图图2—6T17土洞W4高密度电阻率反演剖面图图2—7T17土洞第16线工程地质剖面图图2—8T17土洞第26线工程地质剖面图（二）广州白云国际机场扩建工程联邦快递飞行区T22土洞探测在广州白云机场扩建工程联邦快递详勘T22土洞的探测过程中，先后采用了高密度电法、浅层地震反射法、面波勘探法、地震映像法及钻探等勘探方法，这几种方法均有较好的效果。实测等视电阻剖面在桩号103～136处等值线出现明显低阻唇形张口扭曲，等值线变疏（图2—10图a）。其ρs值为120～140Ω·m，进而对该剖面进行反演，获取地电映象断面，低阻型土洞异常更加明显直观（图2—10图b）；在这个洞体的另一条浅层地震反射剖面（图2—11）上可看出，在桩号113，时间120ms，出现波的绕射，反映土洞顶底板的特征。在桩号118～128，时间75ms，反射波同相轴明显缺失，反映了半充填土洞的特征。后在桩号120上进行面波勘探并进行钻探验证。面波与勘探层划分及土洞的顶底板确定与钻探验证基本吻合（图2—12）。在Z108验证孔施工中，土洞顶板深度为15.4m，洞高4.9m。而土洞顶板上粘土层厚仅为1.4m，其上是较厚的砂层，在钻孔终孔时，钻孔附近开始塌陷，24小时后塌陷范围达7.5m，塌陷区边缘深度达到2m（图2—9）。图2—13是另一岩溶勘查的地震映像图，同样在岩溶发育带，散射波十分发育。由于地下隐伏岩溶发育，在地下水的作用下，上伏土层中形成的土洞的散射波也清晰可见。图2—9联邦快递详勘工程Z108孔塌陷现场图(a)图(a)图(b)图(b)图(c)图2—10：(a).Z108孔ρs等值线图；(b).反演图；(c).地质推断断面图图2—11浅层地震反射时间剖面图Z108钻孔柱状图Z108面波波速分层Z108钻孔柱状图Z108面波波速分层 图2—12钻孔柱状图与频散曲线对比图图2—13某岩溶勘查地震映像图2.3.2广州富力桃园的冲孔桩基工程以超前钻探为主的勘察实例广州富力桃园C1～C3栋为32层高层建筑，拟采用大直径冲孔桩基础，由于该场地岩溶发育，对其勘察先采用一桩一孔（在桩中心布孔）进行工程地质勘察，在此基础上每桩再布置1～3个孔（超前钻），用此方法来保证终桩时桩底基岩厚度。场地共施工263个钻孔，钻孔顶部岩芯普遍有溶蚀现象，其中135个钻孔存在溶洞或土洞，钻孔见溶洞率约52%。现选编号为70#、71#、72#、73#、78#的五条桩（70#、71#、72#桩径为1600mm，73#、78#桩径为1200mm）的16个钻孔的钻探情况进行说明。钻探情况见钻孔平面布置图（图2—14）和溶（土）洞统计表（表2—1）。图２—14富力桃园C1~C3栋部分超前钻钻孔布置图表2—1富力桃园C1~C3栋超前钻钻孔溶(土)洞统计表孔号岩面深度(m)溶(土)洞范围(m)充填情况备注K70-126.9627.26-30.42充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。31.92-33.62充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。41.17-43.78充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。K70-225.0926.93-28.60充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。29.13-30.33充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。31.70-32.74充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。37.96-40.12充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。40.98-41.48充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。K70-326．2927.26-37.12充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。38.70-40.10充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。42.05-42.35充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。K71-120.0022.90-25.00充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。25.40-25.60充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。K71-218.9021.30-22.00充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。22.80-24.20充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。24.90-26.80充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块。K71-320.3222.10-24.10充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。K72-122.6327.65-29.05半充填红色的软塑状粘性土，掉钻。K72-223.4025.60-28.88充填红色的软塑状粘性土，含岩块。29.20-32.03充填红色的软塑状粘性土，含岩块。K72-325.5326.67-30.82充填红色的软塑状粘性土，含岩块及砂。K72-424.6927.78-30.81充填红色的软塑状粘性土。K73-127.9829.20-32.12半充填红色的软塑状粘性土，含大量岩块。32.52-33.53无充填，掉钻。39.30-42.04充填红色的软塑状粘性土，含大量岩块。43.00-44.05充填红色的软塑状粘性土，含大量岩块。K73-233.5139.81-40.50充填红色的软塑状粘性土，含大量岩块。42.80-44.16充填红色的软塑状粘性土，含大量岩块。K73-334.1734.77-35.80充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。36.30-36.97充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。37.30-38.03充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。38.50-39.50充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。40.10-41.10充填红色的软塑状粘性土，含大量的碎石块及砂。K78-131.0231.32-37.69半充填红色的软塑状粘性土，含大量碎石块。K78-235.828.30-35.80土洞：无充填。36.30-37.49充填红色的软塑状粘性土，含碎石块及砂。K78-331.6232.52-38.45充填红色的软塑状粘性土，含岩块及砂。注：K78-2孔揭露土洞外，其它钻孔均揭露溶洞五条桩16个钻孔，钻孔之间平面距离最小为0.7m，最大为13.2m，岩面最浅孔K71-2号孔为18.90m，岩面最深孔K78-2号孔为35.80m，岩面高差达16.90m；即使同一条桩上的几个钻孔的岩面变化也非常大，如73#桩的K73-1号孔与K73-3号孔揭露的岩面高差达到6.19m。16个钻孔全部见到溶(土)洞，其中仅K78-2孔见到土洞（无充填），其余均为溶洞，溶(土)洞分布深度范围为21.30m-44.16m，其中6个钻孔仅见到一层溶(土)洞，其余钻孔均为多层，最多的为五层，单层洞高为0.30m-9.86m，即使是同一条桩上的相邻钻孔，溶（土）洞的层数及位置变化也相当大。溶洞仅一个为无充填，三个为半充填，其余均为全充填，充填物为红色的软塑状粘性土，含石块及砂等。从以上资料分析，该部位岩溶极为发育，从局部来看基岩面变化及溶（土）洞的发育几乎无规律可寻，这说明在岩溶发育地区重要建筑物上进行一桩一孔或一桩多孔的超前钻勘察是极有必要的，同时也反映了钻孔在此类场地勘察中的“一孔之见”的局限性。在超前钻勘探中，如适当采用孔内物探（如地球物理测井或管波勘探）或孔间物探（如地震波层析成像法），从费用、工期、效果方面来考虑可能会更好。

2.3.3广佛轨道交通的以钻孔CT为主的勘察实例1、勘察目的及勘察方法广佛轨道交通物探勘察是在该线路经历了初步勘察和详细勘察两阶段的岩土工程勘察后进行的。其勘察目的是进一步查明溶洞及土洞在垂直方向和水平方向的分布、连通性及其特征，为盾构的施工提供更详细的岩土工程资料。同时要求对溶蚀规模大于1×0.5×0.5（m3）的洞穴予以查明。本次勘察的物探方法采用跨孔弹性波CT方法：在两钻孔之间进行声波透射，以探明两钻孔之间的异常体，这种技术利用大量的地震波速度信息进行专门的反演计算，获得测区内岩土体弹性波速度的分布规律。2、场地地球物理条件根据本期和前期钻孔，场地内土洞内一般有少量充填物（充填物一般为流塑状软土），且土洞位于地下水水位以下，土洞内充填有水。土洞内介质为水时，纵波波速Vp=1500m/s。如土洞内介质为流塑状软土，则纵波波速Vp=1400～1600m/s。土洞外介质为饱和含水的第四系土层，纵波波速Vp在1800～2000m/s之间。土洞内外介质存在波速差异，但波速差异比较小。场地内溶洞内大部分有充填物，且溶洞位于地下水水位以下，溶洞内充填物一般饱和含水。溶洞内介质的纵波波速Vp在1500～2000m/s之间。溶洞外介质一般为灰岩、炭质灰岩，其纵波波速Vp在4000～6000m/s之间。溶洞内外介质存在极为明显的波速差异。这种波速差异的存在，为地球物理方法提供了一定的物性条件。3、野外工作参数根据现场试验，跨孔CT的野外工作参数如下：测试工作频率：≥1000Hz；测点距：0.5m；激发点距：0.5m；采样间隔：≤32μS；滤波通带：400～4000Hz；接收信道数：12道或24道。为了保证满足该项目《招标文件》中的技术要求，经过现场试验，跨孔CT的测试段确定为孔底至4米深度，部分剖面的测试段到达孔口；依据测得的波速数据制作波速影像图，在此基础上绘制工程地质剖面图。制作纵测线波速影像图时按设计里程进行投影。4、成果图件的绘制①．跨孔弹性波CT反演波速影像及综合地质解释剖面图绘制：以物探反演的波速影像做背景，叠加钻孔资料、物探地质解释成果，绘制包含岩土分层、基岩起伏形态、土溶洞边界的综合地质解释剖面。②．综合解释成果平面图绘制：根据全部测线的地质解释剖面图，将土溶边界在平面上投影，对土溶洞进行编号，绘制平面分布图。5、物探资料的地质解释原则①．先对钻探资料及波速影像图进行充分的综合分析，然后再对CT剖面作地质解释。②．岩土分层主要根据钻孔岩土分层、标贯数据及波速影像图中总体的波速分布特征进行解释。③．土洞的确定主要根据已知的钻孔揭露的土洞的波速特征、存在于残积层及全风化层的特点及主要分布于基岩面上部附近的特征进行解释。④．溶洞的确定主要根据已知的钻孔揭露的溶洞的波速特征及存在于灰岩中的特点进行解释。6、勘探中的局部实例图2—15为三段跨孔弹性波CT波速影像图的拼图，图2—16为其地质解释断面图。在跨孔弹性波CT波速影像图上，土洞内介质的纵波波速约为1400-1600m/s，土洞周围土层的纵波波速约为1800-2000/s。溶洞内介质的纵波波速为1500-2000m/s，溶洞外灰岩的纵波波速约为4000-6000m/s。从波速影像图上可以看出，土洞或溶洞的空间形态非常明显。图2—15跨孔弹性波CT波速影像图图2—16跨孔弹性波CT地质解释断面图

第三章土溶洞评价3.1评价方法土溶洞的评价是对地基稳定分析所及深度内，单个岩溶形态(主要指洞隙空间)的稳定性评价，基评价方法可分为定性和半定量两种方法。3.1.1定性评价定性评价是一种经验的比拟方法，简便易行，但在使用中又具有明显的随意性，评价结果往往是因人(经验水平)而异，但若能据影响稳定评价的各项因素进行充分的综合分析，并能在勘察与工程实践中不断验证修订，仍可得出正确结论。定性评价可参照下列方法进行：（1）根据洞体的各项边界条件，对比表3-1所列影响洞体稳定诸因素综合分析，做出评价。（2）按被评价洞体的条件，与当地相同条件的已有成功与失败工程实例进行比拟评价。表3-1岩溶稳定性分级表等级因

素地层岩性地质构造地下水及支洞、暗河洞体表面特征洞底堆积物条

件稳

定厚层至巨厚层灰岩，无软弱夹层，层面胶结好无褶皱，断层不发育，仅有1～2组较明显的裂隙，裂隙呈闭合状或胶结好。未形成临空不稳定切割体洞内很少漏水。四周支洞少，洞内无暗河通过洞顶、侧壁均有钙壳，溶蚀窝状面，洞体表面较平整，无危岩和近期崩塌痕迹洞底平坦，表面堆积物为黏性土或钙质胶结层，不含块石基本稳定厚层至中厚层灰岩，层面有一定程度的胶结有小型断层、褶皱，一般有2～3组连续性差的裂隙形成的临空面，切割体少断层中有季节地下水活动，四周支洞较少，暗河易于查明、处理洞顶有钙壳、溶蚀窝状面，有少量钟乳石灰华物，无近期崩塌痕迹，有少量危石洞底平坦，表层堆积物中有少量块石，或有古崩坍体稳定性差中厚层夹薄层灰岩，层面胶结差断层发育，有3组以上的裂隙，且胶结差。形成较多的临空切割体顶板、断层中常有地下水活动，四周支洞较多，暗河分布较复杂，不易查明处理洞顶钙壳和窝状溶蚀面少，钟乳石多，侧面有泥质较多的灰华物分布，局部有危岩和近期崩坍痕迹有近期崩塌堆积物，有多量块石不稳定薄层至中厚层灰岩，有软弱夹层，层面胶结差断层很发育，裂隙在4组以上，呈张开状充水夹泥，形成大量临空切割体洞内，断层中漏水严重，四周大小支洞多，暗河分布复杂，难于查明处理危岩和近期崩坍痕迹多，钟乳石、石笋、石柱等林立丛生，灰华物大面积分布洞底为暗河或大量近期崩坍物（3）根据已有调查实例的归纳及工程实践的经验总结，岩溶洞体稳定性评价还可作如下考虑。①对于非重大或安全等级属二、三类的建筑物，当属下列条件之一者，可不考虑岩溶对地基稳定性的影响；a、基础置于微风化硬质岩石上，延伸虽长但宽度小(如1～2m内)的竖向溶蚀裂隙和落水洞的近旁地段；b、基底以下的土层厚度较大，如独立基础大于3倍基宽，条基大于6倍基宽且场地不具形成土洞的条件；c、虽基底与洞体顶板间土层厚度小于②所列，但岩溶条件符合下列条件之一时也可不考虑：a)洞体被密实沉积物填实，且无被水冲蚀的可能；b)洞径或溶隙宽度较小，基础底面积大于其平面投影尺寸，并有足够支承长度；c)微风化硬质岩石中，洞顶板厚度接近或大于洞跨。②当遇下列情况之一时，未经进一步论证分析或妥善处理，不宜作为建筑物天然地基：a、岩溶水通道堵塞或涌水，有可能造成场地暂时性淹没；b、高浓度酸性生产废水流经岩溶通道的地段；c、凡以上定性评价或经岩土工程勘察鉴定属不稳定或处于临界状态的岩溶洞隙。当自然或洞体条件难于直接做出评价时，其稳定性评价可借助半定量方法进行评价。3.1.2半定量评价对土溶洞安稳定性评价及处理方法，目前尚无规范可遵循。根据有关岩溶方面的理论分析和工程实践方面的例子，为消除地基稳定性隐患，预防岩溶地面塌陷的形成，以保持地基的稳定，有必要针对岩溶的不同发育情况提出稳定性评价及相应的治理措施。半定量评价方法是根据物探和钻探所查明的土洞和溶洞的成因、埋藏深度、洞体规模（洞高、洞体最大宽度和面积）等详细资料，对土溶洞的稳定性进行如下分析。岩溶地面塌陷是岩溶地基稳定的主要问题。岩溶地面塌陷是指在岩溶地区，由于下部洞穴扩大而导致顶板岩体塌陷（指溶洞顶板的塌陷），或上覆土层中的土洞顶板因自然或人工因素失去平衡产生下沉或塌陷（指土洞顶板的塌陷）的通称。岩溶地面塌陷，必须具备洞、土、水三个基本条件。在岩溶塌陷的处理上应首先进行岩溶的稳定性分析，然后再根据具体情况采取相应的处理方法。岩溶地面塌陷的发生，实质上是洞体的抗塌力小于致塌力的结果。根据已获得的勘察资料，采用以下岩溶地基稳定性评价方法——半定量评价方法，对岩溶地面塌陷进行预测，从而为治理措施提供依据。第一，根据土溶洞顶板的埋藏深度（即覆盖层厚度）进行预测。根据岩溶地面塌陷的经验预测指标和模糊综合预测指标，在岩溶地面塌陷的三个基本条件中，覆盖层的厚度H大小不同，产生的效果也不同。根据模糊统计分析结果和洞体的稳定平衡条件，H=20～35m时，稍有不稳定；H=10～20m时，比较不稳定；H<10m时，相当不稳定，即H<10m时最容易塌陷。同时，参照《公路路基设计规范》（JTJ013-95）中岩溶地区路基的设计规定，路基基底洞体顶板的安全厚度宜按固定梁受弯曲情况进行计算。一般认为，当洞体的顶板厚度小于10m时，均应进行处理。当洞体的顶板厚度大于10m时，则应根据顶板的完整性及洞体的直径等因素综合考虑，决定是否处理。对于机场场道地基工程，考虑应比公路路基设计提高一定的级别，并考虑应有一定的安全系数。同时，由于土洞对场道地基稳定的影响远大于溶洞；土洞的发育速度远大于溶洞，一般溶洞的溶蚀极其缓慢，设计中可不考虑在自然条件下溶洞的发育速度对地基稳定性的影响，但必须考虑土洞的发育速度。因此，对于场道地基土洞顶板的安全厚度应以25m、溶洞顶板的安全厚度应以20m为宜。第二，根据土溶洞的洞体高度进行预测。当土洞或溶洞发生塌陷时，产生的松散体，可以充填扩容后的洞体，乃至洞体被完全堵塞，顶板不再塌陷，这时所需的塌陷高度为H，计算如下：KV1=V0+V1式中：K——土（岩）体的涨余系数，一般为1.05～1.15V0——塌陷前的洞体体积V1——可能塌陷的土（岩）体体积坍塌前，假定洞体底面积为F，在塌陷过程中一般不会变化或变化很小。洞体顶板塌陷后一般形成柱体，塌陷高度为H，则V1=FH，设洞体高度为h0，则V0=Fh0。如取K=1.10，代入上式则得H=10h0。根据勘察资料，即可得出所需塌陷高度H。如果洞体埋深大于H，并考虑留有5m的安全厚度，则认为洞体即使塌陷也波及不到地面形成塌陷。第三，根据洞体顶板的完整性和密实性、洞体顶板厚度与洞体最大宽度的比值关系进行预测。参照《建筑地基基础设计规范》，若洞体顶板完整或密实，在利用洞体顶板作为地基时，若洞体的顶板厚度与洞体最大宽度之比大于1，一般认为洞体是稳定的。若洞体顶板破碎或松散，则考虑应有较大的安全系数，即当洞体的顶板厚度与洞体最大宽度之比大于2时，可认为洞体是稳定的。根据以上分析，对岩溶区土溶洞的处理按以下原则考虑：（1）首先按土洞或溶洞的天然顶板埋深H进行判定。对于土洞，其顶板厚度H大于25m时，不进行处理；对于溶洞，当其顶板厚度H大于20m时，不处理。（2）当土洞或溶洞的天然顶板厚度H小于（1）条规定时，按下面的方法(洞体高度h0与上覆层的厚度H关系)继续判别：①若H>10h0+5m，则不处理。②若H≤10h0+5m，则按下面的方法继续判别：1)若土洞洞体顶板稳定或溶洞洞体顶板完整，且顶板厚度H/洞体最大宽度D≤1；或土洞洞体顶板不稳定或溶洞洞体顶板破碎，且顶板厚度H/洞体最大宽度D≤2，均需进行处理。2)若土洞洞体顶板稳定或溶洞洞体顶板完整，且顶板厚度H/洞体最大宽度D>1；或土洞洞体顶板不稳定或溶洞洞体顶板破碎，且顶板厚度H/洞体最大宽度D>2，可不处理洞体。3.2土溶洞评价实例3.2.1以广州白云国际机场迁建工程飞行区场道工程土溶洞评价为例根据初步勘察、详细勘察和物探资料，飞行区共发现土洞41个（见表3-2）、溶洞12个（见表3-3）。

表3-2广州白云国际机场迁建工程飞行区场道土洞勘察结果统计表洞体编号代表钻孔号顶板埋深(m)洞高h(m)洞体最大宽度D(m)洞体短轴(m)洞体面积(m2)充填情况T1RK425.11.13911371无T2RK2824.33.72821382无T3RK518.59.54828920软塑~流塑状粘性土，夹松散状砂土K2419.63.9深黄色流塑状粉质粘土T4TK2127.510.22418296软塑~流塑状粘性土及砂层T5TK2023.810.32720458砂及粘性土T6RK4830.55.5121110032.1m以上空，以下软~流塑状粘性土T7TK1831.82.73024462粘性土及砂T8TK1532.32.72216286流塑状粘性土T9RK4626.94.52218277软塑~流塑状粘性土及松散砂土，含少量小卵石T10TK1428.17.1231734628.1~32.5m半充填有软塑状粘性土，32.5m以下空T11K2734.97.93828936松散状泥砂，钻具人工可压下T12TK9229.52218360软塑~流塑状粘性土，夹砂，含小卵石T13TK1023.23.847351171松散砂及粘性土T14TK722.29.1341950724.8m以上为松散砂土，以下为软~流塑状粘性土T15TK620.22.23017373软塑~流塑状粘性土，夹薄层砂土T16TK6121.27.33021414软塑~流塑状粘性土，夹砂及小卵石T17TK5202.72522380软塑~流塑状粘性土，夹有薄层砂土T18TK319.32.363522428松散砂土及软~流塑状粘性土TK119.70.4无TK425.12.8松散砂土及粘性土TK230.52.54砂混粘土，顶部含碎石块T19K5925.613.41816211流塑状粘性土，含卵石、砾砂K59-130.411.7钻具可自由落下K59-231.52.4流塑状粘性土，含砂砾T20RK4128.615.23422657软塑粘性土，夹薄层砂，含小卵石T21RK4018.98.53432784粘性土，含少量砂，偶夹小卵石T22TK5418.97.92015240软塑粘性土及松散砂土TT23TK5335.40.42518307无T24RK1316.31.21411105软塑状粘性土，夹大量砂T25RK3822.01.63022474松散砂土，含少量粘性土及小卵石T26RK2119.412.85617687松散砂土及软塑~流塑状粘性土RK1829.50.5无34.916.647.1m以上空，47.1m以下砾砂，含小卵石、小碎石T27RK2219.621.4631668027.1m以上为软塑粘性土，27.1~38.6m为空洞，38.6m以下粉质粘土，夹小卵石、小碎石T28RK239.623.54420677其中9.6~14.5m、16.6~22.5m为空洞，其余为软塑~流塑状粘性土或松散砂土T29RK1619.75.21712190松散砂土，含较多小卵石及夹少量粘性土T30RK4529.81.41816235软塑粘性土，含少量砂T31TK5926.51.1181419827.2m以上钻具自由下落，以下软塑~流塑状粘性土T32TK6023.53.93318450软塑~流塑状粘性土，含砂及小卵石T33RK4416.39.82215236软塑状粘性土，含砂及小卵石T34TK5220.24.53723550松散砂土，含粘性土T35TK5019.31.12910256软塑~流塑状粘性土及砂T36RK3719.41.32820478无T37RK3016.91.61713166无T38K10717.82.72116218流~软塑状粉质粘土，含有机质T39TK4119.81.71612163流塑状土T40K6912.01.71514166流~软塑状粉质粘土，含砾、砂，漏水严重T41K10815.07.31311101灰黑色流塑状淤泥，漏水严重表3-3广州白云国际机场迁建工程飞行区场道溶洞勘察结果统计表洞体代表顶板埋洞高洞体最大洞体洞体编号钻孔号深H(m)h(m)宽度D(m)短轴(m)面积(m2)充填情况R1K427.83.82617347软塑状含砾、砂的粉质粘土R2SK21613.21.910874软塑粘性土，夹风化岩碎块R3K9419.00.71412135软泥，钻具可自动下落20.50.81412135软泥，钻具可自动下落24.80.71412135流塑状混砂的粘性土R4TK3129.37.23221513无R5K7522.70.62016225无24.10.42016225无R6TK2824.71.14823860无R7K7717.80.81410117无19.00.71410117无R8K1624.21.161281304浅灰色粘性土，软塑，混粉细砂R9RK221.42.72018284软塑粘性土及少量砂土R10K8525.40.31413118无R11TK4219.40.92518333无R12K11720.63.21514147淤泥质土，灰黑色，流塑，含炭化木采取以上半定量评价方法，对广州白云国际机场迁建工程飞行区场道工程发育的土洞和溶洞进行处理与否的判定，判定结果，道面区共有25个土洞（含处于临界状态的T19号土洞）、1个溶洞需处理。其详细判定结果见表3-4和表3-5。表3-4广州白云国际机场迁建工程飞行区场道土洞处理与否判别一览表洞体代表顶板埋洞高洞体最大判别标准1判别标准2判别标准3直接上覆土性编号钻孔号深H(m)h(m)宽度D(m)是否H<25m(H-5)/h是否<10H/D是否<2T1RK425.11.139×18.30.6粉质粘土(厚2.3m)T2*RK2824.33.728√5.2√0.9√砾砂(厚1.5m）T3*RK518.59.548√1.4√0.4√粗砂(厚1.0m）K2419.63.948√3.7√0.4√粉质粘土(厚2.6m)T4TK2127.510.224×2.21.1砾砂(厚9.7m）T5*TK2023.810.327√1.8√0.9√粉质粘土(厚7.4m)T6RK4830.55.512×4.62.5粉质粘土(厚1.0m）T7TK1831.82.730×9.91.1粉质粘土(厚3.6m）T8TK1532.32.722×10.11.5粉质粘土(厚10.1m)T9RK4626.94.522×4.91.2粉质粘土(厚6.6m）T10TK1428.17.123×3.31.2粗砂(厚5.6m）T11K2734.97.938×3.80.9中砂(厚2.3m）T12*TK922.09.522√1.8√1.0√粗砂(厚1.1m）T13*TK1023.23.847√4.8√0.5√粗砂(厚4.5m）T14*TK722.29.134√1.9√0.7√粉质粘土(厚7.3m）T15*TK620.22.230√6.9√0.7√砾砂(厚3.5m）T16*TK6121.27.330√2.2√0.7√粉质粘土(厚8.8m）T17*TK520.02.721√5.6√1.0√粉土(厚2.9m）T18*TK319.32.363√6.2√0.3√粉砂(厚0.90m）TK119.70.463√36.8×0.3粘土(厚2.30m）TK425.12.863×7.20.4粘土(厚2.70m）TK230.52.5463×10.00.5粘性土(厚2.5m）T19*K5925.613.418(临界状态)√1.5√1.4√砾砂(厚1.2m）K59-130.411.6518×2.21.7粉土(厚2.4m）K59-231.52.418×11.01.8砾砂(厚3.6m）T20RK4128.615.234×1.60.8粘性土(厚2.6m）T21*RK4018.98.534√1.6√0.6√砾砂(厚2.7m）T22*TK5418.97.920√1.8√0.9√粘性土(厚2.9m）T23TK5335.40.425×76.01.4粗砂(厚30.6m）T24*RK1316.31.214√9.4√1.2√粗砂(厚3.7m）T25RK3822.01.630√10.60.7砾砂(厚8.0m）T26*RK2119.412.856√1.1√0.3√砾砂(厚3.4m）RK1829.50.556×49.00.5砾砂(厚2.7m）34.916.656×1.80.6砾砂(厚4.9m）T27*RK2219.621.463√0.7√0.3√粗砂(厚4.3m）T28*RK239.623.544√0.2√0.2√粉质粘土(厚1.0m）T29*RK1619.75.217√2.8√1.2√粉质粘土(厚1.8m）T30RK4529.81.418×17.71.7砾砂(厚1.5m）T31TK5926.51.118×19.51.5粉土(厚3.4m）T32*TK6023.53.933√4.7√0.7√砾砂(厚2.7m）T33*RK4416.39.822√1.2√0.7√圆砾(厚3.5m）T34*TK5220.24.537√3.4√0.5√砾砂(厚4.1m）T35TK5019.31.129√13.0×1.0砾砂(厚8.1m）T36RK3719.41.328√11.1×0.7砾砂(厚4.8m）T37*RK3016.91.617√7.4√1.0√砾砂(厚4.1m）T38*K10717.82.721√4.7√0.8√砾砂(厚3.8m）T39*TK4119.81.716√8.7√1.2√砾砂(厚7.0m）T40*K6912.01.715√4.1√0.8√中砂(厚1.8m）T41*K10815.07.313√1.4√1.2√中砂(厚1.8m）注：带*者为判别需处理的土洞表3-5广州白云国际机场迁建工程飞行区场道溶洞处理与否判别一览表洞体代表顶板埋洞高洞体最大判别标准1判别标准2判别标准3顶板情况编号钻孔号深H(m)h(m)宽度D(m)是否H<20m(H-5)/h是否<10H/D是否<2R1K427.83.826×6.01.1微风化灰岩R2*SK21613.21.910√4.3√1.3√中风化灰岩R3K9419.00.714√20.0×1.4微风化灰岩20.50.814×19.41.5微风化灰岩24.80.714×28.31.8微风化灰岩R4TK3129.37.232×3.40.9微风化灰岩R5K7522.70.620×29.51.1微风化灰岩24.10.420×47.81.2微风化灰岩R6TK2824.71.148×17.9微风化灰岩R7K7717.80.814√16.0×1.3微风化灰岩19.00.714√20.0×1.4微风化灰岩R8K1624.21.161×17.50.4微风化灰岩R9RK221.42.720×6.11.1微风化灰岩R10K8525.40.314×68.01.8微风化灰岩R11TK4219.40.925√16.0×0.8微风化灰岩R12K11720.63.215×4.91.4微风化灰岩注：带*者为判别需处理的溶洞3.2.2以广州白云国际机场扩建工程飞行区场道工程土溶洞评价为例根据广州白云国际机场扩建工程飞行区场道工程详细勘察和物探资料，广州白云国际机场扩建工程包括东南站坪、西三指廊站坪、东三指廊站坪、中性货站机坪，共发现土洞31个、溶洞11个（见表3-6）。采取上述半定量评价方法，对广州白云国际机场扩建工程飞行区场道工程道面区所发育的土洞和溶洞进行处理与否的判定，判定结果，道面区共有21个土洞、4个溶洞需处理。其详细判定结果见表3-6。

表3-6广州白云国际机场扩建工程飞行区场道土溶洞处理与否判别一览表洞体编号代表钻孔号顶板埋深H(m)洞高h(m)洞体最大宽度D(m)判别标准1判别标准2判别标准3顶板情况备注是否土洞<25，溶洞<20m(H-5)/h是否<10H/D是否<2R1YZ213.850.7120.03√12.60×微风化灰岩东南站坪工程R2YZ723.603.489.11×微风化灰岩T1*YZ210.050.85146.48√5.90√0.07√粉质粘土层T2YZ126.303.741.22×粗砂层T4*YZ4B12.202.481.68√3.25√0.17√砾砂层BK416.203.27T5*YZ619.102.186.35√7.54√0.19√粉质粘土层BK514.301.0T6*YZ520.804.388.29√6