導(dǎo)語(yǔ)：物探技術(shù)在隧洞工程勘察的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:傳統(tǒng)鉆孔手段在灰?guī)r地區(qū)隧洞工程的勘察工作中存在搬家難度大，效果一般，經(jīng)濟(jì)成本高等問(wèn)題，因此考慮采用物探這種便捷、經(jīng)濟(jì)的方法在類似工程中作為主要的勘察手段。以實(shí)際工程為例，根據(jù)物探并結(jié)合鉆探成果驗(yàn)證了物探成果方法在灰?guī)r地區(qū)隧洞工程的勘察工作中確實(shí)具有可行性。

關(guān)鍵詞:高密度電法；大地電磁法；隧洞；溶洞；物探；鉆探；勘察

1物探技術(shù)原理

工程物探利用不同巖層介質(zhì)在密度、彈性、導(dǎo)電性、磁性、放射性及導(dǎo)熱性等方面存在差異，對(duì)巖土層進(jìn)行探測(cè)分類。具體的方法種類很多，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇應(yīng)用廣泛的高密度電法和大地電磁法（EH4）。高密度電法是一種以研究地下介質(zhì)體的電阻率差異為地球物理基礎(chǔ)，集電剖面法和電測(cè)深法為一體，采用高密度布點(diǎn)，進(jìn)行二維地電斷面測(cè)量的一種地學(xué)層析成像（Geotomography，簡(jiǎn)稱GT）技術(shù)。觀測(cè)過(guò)程中，主機(jī)通過(guò)一對(duì)供電極對(duì)大地供電，利用一對(duì)觀測(cè)電極沿剖面逐層、逐點(diǎn)對(duì)電位、電流等地電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，由高密度電法儀器自動(dòng)記錄，并計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的視電阻率值。借助計(jì)算機(jī)對(duì)蘊(yùn)含有各種地質(zhì)體信息的視電阻率剖面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、解釋及成圖，得出剖面地下電性層的空間分布特征，通過(guò)結(jié)合有關(guān)資料進(jìn)行綜合分析視電阻率剖面的異常情況，推測(cè)解釋勘探測(cè)線位置地層是否存在不良地質(zhì)體（構(gòu)造破碎帶、空洞、軟弱夾層等）。大地電磁法（EH4）又稱電磁成像系統(tǒng)，是由美國(guó)EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合研制的一種大地電磁測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了天然信號(hào)源與人工信號(hào)源的采集和處理。其方法原理與傳統(tǒng)的大地電磁法一樣，深部信息通過(guò)天然背景場(chǎng)源成像，其頻率為10Hz～100kHz；而淺部構(gòu)造除了天然背景場(chǎng)源，通過(guò)一個(gè)新型的便攜式低功率發(fā)射器發(fā)射1kHz～100kHz人工電磁信號(hào)，以補(bǔ)償高頻天然信號(hào)的不足，從而提高了所采集數(shù)據(jù)的可靠性和分辨率。由電磁場(chǎng)理論可知，假設(shè)大地是水平介質(zhì)，當(dāng)天然電磁場(chǎng)信號(hào)垂直入射到大地介質(zhì)中時(shí)，大地介質(zhì)中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，則在地面上可觀測(cè)到相互正交的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量，通過(guò)計(jì)算可確定介質(zhì)的卡尼亞電阻率值。

2工程背景

本工程為輸水管道隧洞工程，隧洞全長(zhǎng)0.974km。工程所在地地形崎嶇陡峭，地質(zhì)復(fù)雜多變，且大部分隧洞段位于灰?guī)r區(qū)域，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。隧洞開(kāi)挖范圍內(nèi)溶洞、土洞發(fā)育情況對(duì)施工影響巨大，必須查明隧洞開(kāi)挖范圍內(nèi)的溶洞發(fā)育情況，然而傳統(tǒng)鉆孔作業(yè)難度大，人力成本高，且效果難以保證。擬建輸水隧洞沿線出露的地表水主要為基巖滲水和隧洞進(jìn)、出洞口處溪水。必須查明隧洞范圍內(nèi)是否存在地下暗河，否則施工將面臨非常大安全隱患。在地形地質(zhì)復(fù)雜的閩西北地區(qū)，隧洞工程的勘察異常困難，物探因其時(shí)效性、便捷性、無(wú)損等優(yōu)勢(shì)，能夠較準(zhǔn)確探明地下不良地質(zhì)情況，再加以合理的鉆探施工驗(yàn)證一定能達(dá)到事半功倍的效果。因此，本工程先進(jìn)行物探工作，再結(jié)合物探資料在部分可能發(fā)育溶洞的區(qū)域進(jìn)行鉆探加以驗(yàn)證[1]，進(jìn)而為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3物探工作布置

根據(jù)隧洞埋深及現(xiàn)場(chǎng)各種干擾條件決定采用大地電磁法（EH4）、高密度電法查明隧道洞身位置是否存在構(gòu)造斷層、巖溶發(fā)育等不良地質(zhì)體。大地電磁法（1000m）：選擇順側(cè)線方向作為X軸，然后垂直X軸方向?yàn)閅軸，沿X、Y方向布置兩組相互垂直的磁探頭和電極組，采用“十”字形方式布極。本次工作采用測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距20m，電極距20m。高密度電法（860m）：根據(jù)勘察工作的要求，本次工作電法測(cè)量?jī)x器使用的是重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所的WGMD-3高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)。本次工作采用溫納裝置，工作參數(shù)為每個(gè)排列電極60個(gè)，電極距10m，排列長(zhǎng)度600m。

4物探與鉆探成果對(duì)比分析

4.1物探成果。大地電磁法成果所示，里程K0+450、K0+640、K0+770、K0+900、K1+020處等值線橫向不連續(xù)，存在較明顯的低阻異常帶，異常形態(tài)近乎“掛面條”形狀。高密度電法成果所示，視電阻率剖面整體表現(xiàn)為北部視電阻率值較低，南部視電阻率值較高。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處閉合的低阻異常體。綜合大地電磁法及高密度電法分析，根據(jù)物探反演圖（見(jiàn)圖1），隧洞洞身物探成果：里程K0+470處推測(cè)存在一條構(gòu)造破碎帶F-1；里程K0+620～K0+720段推測(cè)存在巖溶發(fā)育，異常規(guī)模較大，向進(jìn)洞口方向深部延伸；里程K0+780～K0+860段推測(cè)存在巖溶發(fā)育或裂隙發(fā)育。此外，在低阻地段須查明是否有地下暗河的存在。具體情況應(yīng)結(jié)合地質(zhì)及鉆孔資料分析，建議在K0+480、K0+650、K0+810三處布設(shè)鉆孔，進(jìn)一步驗(yàn)證物探異常。4.2鉆探成果。本次勘察在工程地質(zhì)測(cè)繪和物探的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在輸水隧洞進(jìn)口、出口、洞身共布置勘探點(diǎn)17個(gè)（編號(hào)SK1～SK17）。其中，控制性鉆孔8個(gè)，一般性鉆孔9個(gè)（取土式樣鉆孔15個(gè)，原位測(cè)試孔14個(gè)）。隧洞洞身按50～150m間距布設(shè)鉆孔，隧洞洞口及橫斷面按20m左右間距布置鉆孔。其中SK8（里程K0+660）、SK9（里程K0+700）、SK10（里程K0+800）為異常區(qū)驗(yàn)證孔。工程地質(zhì)剖面圖如圖2。圖2工程地質(zhì)剖面圖布置在物探反演異常區(qū)的三個(gè)驗(yàn)證孔（SK8、SK9、SK10）均發(fā)現(xiàn)大小不一的土洞，充填物為軟塑～可塑的粉質(zhì)黏土，與物探反演成果圈定異常較為接近，深度范圍上略有偏差。土洞發(fā)育情況如下：①SK8號(hào)鉆孔，80.90～90.10m為充填軟塑含角礫粉質(zhì)黏土；②SK9號(hào)鉆孔，78.80～89.30m為充填軟塑含角礫粉質(zhì)黏土；③SK10號(hào)鉆孔，89.90～102.30m為充填軟塑～可塑含角礫粉質(zhì)黏土。在K0+660段隧洞位于土洞范圍內(nèi)，需進(jìn)行有效的洞頂模板支撐；K0+700段隧洞位于土洞下方，之間間隔約6m的中微風(fēng)化灰?guī)r，可只需進(jìn)行噴漿處理；K0+800位于土洞范圍內(nèi)，須上下均用模板進(jìn)行支撐才能成洞。此外在物探的低阻地帶進(jìn)行的鉆孔并未發(fā)現(xiàn)有地下暗河的發(fā)育?，F(xiàn)場(chǎng)隧洞開(kāi)挖已進(jìn)場(chǎng)約500m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，在隧洞里程K0+580處發(fā)現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)度約30m、直徑約3m的土洞，有滴水現(xiàn)象，填充物為可塑粉質(zhì)黏土。在里程K0+620～K0+700處遇到零星溶洞、土洞填充物為流塑～軟素粉質(zhì)黏土，有小面積水洞。揭露少量積水裂隙，尚未發(fā)現(xiàn)地下暗河。4.3對(duì)比分析。本工程根據(jù)工程情況、灰?guī)r地質(zhì)特點(diǎn)選擇大地電磁法進(jìn)行探測(cè)，反演后發(fā)現(xiàn)存在多個(gè)異常區(qū)，甚至在砂巖段亦存在溶洞異常反應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)物探人員對(duì)周圍干擾進(jìn)行梳理后判定是隧洞頂端高壓線對(duì)結(jié)果造成了干擾[3]。因此，又增加了高密度電法進(jìn)行探測(cè)，結(jié)合兩種方法進(jìn)行判定，排除干擾，劃定可能存在溶洞發(fā)育異常區(qū)，為鉆探鉆孔布置提供了依據(jù)，鉆探也佐證了本次物探工作較為準(zhǔn)確，為工程設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

5結(jié)論

討論了物探法原理及適用范圍，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程案例，驗(yàn)證了物探法的可靠性和先進(jìn)性，主要結(jié)果如下：（1）在較大型溶洞、土洞發(fā)育地段，物探資料對(duì)土洞、溶洞較為準(zhǔn)確，SK8號(hào)鉆孔揭露的土洞在物探異常范圍內(nèi)，但高程存在一定偏差，SK10溶洞范圍較物探異常區(qū)域范圍明顯較小。（2）現(xiàn)場(chǎng)具有高壓線等電信號(hào)干擾時(shí)，電法受到較為明顯的干擾，須進(jìn)行識(shí)別，否則易出現(xiàn)判定錯(cuò)誤。（3）灰?guī)r與砂巖具有明顯的電阻差異，可以根據(jù)電阻值進(jìn)行定性的巖性劃分，對(duì)設(shè)計(jì)施工具有一定指導(dǎo)作用，灰?guī)r范圍內(nèi)的低阻是因?yàn)榘l(fā)育東溶洞填充物含較多水分。若場(chǎng)地的灰?guī)r無(wú)填充物，則灰?guī)r會(huì)呈現(xiàn)高阻。砂巖呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，這個(gè)應(yīng)該在物探工作之前進(jìn)行一個(gè)測(cè)試。（4）卡斯特地區(qū)勘察工作難度大，成本高，結(jié)合物探進(jìn)行指導(dǎo)勘察、設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的方向。

參考文獻(xiàn)

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[3]顧寶和,曲永新,彭濤.劣質(zhì)巖（問(wèn)題巖）的類型及其工程特性[J].工程勘察,2006(1):1-7.

作者:周先強(qiáng) 單位:福建省華廈能源設(shè)計(jì)研究院有限公司