物探技术在高速公路深埋隧道勘查中的应用研究

卫刚金　章招兴

[摘要]长期以来,国内外在深埋隧道的物探工作中并没有形成一种比较完善的理论和方法,紧紧结合当前高速公路建设发展过程中穿过深埋隧道中的一系列问题,结合具体工区情况,根据在隧道工程物探的生产实践,经过分析与总结得出,隧道工程物探应用有着很强的针对性和适应性。

[关键词]物探技术高速公路深埋隧道勘查

中图分类号:TU6文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710106-01

在高速公路深埋隧道勘察设计以及施工过程中,经常会遇到不良地质现象,如活断层、岩溶和滑坡等,这些地质病害会对高速公路建设产生极大的危害,因而深大长隧道的地球物理宏观预测是当今工程界有待解决的重大前沿课题。为了查明隧道通过地段构造、岩性的分布,对高速公路中的某隧道沿推荐C线轴线贯通,进行以可控源音频大地电磁测深(CSAMT)为主、结合高密度的物探工作,物探工作具体目的是:(1)查明隧址区地层岩性、地质构造的分布;(2)重点查明隧道轴线方向已知断层、推断断层及不同岩性接触带在地表的位置、产状及规模;(3)探明隧址区内非断层所致的挤压破碎带的位置,查明从地表向下延伸至隧道设计高程范围内的断层及不良地质体的延伸深度及宽度变化范围;(4)了解隧道轴线上断层及破碎带的相对富水程度;(5)为钻孔布设提供技术依据,为后续勘察工作提供建议。

一、隧址区自然地理、地层、构造及地球物理特征

隧道穿越岭脊海拔3225m,山势险峻,槽谷陡直深切,山脊北端走向为北西向,南端转为近南北向。线路穿越地段地形陡峭,多陡崖急坡,平均坡度达30-45度,局部超过45度,沟坡多陡崖跌水。隧址区相对高差约2000m,冲沟发育,沟谷狭窄,沟床坡降较大,沟心遍布漂卵石、大滚石,沟口常见洪积及冰债堆积,物探测线布置极为困难。隧址区岭脊东侧森林茂密,以高大乔木为主,植被覆盖率超过85%,西侧森林较茂密,以灌木、杂草为主,植被覆盖率超过65%,植被常形成遮天盖地之势,地表多为饱水的残叶腐植土,进入其间,通行艰险,一般人无法识别方向和地物。隧址区第四系松散堆积层较为发育,基岩露头较少,基岩出露处多为悬崖绝壁,难以攀登,加之区内无居民、无道路通行,人迹罕至,物探工作和地质调查极为艰难。

二、所用主要物探方法及测线布置

(一)主要选用方法

由于隧址区各种岩层电阻率有一定差异,而各类正常岩体与不良地质体电性参数差异很大,为隧道埋深较深,本次物探工作主要方法为可控源音频大地电磁测深(CSAMT)。为了对该方法的成果进行检查核对,又在主要异常如断层和岩性分界处采用高密度电阻率成像法探测、氡射气探测方法进行了探测。

(二)测线布置

本次物探高密度电阻率成像法探测布置了2条剖面,其中出口端沿隧道轴线剖面布置在CYK63+400-CYK64+670段,与CSAMT探测剖面重合了400m。剖面长1270m,点距10m,共布置电极128个,探测深度3SOm;辅助剖面布置在线路CYK63+500-CYK64+770段左侧400m左右,剖面长1270m,点距10m,共布置电极128个,探测深度350m。由于隧道进口端及岭脊段地表遍布漂卵石、大滚石,且多为饱水的残叶腐植土,无法进行氡气测量,将氧气探测剖面沿隧道轴线布置在了CYK62+510-CYK64+680段地表,按l0m点距探测了243个点,实际剖面长度为2130m。CSAMT探测共完成探测剖面9.4km,其中沿C方案右线隧道轴线贯通的主剖面长8.0km(CYKSS+900-CYK56+900段因受地形、地貌条件限制无法布置测线、测点,未能进行物探工作),按50m点距布置测深点,在断层、构造破碎带或岩层接触带等重点异常带附近点距加密为25m,合计布置了28个CSAMT排列,共1%个CSAMT测深点;出口端辅助剖面布置在线路CYK63+630-CYK65+030段右侧500m左右,剖面长1.4km,布置了4个50m点距的CSAMT排列,共28个CSAMT测深点。

三、物探成果

从隧道CYK54+800-CYK64+680段电阻率分布剖面可看到,除局部断层带和出口端电阻率较低外,整体以高阻为主,一般大于1000·m,最高的超过2500·m,以CYK62+000附近为界,沿线路方向隧道进口端围岩的电阻率比出口端高,断层带围岩电阻率为100-800·m,物探成果资料反映隧道区域发育具有一定规模的断裂11条,对于专项地质调查资料上已有的F5,F6,F:等三条断层在物探成果中都得到了验证。根据隧道围岩电阻率的分布和反演处理成果,参考地质资料并结合地质调查结果综合分析,物探成果新发现的8处异常带可能是断层或构造破碎带。

从隧道CYK54+800-CYK64+680段电阻率分布剖面可看到,除局部断层带和出口端电阻率较低外,整体以高阻为主,一般大于1000·m,最高的超过2500·m,以CYK62+000附近为界,沿线路方向隧道进口端围岩的电阻率比出口端高,断层带围岩电阻率为100-800·m,最低的小于50·m。物探成果资料反映隧道区域发育具有一定规模的断裂11条,对于专项地质调查资料上已有的F5,F6,F:等三条断层在物探成果中都得到了验证。根据隧道围岩电阻率的分布和反演处理成果,参考地质资料并结合地质调查结果综合分析,物探成果新发现的8处异常带可能是断层或构造破碎带。

隧道穿越的地层相对较为简单,主要为震旦系下统上段流纹岩,隧道出口端局部有震旦系上统上段灯影组白云岩分布,仅在出口段有厚层第四系地层。流纹岩:隧道CYK54+795-CYK64+050段围岩为震旦系下统上段的流纹,岩石致密、坚硬,属硬质岩,其工程性质较好。CYK54+795-CYK62+000段流纹岩电阻率较高,以大于2000·m为主,而CYK62+000-CYK64+050段流纹岩电阻率比进口端低,为1000-2000·m,根据地质调查分析这是由于两方面的原因造成的,一方面原因是出口段流纹岩气孔、杏仁状构造和柱状节理较为发育,而进口段流纹岩气孔、杏仁状构造发育较少,节理裂隙不发育,岩石更加致密完整;另一方面是因为出口段断裂构造比较发育,受其影响,该段岩层构造裂隙比较发育。白云岩:隧道CYK64+050-CYK64+510段围岩为震旦系下统上段灯影组白云岩,岩石致密、坚硬,中一中厚层,溶蚀现象不明显,工程性质较好,电阻率值大于1000·m,在断层带附近围岩较为破碎,电阻率降至400-1000·m。第四系地层:第四系地层主要分布在出口段,CYK63+500-CYK64+510段第四系厚度大,局部超过100m。表层覆盖的洪积和坡积物较为松散,充填不密实,电阻率值为800-2000·m;其下部以冰债为主,洪积层次之,较为密实,电阻率值为100-600·m。

四、结论

利用高密度电法和CSAMT法相互结合,在高速公路深埋隧道勘察中取得了较为理想的效果,但是由于CSAMT法和高密度电法都不能提供岩体波速,且局部具有多解性,工作中应尽量采用多种勘察手段,并用少量钻孔加以验证,使地质成果更接近实际情况。氡是一种放射性气体,是地下深部放射性元素衰变的产物,溶于水。当岩石裂隙发育且连通性较好时,氡气才能运移至地表附近,并在地表覆盖层中富集,当有地下水存在时运移

条件更好,氡的浓度就会增高,断裂带往往具有上述特征,由于该方法成本较低,也不失为一种较好的辅助方法。

参考文献:

[1]李建国、蔡林根、吕秀杰,综合物探在孟良山隧道勘察中的应用,勘察科学技术,2006,4:57-60.

[2]李大心,地球物理方法综合应用与解释,武汉:中国地质大学出版社,2003.

[3]肖克华,综合物探在宋家湾隧道工程勘查中的应用,资源环境与工程,2006,20(1):64-66.

作者简介:

卫刚金(1962-),男,安徽省煤田地质局第二勘探队,物探工程师,研究方向:物探。