隧道地面塌陷区综合物探技术的研究分析

房俊超

(中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原 030024)

随着我国铁路大规模建设及电子计算机技术的发展，隧道工程中的物探技术也随之提高和拓宽，许多新技术、新方法如探地雷达技术、面波勘探技术、高密度电法、高密度地震影像法技术等都在实践中取得了良好的应用效果，在隧道断层、软弱破碎带、溶洞、涌水涌泥等问题勘察中发挥着愈来愈重要的作用。论文以沈丹客专于家岭隧道工程为例，针对工程地面塌陷问题开展综合物探技术研究，清晰揭示了不良地质体，有效查明了地面的塌陷原因。

1.沈丹客运专线于家岭隧道工程概况

沈丹客运专线于家岭隧道穿越辽东低山区，隧道起讫里程为DK110+560－DK115+235，全长4675m。洞身最大埋深约276m，最小埋深约25m，沿线地形起伏较大。隧道范围内丘间沟谷内表层多为第四系上更新统坡残积 (Q3d1+e1)粗角砾土覆盖，隧道洞身通过地层主要为元古代辽河群里尔峪组 (Ptlhlr)大理岩、大石桥组 (Ptlhlr)大理岩及盖县组 (Ptlhlr)板岩等地层。

2.地面塌陷及隧道施工概况

2.1地面塌陷概况

2013年7月19日－7月24日间，本地发生数次较强降雨，于家岭隧道线路上方及附近地面陆续发生塌陷现象。地面塌陷主要出现在DK114+300－DK114+700隧道两侧的村庄及耕地内，距隧道中线垂直距离最远达69.3m。各地面塌陷坑均发生在隧道开挖过后一定时期内，并集中出现在较强降雨期间。大部分塌陷分布在低注地段的冲沟附近，个别塌陷发生在沟谷一侧的缓坡地带。据调查和村民反映，居民房屋区未见塌陷及房屋裂缝。典型塌陷坑主要塌陷特征如图1和图2所示:

2．2隧道施工概况

地面塌陷区分布与隧道线路距离较近，因此，对隧道施工中出现的问题进行了调查。调查发现，2012年5月及7月，于家岭隧道掌子面分别施工至里程DK114+552和DK114+535时，掌子面右侧均出现溶洞，第一次洞宽2m，洞高4.5m，洞深3.9m。充填松散状泥砂及少量块石，直径为0.1－0.4m，最大块径0.6m，有少量的浑浊的地下水沿洞壁流出。第二次溶洞宽约4.5m，面向掌子面深约3m，高约5.5m。对出现的溶洞采用了引排水、混凝土回填、注浆等处理措施，但由于持续降雨，水量比较大，且此段为浅埋段，受地面降水补给影响较大，溶洞塌腔体内充填物及洞顶松散体继续塌落涌出，至2012年6月18日塌落才基本稳定，溶洞顶塌方高度约15m，并有大量出水。如图3图4所示:

3．综合物探技术勘察的应用分析

为了查明草祁公路与于家岭隧道交叉处及附近公路路基的安全隐患区域，同时查明房屋周边是否会产生岩溶坍陷，危及房屋安全，开展了于家岭隧道附近地面塌陷探查的物探工作。

3．1物探工作布置

根据该区域地形、岩性及地下水补给充足等特点，采用高密度电法、地质雷达法、地震映像法及激发极化法开展了综合物探勘察工作。野外使用AGI高密度电法仪和SIR－20地质雷达 (100MHz天线)、NZ－72地震仪、GDD激电仪开展采集工作。高密度电极装置类型为反向斯伦贝谢及偶极装置，电极距为2m，每个排列108－144根电极，设计勘探深度40m左右，供电时间1.2s。地质雷达采样长度300ns，10m一个标记。地震映像法采用60Hz检波器，点距1m，偏移距1m0激发极化法采用偶极一偶极装置开展工作，方波形式供电，供电时长2m，信号供电周期8s，供电电流大于0.5A。

3．2综合物探勘察成果

结合现场地形、地面特征及已知资料对各测线进行分析，从物探剖面上共发现高密度电法异常6处、探地雷达法异常17处、地震映像法异常29处、激发极化法异常6处。根据物探成果，物探异常主要分布在沟谷低注地带，沿冲沟两侧条形区域和在已发生塌陷的区域内分布频次相对较高，尤其在DK114+570附近草祁公路与隧道交叉地段及DK114+600处隧道中线东侧高家堡村7户居民院落附近物探异常较为明显。物探异常主要解释为溶蚀裂隙发育区和塌陷区异常。

根据物探成果，在异常区域布置了钻探，通过钻探揭示物探异常处钻孔岩心多为块状和短柱状，说明岩溶裂隙相对较发育，而揭示出溶洞的13－ZBD－505和13－ZBD－506等两钻孔均在沟谷低注地带，属物探异常明显且塌陷坑出现频次较高的区域，这也证实了地面塌陷多发育在沟谷内溶蚀裂隙及溶洞较为发育的地段。

4．隧道工程地面塌陷原因分析

通过现场调查、综合物探勘察及钻探成果，初步分析了塌陷原因，分析表明:

(1)隧道开挖之前，此地从未发生过地面塌陷，而隧道开挖以后，地面塌陷才成群地发生，这说明地面塌陷的发生确与隧道施工存在一定的联系。

(2)地下水位较高，地面水主要沿河床以溪流的形式向下游排泄，地下潜流发育较弱，对土体的潜蚀作用也相对较弱，很难形成较大规模的土洞和地面塌陷。

当隧道开挖以后，地下水向隧道内排泄，导致地下潜水位降低，在岩溶裂隙、溶洞发育地段，形成较为集中的排水通道，并使地下水与地面径流联通，形成地下潜流。随着时间的推移和隧道的不断排水，地下潜流在流经的土石分界处将土体逐渐冲蚀带走而形成土洞。在集中降雨期间，地面径流和地下潜流突然增强，对土体的冲蚀作用明显加剧，土洞迅速扩大。加之降雨对土体的软化作用，从而导致地面塌陷在较强降雨期间成群发生。因此，可以推断，隧道施工开挖改变了地下水的流动及其水动力条件，汛期集中降雨加剧了地下水运动，故诱发了地面塌陷。

［1］韩松，刘黎东，张连伟．综合物探技术在铁路隧道勘察中的应用研究［J］．铁道勘察，2010，05:27－30．

［2］胡树林，陈煊．综合物探技术在油气管道隧道勘察中的应用 ［J］．工程勘察，2010，S1:633－639．

［3］占文锋，王强，贺学海．综合物探技术在跨地铁建筑场地地基勘察中的应用［J］．施工技术，2015，07:55－59．