高密度在隧道地质勘察中的应用研究

2018-05-07宋耀辉

建材与装饰 2018年17期

宋耀辉

（贵州新生代建材地质工程勘察院有限公司贵州贵阳 550008）

引言

南水北调工程中有许多隧道工程，物探作为一种经济快速的方法在隧道的勘察中具有重要作用，可查明覆盖层厚度、下伏基岩而埋深及起伏形态、构造破碎带等不良地质体的规模位置等，为隧道设计施工提供必要依据[1～2]。

对于隧道深度达到一定程度的大型工程来说，为保证埋设施工的准确性，则可以采取用音频大地电磁法进行地形、地质勘测，也可以利用可控源大地电磁法进行复验[3～4]，相比较来说，大地电磁法并不适用于深度较浅的隧道勘察，分辨率的降低将使得工程施工存在一定的风险，相对效果较好的地震法却需要大量的成本投入，且无法应对多山地区隧道勘验，因此，在一定深度的隧道施工勘验方面，高密度电法有着更为广阔的适用范围[5]。

本文以南水北调水利工程中的隧道施工项目为研究对象，分析高密度电法在实际使用中的技巧与注意事项，在数据的支撑下，能够对中大深度勘验过程中的低阻异常区域进行锁定，明确地质异常的具体因素，为后期隧道施工工艺的设计与调整提供依据。

1 高密度电法简介

1.1 方法原理

所谓高密度电阻率法，是指利用物体的导电性差异，在人工施加稳定电流作用的情况下，获取不同区域电流数据的变化情况，以此作为评估地下相关情况的依据[6]。近几十年来，高密度电阻率法在大量工程中的实践应用表明，该方法在判定地质情况方面有着较高的准确率，对区域地下资源开发、工程建设施工有着重要的作用[7～8]。

1.2 测量装置

此次针对中大深度地质勘验的数据采集实验电压为300V，在确保安全的情况下，采取单边三电极排列的形式，相邻电极的最小距离应≥5m。此设计能够实现对变断面地质结构的连续勘测，在实际测量过程中，B点相对于A点距离无穷大，在N、M保持固定的情况下，随着A点的移动，由左至右进行直线连续测量；然后，N、M、A同时在这一直线上向右移动一个电极的位置，同样保持N、M不动，继续移动A点，由左至右进行直线连续测量，经过多次重复测量，得到测量区域的矩形断面。具体过程如图1所示。

图1 三极观测系统示意图

2 区域地质地球物理特征

2.1 区域构造

工程区大地构造单元位于中朝准地台内的汾渭断陷盆地及秦岭褶皱系内的北秦岭褶皱系。区内主要构造有：口镇-官池断裂带、关中北山山前断裂、新集川-岐山-哑柏断裂、八渡-虢镇-铁炉子-三要断裂、油房沟-皇台断裂、唐藏-商南断裂。地质构造环境复杂，属区域构造稳定性较差的地区。

2.2 地层

工程区主要跨越中低山、渭河断陷盆地及黄土台塬三大地貌单元。主要出露太古界太华群、前震旦系宽坪群变质岩、燕山期花岗岩、第三系沉积岩及第四系松散堆积层。

2.3 岩性

此次隧道施工工程的位置在秦岭北侧山麓，特殊的地质结构导致该区域存在大量的花岗岩，除此之外，在秦岭主脊位置还存在着一定区域的混合岩类岩石，在长期的物理和化学作用下，形成了组成较为复杂的混合花岗岩石，因此，这也不难解释勘验区域内的花岗岩类型呈现出明显的时空分布规律。总体来看，秦岭地区的长期地质迁移方向属于西强东弱的形式，秦岭北段的侵入活动较为明显。经过多次反复测量之后，该地区岩石电阻率的结果如表1所示。

表1 几种岩石电阻率值的分布范围

根据表1的内容可以发现，其中电阻率较高的岩石为火成岩，位于第三系沉积岩的软页岩、硬页岩、砂岩电阻率偏低，基于这一特点的存在，使得高密度电法能够在此次地质勘验中使用，并将得到较为准确的勘验结果。

3 资料处理结果及解释

以明流方案9#隧洞-175～350m受水区（图2）与耿峪河3200～3700m受水区（图3）为说明对象，在该段布设了高密度电法剖面。为确保勘验结果的准确性，在确定剖面时，将其位置设定为第四系松散层，该区域岩石电阻率偏低，多为碎石壤土，且以下位置基岩的导电率偏低，有利于地质勘验工作的开展。

3.1 9#隧洞0-150-0+350受水区电阻率剖面解释

根据实地勘验的结果，该区域地表浅层多以洪积推机物为主，其中包含一定数量的卵石，层系导电率较高，以花岗岩为主要成分的基石起到了绝缘的效果，从勘测数据的纵向剖面图2（a）可以看出，随着勘验深度的增加，电阻率也在随之增加，基于地表浅层中的卵石因素影响，浅层电阻率也会出现陡增的现象，这一情况对实际勘测并无较大影响，较明显地反映了基岩上覆松散卵石层电性特征；桩号-175～-150m、-40～-10m、75～110m、170～220m、325～350m 处有多个低阻异常分布，电阻率值在100Ω·m以下，根据异常特征推断认为，低阻异常区为岩层裂隙发育区域，其富水性较好。将分界线确定为电阻率有低变高的梯度带上，水位线确定为表层电阻率降低的梯度带上，解释图见图2（b）。

图2 9#隧洞-175～350m高密度电法剖面图

3.2 耿峪河3200～3700m受水区电阻率剖面解释

解释同上，桩号 3225～3290m、3400～-3520m、3600～3700m 处有多个低阻异常分布，电阻率值在100Ω·m以下，根据异常特征推断认为，低阻异常区为岩层裂隙发育区域，其富水性较好。将地层分界线确定为电阻率有小变大的梯度带上，水位线确定为表层电阻率降低的梯度带上，解释图见图 3（b）。