综合物探地震折射波法及高密度电阻率法在隧道工程勘察中的应用

朱小朋

江西省地质局第五地质大队 江西 新余 338000

1 概述

由于我国地形错综复杂，交通线路不可避免穿越山岭等复杂地区，在隧道工程勘察过程中，由于常规勘察钻孔数量有限，若仅仅依靠钻探资料绘制工程施工地质剖面，对隧道的工程地质条件分析过于片面，对覆盖层厚度，隧道洞身围岩类别，构造和破碎带的位置、性质和特征难以达到全面的了解，且施工极易发生不良地质现象引发的安全事故。因此开展地震折射波法确定覆盖层的厚度，划分隧道洞身围岩分级，查找构造和破碎带的位置；结合高密度电阻率法，确定构造和破碎带的性质和特征，全面了解隧道不良地质体的分布，可以较好的弥补隧道工程勘察设计的不足并能取得良好的勘察应用效果。

2 方法原理

地震折射波法是研究在速度分界面上滑行波引起的震动，当地震波以临界角入射时，射线在速度分界面发生全反射，从而引起上边介质的挂点震动，并以某一角度返回地面，被地面检波器接收。该方法可以确定覆盖层的厚度，划分隧道洞身围岩分级，查找构造和破碎带的位置[1]。

高密度电阻率法广泛应用于工程勘察，基本原理属于直流电法。由于电极排列密度大，采集的断面视电阻率数据量大，对电性异常体的纵、横向分辨率高，能较直观反映地电二维断面。

3 资料处理与分析

3.1 地震折射波法

（1）数据处理流程

初至时间拾取→时距曲线绘制→地震解释→高程输入→折射界面绘制→地质解释→剖面输出。

（2）资料解释与分析

根据绘制的折射时距曲线，采用二层地球物理模型进行解释。第一层（覆盖层）其波速用单支时距曲线的直达波段的斜率来计算，第二层（基岩）则通过差数时距曲线来求取界面波速，基岩界面深度采用t。法求取。

3.2 高密度电阻率法

（1）数据处理流程

绘制等值断面图→使用二维反演软件进行反演拟合→抽取单点测深曲线进行基岩深度反演→结合等值断面图进行地质解释→形成解释剖面。

（2）资料解释与分析

综合解释步骤如下：

首先使用二维反演拟合，拟合结果图作为地质解释的参考资料。根据实测剖面数据抽取测深曲线，对测深曲线，给出初步物理模型，然后进行反复正反演拟合。再结合各测段平面等值断面图及现场地质资料，绘出物探地质解释断面。

4 工程实例分析

以某隧道工程勘察为例：该隧道设计双洞单线，隧道起止K0+665～K1+210,全长545米，基岩主要为花岗岩，隧道最大埋深约90米，局部处于浅埋段，钻探过程发现存在破碎带。本次勘察目的是查明隧道上方覆盖层厚度，划分隧道洞身围岩分级，查找构造和破碎带的位置、性质和特征。高密度电阻率法沿左线隧道轴线ZK0+650～ZK1+250及右线隧道轴线YK0+650～ZK1+250布设[2]，地震折射波法沿左线隧道轴线ZK0+660～ZK1+215及右线隧道轴线YK0+660～ZK1+215布设，各测点点距均为5米(详见图1)。

图1 高密度电阻率法及地震折射波法测线布置平面示意图

（1）隧道左线ZK0+665～ZK1+210段

左线ZK0+660～ZK1+250段布设的地震折射波法资料（详见图2）显示:该段覆盖层厚度变化较大，厚度3.3～23.0m。ZK0+660～+834段基岩纵波波速4600m/s～4650m/s；ZK0+834～+894段基岩纵波波速2250～2450m/s；ZK0+894～ZK1+100段基岩纵波波速4050～4250m/s，ZK1+100～+215段基岩纵波波速3750m/s。

图2 隧道左线ZK0+660～ZK1+215段地震折射时距曲线图

左线ZK0+650～ZK1+250段布设的高密度电阻率法资料（详见图3）显示：隧道标高附近围岩电阻率值整体上分布在800～5000Ω·m之间。地表里程ZK0+835～ZK0+870段电阻率特征出现条带型低阻异常，推测为断裂破碎带F1，倾向大里程方向，视倾角约55～65度，断裂破碎带F1影响带宽约55m，与洞身相交里程为ZK0+845～ZK0+900段。

图3 隧道左线ZK0+650～ZK1+250高密度电阻率法电阻率等值线图

综合地震折射波法与高密度电阻率法绘制了隧道左线ZK0+665～ZK1+210的物探地质断面图（详见图4），断面图精细反映了该隧道左线覆盖层的埋深情况，围岩分级及构造破碎带的位置及特征。

图4 隧道左线ZK0+650～ZK1+215段物探地质断面图

（2）隧道右线YK0+665～YK1+210段

左线YK0+660～YK1+250段布设的地震折射波法资料（详见图5）显示:该段覆盖层厚度变化较大，厚度6.8～30.5m。YK0+660～+840段基岩纵波波速4550m/s～4600m/s；YK0+840～+905段基岩纵波波速2200～2300m/s；YK0+905～ZK1+100段基岩纵波波速4050～4350m/s，YK1+100～YK1+215段基岩纵波波速3750m/s。

图5 隧道右线YK0+660～YK1+215段地震折射时距曲线图

右线YK0+650～YK1+250段布设的高密度电阻率法资料（详见图6）显示：隧道标高附近围岩电阻率值整体上分布在900～5000Ω·m之间。地表里程YK0+840～YK0+865段电阻率特征出现条带型低阻异常，推测为断裂破碎带F1，倾向大里程方向，视倾角约55～65度，断裂破碎带F1影响带宽约45米，与洞身相交里程为YK0+855～YK0+900段。

图6 隧道右线YK0+650～YK1+250高密度电阻率法电阻率等值线图

综合地震折射波法与高密度电阻率法绘制了隧道右线YK0+665～YK1+210的物探地质断面图（详见图7）[3]，断面图精细反映了该隧道右线覆盖层的埋深情况，围岩分级及构造破碎带的位置及特征。

图7 隧道右线YK0+660～YK1+215段物探地质断面图

5 结语

工程实践表明，在隧道工程勘察过程中采用综合物探地震折射波法及高密度电阻率法，可较全面的了解分析隧道工程的不良地质因素体，对隧道的施工设计及开挖方案优化提供重要技术支撑，明确了隧道区山体覆盖层厚度，隧道洞身的围岩分级，构造和破碎带的位置、性质及特征，对施工过程可能存在的不良地质风险明确了位置，可大大降低隧道开挖过程中不良地质引发的安全事故。因此，综合物探地震折射波法及高密度电阻率法在隧道工程地质勘察中具有良好的勘察效果且经济高效，应用前景较为广阔。