物探技術在高速公路深埋隧道勘查中的應用研究

衛剛金　章招興

[摘要]長期以來,國內外在深埋隧道的物探工作中并沒有形成一種比較完善的理論和方法,緊緊結合當前高速公路建設發展過程中穿過深埋隧道中的一系列問題,結合具體工區情況,根據在隧道工程物探的生產實踐,經過分析與總結得出,隧道工程物探應用有著很強的針對性和適應性。

[關鍵詞]物探技術高速公路深埋隧道勘查

中圖分類號:TU6文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710106-01

在高速公路深埋隧道勘察設計以及施工過程中,經常會遇到不良地質現象,如活斷層、巖溶和滑坡等,這些地質病害會對高速公路建設產生極大的危害,因而深大長隧道的地球物理宏觀預測是當今工程界有待解決的重大前沿課題。為了查明隧道通過地段構造、巖性的分布,對高速公路中的某隧道沿推薦C線軸線貫通,進行以可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)為主、結合高密度的物探工作,物探工作具體目的是:(1)查明隧址區地層巖性、地質構造的分布;(2)重點查明隧道軸線方向已知斷層、推斷斷層及不同巖性接觸帶在地表的位置、產狀及規模;(3)探明隧址區內非斷層所致的擠壓破碎帶的位置,查明從地表向下延伸至隧道設計高程范圍內的斷層及不良地質體的延伸深度及寬度變化范圍;(4)了解隧道軸線上斷層及破碎帶的相對富水程度;(5)為鉆孔布設提供技術依據,為后續勘察工作提供建議。

一、隧址區自然地理、地層、構造及地球物理特征

隧道穿越嶺脊海拔3225m,山勢險峻,槽谷陡直深切,山脊北端走向為北西向,南端轉為近南北向。線路穿越地段地形陡峭,多陡崖急坡,平均坡度達30-45度,局部超過45度,溝坡多陡崖跌水。隧址區相對高差約2000m,沖溝發育,溝谷狹窄,溝床坡降較大,溝心遍布漂卵石、大滾石,溝口常見洪積及冰債堆積,物探測線布置極為困難。隧址區嶺脊東側森林茂密,以高大喬木為主,植被覆蓋率超過85%,西側森林較茂密,以灌木、雜草為主,植被覆蓋率超過65%,植被常形成遮天蓋地之勢,地表多為飽水的殘葉腐植土,進入其間,通行艱險,一般人無法識別方向和地物。隧址區第四系松散堆積層較為發育,基巖露頭較少,基巖出露處多為懸崖絕壁,難以攀登,加之區內無居民、無道路通行,人跡罕至,物探工作和地質調查極為艱難。

二、所用主要物探方法及測線布置

(一)主要選用方法

由于隧址區各種巖層電阻率有一定差異,而各類正常巖體與不良地質體電性參數差異很大,為隧道埋深較深,本次物探工作主要方法為可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)。為了對該方法的成果進行檢查核對,又在主要異常如斷層和巖性分界處采用高密度電阻率成像法探測、氡射氣探測方法進行了探測。

(二)測線布置

本次物探高密度電阻率成像法探測布置了2條剖面,其中出口端沿隧道軸線剖面布置在CYK63+400-CYK64+670段,與CSAMT探測剖面重合了400m。剖面長1270m,點距10m,共布置電極128個,探測深度3SOm;輔助剖面布置在線路CYK63+500-CYK64+770段左側400m左右,剖面長1270m,點距10m,共布置電極128個,探測深度350m。由于隧道進口端及嶺脊段地表遍布漂卵石、大滾石,且多為飽水的殘葉腐植土,無法進行氡氣測量,將氧氣探測剖面沿隧道軸線布置在了CYK62+510-CYK64+680段地表,按l0m點距探測了243個點,實際剖面長度為2130m。CSAMT探測共完成探測剖面9.4km,其中沿C方案右線隧道軸線貫通的主剖面長8.0km(CYKSS+900-CYK56+900段因受地形、地貌條件限制無法布置測線、測點,未能進行物探工作),按50m點距布置測深點,在斷層、構造破碎帶或巖層接觸帶等重點異常帶附近點距加密為25m,合計布置了28個CSAMT排列,共1%個CSAMT測深點;出口端輔助剖面布置在線路CYK63+630-CYK65+030段右側500m左右,剖面長1.4km,布置了4個50m點距的CSAMT排列,共28個CSAMT測深點。

三、物探成果

從隧道CYK54+800-CYK64+680段電阻率分布剖面可看到,除局部斷層帶和出口端電阻率較低外,整體以高阻為主,一般大于1000·m,最高的超過2500·m,以CYK62+000附近為界,沿線路方向隧道進口端圍巖的電阻率比出口端高,斷層帶圍巖電阻率為100-800·m,物探成果資料反映隧道區域發育具有一定規模的斷裂11條,對于專項地質調查資料上已有的F5,F6,F:等三條斷層在物探成果中都得到了驗證。根據隧道圍巖電阻率的分布和反演處理成果,參考地質資料并結合地質調查結果綜合分析,物探成果新發現的8處異常帶可能是斷層或構造破碎帶。

從隧道CYK54+800-CYK64+680段電阻率分布剖面可看到,除局部斷層帶和出口端電阻率較低外,整體以高阻為主,一般大于1000·m,最高的超過2500·m,以CYK62+000附近為界,沿線路方向隧道進口端圍巖的電阻率比出口端高,斷層帶圍巖電阻率為100-800·m,最低的小于50·m。物探成果資料反映隧道區域發育具有一定規模的斷裂11條,對于專項地質調查資料上已有的F5,F6,F:等三條斷層在物探成果中都得到了驗證。根據隧道圍巖電阻率的分布和反演處理成果,參考地質資料并結合地質調查結果綜合分析,物探成果新發現的8處異常帶可能是斷層或構造破碎帶。

隧道穿越的地層相對較為簡單,主要為震旦系下統上段流紋巖,隧道出口端局部有震旦系上統上段燈影組白云巖分布,僅在出口段有厚層第四系地層。流紋巖:隧道CYK54+795-CYK64+050段圍巖為震旦系下統上段的流紋,巖石致密、堅硬,屬硬質巖,其工程性質較好。CYK54+795-CYK62+000段流紋巖電阻率較高,以大于2000·m為主,而CYK62+000-CYK64+050段流紋巖電阻率比進口端低,為1000-2000·m,根據地質調查分析這是由于兩方面的原因造成的,一方面原因是出口段流紋巖氣孔、杏仁狀構造和柱狀節理較為發育,而進口段流紋巖氣孔、杏仁狀構造發育較少,節理裂隙不發育,巖石更加致密完整;另一方面是因為出口段斷裂構造比較發育,受其影響,該段巖層構造裂隙比較發育。白云巖:隧道CYK64+050-CYK64+510段圍巖為震旦系下統上段燈影組白云巖,巖石致密、堅硬,中一中厚層,溶蝕現象不明顯,工程性質較好,電阻率值大于1000·m,在斷層帶附近圍巖較為破碎,電阻率降至400-1000·m。第四系地層:第四系地層主要分布在出口段,CYK63+500-CYK64+510段第四系厚度大,局部超過100m。表層覆蓋的洪積和坡積物較為松散,充填不密實,電阻率值為800-2000·m;其下部以冰債為主,洪積層次之,較為密實,電阻率值為100-600·m。

四、結論

利用高密度電法和CSAMT法相互結合,在高速公路深埋隧道勘察中取得了較為理想的效果,但是由于CSAMT法和高密度電法都不能提供巖體波速,且局部具有多解性,工作中應盡量采用多種勘察手段,并用少量鉆孔加以驗證,使地質成果更接近實際情況。氡是一種放射性氣體,是地下深部放射性元素衰變的產物,溶于水。當巖石裂隙發育且連通性較好時,氡氣才能運移至地表附近,并在地表覆蓋層中富集,當有地下水存在時運移

條件更好,氡的濃度就會增高,斷裂帶往往具有上述特征,由于該方法成本較低,也不失為一種較好的輔助方法。

參考文獻:

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作者簡介:

衛剛金(1962-),男,安徽省煤田地質局第二勘探隊,物探工程師,研究方向:物探。