工程物探法在浙江天公山隧道勘察中應用研究

劉萃+沈國棟

摘要：天公山隧道穿越位于浙江省義烏市后宅街道嶺腳村和毛店橋頭之間的山體中，杭金衢高速公路的西側約300m左右，軸線與杭金衢高速公路近于平行。隧址區(qū)地形起伏較大，地貌上屬構造剝蝕低山、丘陵，大部分基巖裸露，覆蓋層較薄。本次勘察主要利用高密度電阻率法，地震折射法，地震反射波法三種工程物探法對天公山隧道工程地質特性進行研究，為工程選址與施工提供科學依據。

關鍵詞：工程物探法；浙江天公山隧道；勘察；應用研究

1.地質與地球物理特征

1.1地質特征

據義烏市1∶5萬地質圖資料結合鉆探、地質調繪，隧址區(qū)分布的地層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）主要為含碎石粉質黏土，基巖為上侏羅統(tǒng)勞村組第二段（J3l2）巖性主要由灰紫色、淺灰色流紋質晶玻屑熔結凝灰?guī)r、流紋質玻屑熔結凝灰?guī)r組成，局部夾流紋質晶玻屑凝灰?guī)r、流紋質玻屑凝灰?guī)r、凝灰質角礫巖、沉凝灰?guī)r等；上侏羅統(tǒng)大爽組第一段（J3d1）巖性為由灰色礫巖、砂礫巖與灰紫色含礫砂巖、紫紅色粉砂巖等組成。本區(qū)處于江山-紹興深斷裂北西邊緣雙尖破火山內，區(qū)域上北東向斷裂較發(fā)育，航衛(wèi)片線性影像清楚。區(qū)內主要發(fā)育2條（F1、F2）斷裂，為分水塘-大陳斷裂帶主干斷裂的組成部分。F1斷裂：斜貫區(qū)內中部偏北西一帶，走向NE40°，區(qū)內延伸長>1km，斷面傾向南東，傾角50°～70°，局部發(fā)育構造透鏡體、構造角礫巖、構造劈理、片理，顯示多期不同性質的特點。F2斷裂：分布于區(qū)內南東，走向NE40°，區(qū)內延伸長>350m，斷面傾向南東，傾角70°，力學性質為壓扭性。

1.2地球物理特征

通過本次物探勘查，結合前人工作經驗，勘查區(qū)范圍內各類巖石等目標體的視電阻率ρs、縱波速度νp詳見表1。

2.物探觀測裝置和參數

2.1高密度電阻率法

本次勘查采用偶極觀測裝置。偶極裝置也就是對稱四極電阻率測量裝置，A、B作為供電電極，M、N為測量電極，本次采用等比裝置，MN與AB的比，控制在1/3～1/30的范圍利用直流電場理論和均勻地下半空間電場分布規(guī)律，來研究某一層深度的電阻率變化規(guī)律。隨著間隔系數n的逐漸增大，電極間距也均勻拉開，探測深度也隨著層層往下增大，最終由計算機自動繪成呈倒梯形的斷面彩圖。野外實際工作，取最小間隔系數1，最大間隔系數27，點距9.0m，一個排列由80個電極組成，剖面長度711m；工作電壓180V～270V。

2.2地震反射波法

地震反射波法勘探采集參數：總道數24道，道距2.0m，偏移距6.0m，采樣間隔100μs，采樣點數2048點，頻率上限4000Hz，頻率下限80Hz，震源采用24磅榔頭敲擊鐵板激震。采用共炮點、3次覆蓋、12道觀測的觀測系統(tǒng)觀測，用驕佳技術公司的反射波處理軟件分析處理。a—a剖面，起點坐標X=3251254.2，Y=207235.8，終點坐標X=3251377.8，Y= 207310.0。都在一個坡上，同向軸連續(xù)可追，旅行時t0在24～ 30ms間，推斷是微風化基巖面的反映，只在靠近溝底，同向軸稍有變動，推斷受F1斷裂影響。b—b剖面，起點坐標X= 3251996.0，Y=207680.7，終點坐標X=3252344.2，Y= 207889.5。由于地形上下起伏太大，處理結果很差。

2.3地震折射法勘探

經野外試驗，地震折射波法采集參數：道數12道，道距5.0m，偏移距20.0m，采樣間隔500μs，采樣點數1024點，頻率上限4000Hz，頻率下限0.1Hz，震源采用24磅榔頭敲擊鐵板激震。采用相遇追逐觀測系統(tǒng)觀測，用t0差數時距曲線法分析、繪制折射界面。

3.工程物探成果解釋

3.1物探異常的推斷依據

（1）視電阻率異常特征：視電阻率曲線色帶均勻，變化緩慢，反映地下介質較均勻或層面較連續(xù)；如果呈高阻，則說明巖性較完整；如果呈相對的低阻，則說明基巖風化層有一定厚度。若在高阻、變化均勻的視電阻率曲線上出現雜亂、孤立的相對低阻異常或視電阻率異常出現明顯的梯度帶，則說明巖性較破碎或發(fā)育斷層。淺部孤立的相對高低阻異常一般為覆蓋層引起。

（2）折射波時距曲線特征：低波速對應第四系、全風化層厚或基巖破碎，高波速對應風化弱、基巖完整。

（3）同向軸連續(xù)、可追索，表面基巖完整；同向軸錯斷、尖滅或存在繞射弧，表明發(fā)育斷裂構造或巖溶等。

3.2工程物探成果解釋

（1）軸線

工程物探地質縱剖面（設進洞口--坐標：X=3251280.2，Y=207251.5為隧道起點，里程0。下同）。①0+000～0+025段25mⅣ級：第四系（全風化層）～強風化層厚1.5～2.0m，νp<700m/s，ρs<200Ω·m；中～微風化層νp>3000m/s，ρs= 800～2000Ω·m。隧道通過第四系（全風化層）～強風化層，施工時要做好防水、止水措施。隧道埋置較淺，受f1斷裂影響，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級圍巖。②0+025～0+345段320mⅡ～Ⅲ級：第四系（全風化層）～強風化層厚1.0～2.0m，νp<700m/s，ρs<500Ω·m；中～微風化層νp>3000m/s，ρs=800Ω·m～2000Ω·m。地下水主要為基巖裂隙水，隧道穿越中～弱風化層，圍巖穩(wěn)定性較好，為Ⅲ級圍巖。③0+345～0+375段30mⅣ級：J1節(jié)理密集帶，寬3m～5m，視電阻率ρs<500Ω·m；地下水為基巖裂隙水，可能有線狀滲水現象；圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級圍巖。④0+375～0+540段165mⅡ～Ⅲ級：第四系（全風化層）～強風化層厚0.5m～2.0m，νp<700m/s，ρs<500Ω·m；中～微風化層νp>3000m/s，ρs=800Ω·m～2000Ω·m。地下水主要為基巖裂隙水，隧道穿越中～微風化層，圍巖穩(wěn)定性較好，為Ⅲ級圍巖。⑤0+540～0+590段60mⅣ級：J2節(jié)理密集帶，寬3m～5m，視電阻率ρs<500Ω·m；地下水為基巖裂隙水，可能有線狀滲水現象；圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級圍巖。⑥0+590～0+955段365mⅡ～Ⅲ級：第四系（全風化層）～強風化層厚0.5～2.0m，νp<700m/s，ρs<500Ω·m；中～微風化層νp>3000m/s，ρs=800Ω·m～2000Ω·m。地下水主要為基巖裂隙水，隧道穿越中～微風化層，圍巖穩(wěn)定性較好，為Ⅱ～Ⅲ級圍巖。⑦0+955～1+156段201mⅣ級：F2斷裂發(fā)育帶，寬8m～15m，視電阻率ρs<500Ω·m；地下水為基巖裂隙水，可能有線狀滲水現象；隧道埋置較淺，受F2斷裂影響，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級圍巖。endprint

（2）隧道進洞口

B—B（里程0+007）工程物探地質橫剖面長110m。第四系（全風化層）～強風化層厚0.5m～1.5m，νp<700m/s，ρs<500Ω·m；中～微風化層νp>3000m/s，ρs=800～2000Ω·m。隧道埋置淺，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級圍巖。

（3）隧道出洞口

D—D′（里程1+155）工程物探地質橫剖面長110m。第四系（全風化層）～強風化層厚1.0m～2.5m，ρs<500Ω·m；中～微風化層νp>3000m/s，ρs=800～2000Ω·m。隧道埋置較淺，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級圍巖。

4.結論與建議

（1）通過本次物探勘查，在隧址區(qū)內發(fā)現F1、F2二條斷裂和J1、J2二條節(jié)理帶。F2斷層與隧道呈小角度相交，對隧道施工影響較大；F1、J1、J2等構造對隧道影響不大。

（2）隧址區(qū)屬剝蝕低山地貌，出露巖性主要為第四系殘坡積含碎石黏性土、上侏羅統(tǒng)勞村組二段（J3l2）玻屑凝灰?guī)r。

（3）查明了隧址區(qū)第四系殘坡積蓋層厚度和基巖垂向分帶情況。按風化程度不同，隧址區(qū)基巖可分為強風化層、中～微風化層。

（4）隧址區(qū)抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g。區(qū)域穩(wěn)定性良好。

（5）劃分了隧址區(qū)圍巖類別。隧道全長1156m，其中Ⅱ～Ⅲ類圍巖長850m，占隧道總長的73.53%；Ⅳ類圍巖長306m，占隧道總長的26.47%。

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