高密度電法在隧道工程中的應(yīng)用

摘要：本文通過分析高密度電法的原理及施工工藝，結(jié)合隧道工程的實際應(yīng)用，說明高密度電法是適合在隧道工程中探測巖溶等不良地質(zhì)體，高密度電法具有以下優(yōu)點：成本較低、施工方便、效率高、易操作、信息豐富且解譯方便。高密度電法是一種探測巖溶等不良地質(zhì)體效果良好的物探手段，在今后的大型工程中值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高密度電法；大陽山隧道；CSAMT

1高密度電法的原理及工藝

高密度電法[5]是同典型的電阻率法的工作原理是一致的，都是以地下介質(zhì)間的導(dǎo)電差異性為前提條件的，且同時具備了剖面法與測深法的功能，與傳統(tǒng)的電阻率法不同的是高密度電法的關(guān)鍵在于觀測點的密度高，而且是一次布設(shè)的陣列勘探方法。

若排列電極的電極距不變，而記錄點位置移動時，即為電剖面法，測地電橫向變化；若排列電極的電極距變化，而記錄點位置不變時，即為電測深法，測地電垂向變化，數(shù)據(jù)采集完成后，將原始數(shù)據(jù)傳入電腦，通過高密度電阻率層析成像處理系統(tǒng)得到二維高密度電法電阻率反演斷面圖，供地質(zhì)解釋劃分地層、判斷異常，推斷出斷層、巖溶及采空區(qū)等的分布情況，為后續(xù)的設(shè)計施工提供地質(zhì)依據(jù)。

2工程概況及物理特征

研究區(qū)為擬建蘇州一隧道工程，是為了打破山體分隔，打通東西向通道，促進西部新城區(qū)的發(fā)展。該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)，滑坡、巖溶發(fā)育，為查明隧道線路段的斷裂、采空區(qū)及巖溶的分布情況，采用高密度電法進行勘探，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及其他勘探手段得到的資料，為工程的順利施工提供保障。

該工程共布置了7條高密度電法測線，分別在隧道進口處設(shè)置4條高密度電法測線（G1、G2、G3、G4）和出洞口處設(shè)置3條測線（G5、G6、G7），采用的是重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的120道DUK～2型高密度電法測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)對允許的最大接地電阻可以通過輸入預(yù)置終止條件參數(shù)來實現(xiàn)，減少了因電極引起的測量誤差，提高了測量數(shù)據(jù)可靠性。

該工程測線位置定位，采用JSCORS系統(tǒng)確定測線端點位置，在測線內(nèi)利用測繩量距確定點位。根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果分析，確定施工時一次性布設(shè)電極90～120根，電極距為5m，最小隔離系數(shù)為1，最大隔離系數(shù)為29，采用溫施2裝置做長測線觀測，利用轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動化。為使深部數(shù)據(jù)連續(xù)，采用疊加方式，保證本次N=29的數(shù)據(jù)連續(xù)性。工作中每相鄰排列有60根電極重復(fù)，最終獲得倒梯形斷面。之后利用儀器的RS232通訊功能傳人電腦，通過軟件處理得到電阻率反演圖，結(jié)合現(xiàn)場的地質(zhì)資料進行地質(zhì)解釋。

高密度電法的前提是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異，第四系覆蓋層、基巖和斷裂破碎帶、巖溶、采空區(qū)三者之間電性差異明顯。當基巖斷裂、破碎或者裂隙較發(fā)育并充填泥質(zhì)、水等雜物時，它與相對完整的基巖相比，呈低電阻率低波速物理特征；巖溶和采空區(qū)充填水和泥沙等一些低阻物體時表現(xiàn)為低阻，若沒有充填低阻體，而是空洞時表現(xiàn)為高阻異常，這為采用高密度電法查明是否存在斷層破碎帶、巖溶和采空區(qū)等不良地質(zhì)現(xiàn)象及推斷圍巖級別提供前提條件。

3應(yīng)用實例

高密度電法的地質(zhì)解釋是以電阻率反演斷面圖為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況，劃分層位，確定層位的地質(zhì)含義；仔細判讀異常特征，辨別真?zhèn)危瑓^(qū)分真假異常以達到探測判斷可能存在的斷層破碎帶位置、規(guī)模及是否存在采空區(qū)、巷道、滑坡、巖溶等特殊地質(zhì)現(xiàn)象。

3.1G1測線成果解釋

G1沿著隧道方向布置，位于擬建隧道工程西側(cè)，對應(yīng)里程樁為SK1+290～SK2+050，在SK1+550附近左右兩側(cè)電阻率差異較大，結(jié)合地質(zhì)資料，認為上部為堆積土及碎石層，下部為巖層，陽山逆掩斷層經(jīng)過此處。斷層西側(cè)電阻率較低，推測為二疊系棲霞灰?guī)r地層及巖溶的反應(yīng)，斷層?xùn)|側(cè)電阻率較高主要為茅山群砂巖和酸堿性巖脈的反應(yīng)。

3.2G3測線成果解釋

G3測線南北向布置，垂直隧道走向。從圖1中可以看出，電阻率總體比較低，是由于整條測線布置在石炭紀地層中，并上覆410m的第四系的緣故。第四系下方為石炭紀地層；該地層中出現(xiàn)低阻異常，認為是巖溶的反映，巖溶下方為石炭紀地層。

3.3G4測線成果解釋

G4測線垂直隧道走向布置，（如圖2）0200m淺地表高阻顯示，推測為石英閃長玢巖，厚約29m，測線150m左右兩側(cè)電阻率差別較大，0150m石英閃長玢巖下方低阻顯示，推測為巖溶引起。測線大號端主要是茅山群砂巖反映，在250350m之間，高程為約5m，有一水平狀低阻異常，可能為酸堿性脈巖的反映。該測線上的巖溶及酸堿性脈巖對隧道影響不大。

4結(jié)語

高密度電法是一種成本較低、施工方便、效率高、易操作、地電信息豐富且解譯方便的物探手段，技術(shù)較為成熟，自動化程度高，且后期軟件處理較方便，是一種值得推廣的物探手段。

作者簡介：李明（1989），男，漢族，本科，河南濮陽人，研究方向：主要研究地質(zhì)工程勘察及災(zāi)害防治。