高密度電法和CSAMT在衢州地區隧道選線勘察中的應用

楊小龍，吳 飛，羅海權

（江西有色地質勘查五隊，江西 九江 332000）

隨著交通出行的需要，我國交通網建設越來越向山區等施工難度大的地方發展，為了節約有限的土地資源，保護綠色生態環境，越來越多的線路選擇了隧道模式。衢州地區位于浙江省西部地區，地質條件復雜，地形起伏大，斷裂構造、巖溶發育，在隧道掘進過程中，如果前期未進行任何地質勘察工作而去盲目的開挖，很容易造成各種地質災害，如：巖爆、失穩塌方、涌水、突水、突泥、瓦斯爆炸等[1]。面對這些可能發生的這些地質災害，前期的勘察工作非常有必要，在隧道選線的工作中，采用物探、鉆探等相關工程技術對擬建隧道的地質條件進行前期勘察，為選線設計和后期隧道施工提供物探依據[2]。

淺埋隧道的物探方法較多，根據不良地質類型可以選用地震反射、折射、面波，高密度電法、電磁法等；深埋隧道由于埋深較深，目前比較成熟的方法有音頻大地電磁測深、可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）等方法進行勘探。不同的物探方法有不同的適用條件，如何根據不同的地質條件選用合適的方法是取得比較好的勘探效果的的關鍵。本文主要是以衢州205國道某擬建隧道為背景，通過運用高密度電法和CSAMT相結合的物探進行勘探[3]。

1 方法原理

1.1 高密度電法

高密度電阻率測深法（高密度電法）與常規的視電阻率測深相比其設置有較高的測點密度，一次可完成縱橫二維的測試，獲得豐富的地質信息。對野外采集的數據處理，可獲得高密度電法視電阻率斷面圖，由此劃分工區內巖土介質的視電阻率值及不同視電阻率介質的分布變化形態，進而判識工區內部巖土層的展布情況及其它不良地質作用[4]。

當工區內介質為水平均質、無其他不良地質作用時，視電阻率等值線一般呈有規律的均勻分布，近水平層狀；當工區內存在一定規模的巖溶、夾層、破碎帶、斷層、軟弱結構面時，則視電阻率等值線將發生變化，表現為梯度變化大，出現“U”字或“V”字形等異常形態。

圖1 高密度電法裝置勘探方式示意圖

1.2 CSAMT

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種利用人工場源的頻率域電磁測深方法，通過有限長接地導線電流源向地下發送不同頻率的交變電流進行激發，不同的發射頻率對應了不同的探測深度，其施工的方法是通過在平行于擬建隧道主線的方向的7倍～9倍探測深度的位置布置接地導線發射端AB（AB之間的距離應保證擬建隧道段在接地導線成60°張角的扇形區域內），并通過AB向地下攻入已設定好的音頻f的諧變電流，在地面觀測互相正交的電磁場分量Ex、Hy，計算卡尼亞電阻率和相位。

圖2 CSAMT野外工作示意圖

2 應用實例

2.1 項目概況和工作布置

本次以351國道的楊家源和橫塢隧道為例，兩隧道長度分別為262m和960m，其中楊家源隧道最大埋深為56m，橫塢隧道最大埋深132米。隧道經過路段主要巖性有志留系上統（S2）：上部紫色砂巖、粉砂巖、黃綠色粉砂巖和粉砂質泥巖交互，下部為黃綠色細-中粒含石英礫砂巖和砂巖；泥盆系上統（D2）：紫紅色頁巖、粉砂巖、細砂巖夾白色礫巖、砂礫巖等。為了大致查明擬建隧道地段的巖性分界面，覆蓋層厚度，圍巖的風化程度，不良地質體分布情況包括構造破碎帶、地下富水地段等情況，結合隧道的最大埋深，本次物探工作擬在楊家源隧道設計路線中心線的上方布設一條高密度電法剖面，在橫塢隧道設計路線中心線的上方布設一條CSAMT剖面。

2.2 高密度電阻率法成果解釋

根據地質資料和物探成果，推測該隧道穿過的地層可能主要為礫巖→粉砂巖→泥巖→粉砂巖→礫巖。從隧道口K5+700m至隧道口K5+438m為低山地貌，物探WT-Z 11測線中點大致位于山頂，中點兩側均為丘陵斜坡地形，地表植被發育，斜坡表部分布厚層含黏性土碎石，厚度約2m～4m；下伏基巖為全-中風化礫巖，灰紫色，全風化巖層厚約5m～8m。根據物探成果來看從隧道設計路線K5+700m至K5+590m節理裂隙較為發育，有存在局部富水和發育溶洞的可能，隧道施工時可能有淋水或涌水現象，應高度重視，加強相關防護措施。從隧道設計路線K5+590m至K5+438m的整體巖體完整性較好，發育溶洞的可能不大。從物探成果可圈定可能的三個異常區：

（1）沿隧道設計路線K5+730m至K5+690m，深15m至20m左右范圍內，推推斷為可能由于巖層節理裂隙較為發育形成局部富水所致，但從視電阻率值來看，發育為溶洞的可能性很大，隧道施工時可能有淋水或涌水現象，應高度重視，加強相關防護措施；

（2）沿隧道設計路線K5+610m至K5+590m，深10m至25m左右范圍內，推斷為可能由于巖層節理裂隙較為發育形成局部富水所致，從視電阻率值來看，發育為溶洞的可能性很大，隧道施工時可能有淋水或涌水現象，應高度重視，加強相關防護措施；

（3）沿隧道設計路線K5+520m至K5+480m，深10m至15m左右范圍內，推斷為可能由于林間土壤潮濕導致低阻異常區。從視電阻率值來看，發育為溶洞的可能性較小，對隧道設計路線安全隱患較小。

2.3 CSAMT成果解釋

根據以推測隧道斷面不同深度推測的地質情況，并結合隧道設計路線所在的高程位置，對中和村隧道設計路線（右幅）的巖性情況從左至右描述如下：

（1）隧道設計路線K0+755～K0+820段處于強風化粉砂質頁巖地層中，該路段基巖非常破碎，裂隙極發育，整體圍巖強度及穩定性很差。

（2）隧道設計路線K0+820～K1+070段處于中風化粉砂質頁巖地層中，該路段基巖較破碎，裂隙發育，整體圍巖強度及穩定性差。

（3）隧道設計路線K1+070～K1+560段處于為微風化粉砂質頁巖地層中，在該路段基巖相對比較完整（而在斷層破碎帶附近基巖破碎），但由于粉砂質頁巖為較軟巖石，所以該路段整體圍巖強度及穩定性一般。

（4）隧道設計路線K1+560～K1+660段處于中風化粉砂質頁巖地層中，該路段基巖較破碎，裂隙發育，整體圍巖強度及穩定性差。

（5）隧道設計路線K1+660～K1+755段處于強風化粉砂質頁巖地層中，該路段基巖非常破碎，裂隙極發育，整體圍巖強度及穩定性很差。

圖3 楊家源隧道高密度電法成果圖

圖4 橫塢隧道高密度電法成果圖

3 結論與建議

3.1 結論

（1）本次物探工作圍繞楊家源隧道和橫塢勘察和工程地質勘察任務，采用物探礦勘院音頻大地電磁法法和高密度電法，獲得了地下的物探異常，并與地質相結合進行了推斷解釋，在本區是行之有效的。

（2）通過本次物探工作，基本查明了本標段物探測線覆蓋范圍內的工程地質條件，獲得了第四系覆蓋層、各類巖體及各類不良地質條件所對應的物性參數，分析推測了可能對工程產生一定影響的異常的性質、規模、影響形式及影響程度，達到了預期工作的目的。可為勘察、設計、施工提供詳實、客觀、有效的參考資料。此次工作物探方法選用合理，基本達到了預設目的。

3.2 建議

建議應對隧道的巖性接觸帶、構造破碎帶、低阻地層、巖體破碎、裂隙發育地段引起充分的重視，此類異常均有可能會形成良好的導水通道，引起洞室的出水量增大，特別是巖體破碎、裂隙極強發育的里程段，不排除為富水區，存在大規模水源體的可能性，施工時對以上不良地質區段因盡量避開，并加強支護。針對本次發現的異常，建議在詳勘階段加以重視并視實際情況開展鉆探驗證，為下一步公路設計、施工工作提供詳實可靠的地質資料。