高密度電法在高速公路不良地質體勘察中的應用

楊春利，祖志明，蔡學鋒，劉永曉

（1.中移建設有限公司河北分公司，河北 石家莊 050091；2.中冀建勘集團有限公司，河北 石家莊 050227）

高速公路建設過程中，總會有很多不良地質體，如巖溶、地下暗河、土洞等，不良地質體可能出露地表，也可能是隱伏在地下，它們不僅影響地基基礎，而且可能引起崩塌、泥石流、滲透變形、地面塌陷等[1-4]。為保證施工安全，采用多種物探方法勘探出不良地質體的位置、埋深、展布等情況，以便采取相應的措施，避免其對公路的運營帶來安全隱患。當前常用的物探方法有高密度電阻率法、瞬變電磁法、音頻大地電磁法等，這些方法被廣泛應用于水文地質調查[5]、隱伏地質體探測[6-8]、地震和地裂縫勘探[9-10]等，尤其是高密度電阻率法具有點距小、數據密度大、工作效率高的特點，能較直觀、準確地反映地下電性異常體的形態[11-12]。

某高速公路施工過程中，在某區段路基地表出露一處面積約0.8m2的長方形溶洞，溶洞發育及展布情況不詳，不良地質體的發育給道路建設及運營帶來很大的安全隱患，為查明該區段路基下隱伏溶洞，以及匝道240m×24m 范圍內不良地質體位置、埋深、展布等發育情況，采用高密度電法對地下溶洞及其他不良地質體狀況進行勘察，確定探測深度35m 范圍內的溶洞及其他不良地質體的位置、埋深、展布等情況，為后續路基治理工程提供可靠的理論依據。

1 方法原理

高密度電法是以巖土導電性差異為依據，研究在人工施加電場環境的作用下，地下傳導電流分布規律[13]。本次探測選擇德國的RESECSⅡ三維高密度電法儀，它廣泛應用于工程和地基精細勘探、地下水污染范圍探測、地下管道及防空洞探測等。RESECSⅡ高密度電法儀有施倫貝格、半施倫貝格、溫納α、溫納β等裝置。本次高密度電法采用了溫納α裝置進行勘察溶洞及不良地質體的埋深、走向等地質情況。該裝置適用于固定斷面掃描測量，電極排列如圖1所示。

測量時，A、B分別為供電電極，M、N分別為測量電極，A、M、N、B四個電極等距離順序排列，即AM=MN=NB為一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到第一條剖面線；接著AM、MN、NB增大一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到另一條剖面線；這樣不斷掃描測量下去，得到倒梯形斷面。

2 數據采集及數據處理

綜合勘察目的、場地及周邊地形狀況，制定測線布置方案。高密度電法依次間隔12m，在平行高速公路方向布置CX1、CX2、CX3 三條測線，測線布置詳見表1。

表1 測線布置

對野外采集的原始數據中，由于工業游散電流干擾、電極接地條件不好和人為操作誤差等相關因素存在，必定會存在某些個別數據明顯為不符合真實地下信息的“突變點”，這些點具有明顯的數值偏大或偏小，或是與鄰近數據沒有形成連續的變化，發生突然跳躍等特點。為此，應首先對這些“畸點”進行剔除，如有必要，還應進行插值補點。為了壓制高頻干擾，突出整體異常，對實測曲線進行了低通濾波“圓滑”處理。對處理后溫納裝置視電阻率成像剖面異常，采用瑞典RES2DINV 高密度電法軟件進行了二維反演計算，選擇了具有強制平滑的最小二乘法反演技術，利用地面實測視電阻率數據和地形數據，采取三角網格剖分方式，生成地下二維地電模型，實現迭代循環式反演，以確保了資料的解釋精度。

3 資料分析及成果解釋

（1）CX1 測線。如圖 2 所示，CX1 測線電極距2.5m，剖面長度277.5m。圖中橫坐標代表測線長度，縱坐標代表深度。顏色由淺變深，表示視電阻率值由低到高的變化。因測線下地層電阻率差異較大，灰巖的電阻率是第四系土層電阻率的數千倍，故電阻率數值采用對數表示。

由圖2 知，CX1 測線水平方向0～40m，地下深度0～7.5m；水平245～275m，地下深度0～4.5m，視電阻率值較低，層狀特征明顯，等值線平滑，是第四系土層的電阻率反映。現場地質踏勘此兩處地表為農田，第四系土層較厚。

CX1測線127.5m處測點垂直方向距洞口1.5m，測線水平方向125～140m，地下深度17m，有一明顯高阻存在，推測為溶洞導致的視電阻率異常。

CX1 測線水平方向80～120m、190～230m 處表層電阻率高，等值線雜亂，現場地質踏勘地表基巖出露80～120m段主要為泥巖，190～230m為灰巖，接地條件差，故電阻率值較高。

（2）CX2 測線。如圖3 所示，CX2 測線電極距5m，剖面長度395m。圖中橫坐標代表測線長度，縱坐標代表深度。顏色由淺變深，表示視電阻率值由低到高的變化。CX2測線水平方向0～110m，地下深度0～20m；水平方向315～395m，地下深度0～15m 處，電阻率較低，層狀特征明顯且平滑是第四系土層的電阻率反映。現場地質勘察0～110m 段地表為農田，第四系土層較厚；315～395m 段地表為農田，位于老河道內，沉積特征明顯。故視電阻率低，層狀特征明顯，等值線平滑。

CX2 測線190m 處測點垂直方向距洞口13.5m，測線水平方向220m處，地下深度25m，有一高阻異常，推測為溶洞導致的視電阻率異常。

CX2測線水平方向140～180m、265～295m處表層電阻率高，等值線雜亂。現場地質勘察發現此兩處基巖出露且地表為堆放路基施工用砂石，接地條件極差，造成等值線紊亂，電阻率值較高。

（3）CX3 測線。如圖 4 所示，CX3 測線電極距5m，剖面長度395m，由于CX3 測線0～100m 場地條件受限，故該段CX3 與CX2 測線共線測量。從該段測量結果看兩次測量一致性良好，驗證了采集數據準確可靠性。圖中橫坐標代表測線長度，縱坐標代表深度。圖中顏色由淺變深，表示視電阻率值由低到高的變化。

由圖4 知，CX3 測線水平方向0～110m，地下深度0～20m；水平方向330～395m，地下深度0～15m，視電阻率值較低，層狀特征明顯，等值線平滑，為第四系土層的電阻率反映。現場地質勘察0～110m段地表為農田，第四系土層埋深較厚；315～395m 段地表為農田，位于老河道內，沉積特征明顯。故視電阻率低，層狀特征明顯，等值線平滑。

CX3 測線190m 處測點垂直方向距洞口25.5m，測線265～275m 位置，地下埋深15m，有一高阻異常，推測為溶洞導致的視電阻率異常。135～200m 電阻率層面錯位結合現場勘察資料推測可能有斷層存在。

CX3 測線水平方向140～190m 處表層電阻率高，等值線雜亂。現場地質勘察此處地表為路基施工的渣石區，接地條件很差。視電阻率值較高，等值線紊亂。

4 結論

高密度電法廣泛應用于巖溶等不良地質體的勘察工作中，它具有快速、高效、異常明顯等優點。在資料處理解釋過程中，結合地質資料能夠準確地確定地下不良地質體的位置、埋深、展布等情況。

本次利用高密度電法對高速公路路基進行勘測，結合收集的地質資料進行綜合分析研判，識別解譯出若干處電阻異常，其中溶洞3處，斷層1處，查明了該路基溶洞等不良地質體的基本情況，證實了該方法的可行性，為后續路基處理提供了可靠的數據基礎。

建議對上述電阻異常區進行鉆探驗證，通過鉆探施工進一步確認異常區的實際情況，量化不良地質體大小、規模等情況，為下一步路基處理方案提供詳細的技術支撐。