綜合物探勘察方法在錦承線鐵路東南山隧道的應(yīng)用研究

摘 要：文章通過在錦承線鐵路東南山隧道采用淺層地震折射波法和高密度電阻率法相結(jié)合的綜合物探方法相結(jié)合使用，可相互補(bǔ)充驗(yàn)證，是工程地質(zhì)勘察的有效方法，后期工程地質(zhì)鉆探驗(yàn)證表明了綜合物探探測結(jié)果的可靠性。

關(guān)鍵詞：錦承線鐵路東南山隧道；綜合物探；工程地質(zhì)勘察

1 概述

鐵路隧道勘察在鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)節(jié)中既是的一個(gè)重點(diǎn)，又是難點(diǎn)。重點(diǎn)在于其成果對(duì)于工程建設(shè)的指導(dǎo)作用，難點(diǎn)在于地形地貌條件復(fù)雜，野外作業(yè)難度大，一種探測方法或多或少具有片面性。本文在錦承線鐵路東南山隧道采用高密度電阻率法和淺層地震折射波法相結(jié)合的綜合物探法，其主要目的是為了查明土石界線及基巖風(fēng)化層厚度；查明隧道通過區(qū)的巖性、構(gòu)造、侵入接觸帶位置、地下水及其他不良地質(zhì)情況等。通過物探工作，查明隧道的工程地質(zhì)條件，為鐵路設(shè)計(jì)提供工程地質(zhì)依據(jù) 。通過與該路段工程地質(zhì)鉆探相結(jié)合，驗(yàn)證該綜合物探方法的實(shí)用性和有效性。

2 東南山隧道地質(zhì)及地球物理特征

2.1 地質(zhì)特征

沿線地層普遍被第四系堆積物覆蓋，其成因類型主要為沖積、洪積、坡積，所包含巖土種類有黏性土、粉土、淤泥質(zhì)土、砂類土及碎石土。覆蓋層下伏多為沉積巖及變質(zhì)巖，局部有巖漿巖，所含巖石種類有砂巖、泥巖、頁巖、礫巖、煤層、石灰?guī)r、片麻巖、角閃巖、石英巖，伴有安山巖、玄武巖、流紋巖等噴出巖。

2.2 地球物理特征

物探的前提條件是探測的目標(biāo)物與圍巖存在物性差異。首先，我們需要在測區(qū)附近進(jìn)行巖性調(diào)查，并且需要測定巖石標(biāo)本的物性參數(shù)（見表1）。根據(jù)現(xiàn)場露頭測試、標(biāo)本測試情況及經(jīng)驗(yàn)值，我們將巖（土）性進(jìn)行以下分類：

根據(jù)表1可以看出來，巖石標(biāo)本的物性參數(shù)測定是非常重要的。從表中也可以清楚的看到，我們所需探測的目標(biāo)物，均與圍巖存在明顯的物性差異，具備地球物理勘探的前提條件，可以進(jìn)行高密度電法與淺層地震相結(jié)合的綜合物探法。

3 綜合物探方法理論原理

3.1 高密度電阻率法基本原理

高密度電法是由電極排列采用三電位電極系的溫納裝置（α排列裝置），基本原理是：電極按供電正極-測量正極-測量負(fù)極-供電負(fù)極的布極方式，等比例排列在剖面上，獲得某一深度的視電阻率值。

高密度電法工作選擇每排列一次性布設(shè)若干根電極（根據(jù)設(shè)計(jì)要求和場地地形實(shí)際情況定），電極距根據(jù)實(shí)際要求設(shè)定。測量時(shí)，AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到第一條剖面線；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，逐點(diǎn)向右移動(dòng)，得到另一條剖面線。這樣不斷掃描下去，得到倒梯形斷面。

3.2 淺層地震折射波法基本原理

地殼淺部常被近似為層狀介質(zhì)，各層介質(zhì)具有不同的速度，同一層介質(zhì)也存在橫向和縱向上的速度變化。地震波在地下介質(zhì)中傳播，當(dāng)通過速度不同的介質(zhì)分界面時(shí)，波就會(huì)改變原來的傳播方向。在上層介質(zhì)的速度小于下伏介質(zhì)速度的情況下，地震波以臨界角出射到達(dá)介質(zhì)分界面時(shí)，就會(huì)發(fā)生臨界折射現(xiàn)象，產(chǎn)生沿界面?zhèn)鞑サ摹盎小辈ǎ鸾缑娓髻|(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并以新的形式傳至地面。淺層地震折射波法就是根據(jù)折射波傳播理論，利用記錄的折射旅行時(shí)來解釋推斷地下淺部地質(zhì)構(gòu)造[2-4]。

4 探測結(jié)果分析研究

本次綜合物探工作目的是：查明土石界線及基巖風(fēng)化層厚度；查明隧道通過區(qū)的巖性、構(gòu)造、侵入接觸帶位置、地下水及其他不良地質(zhì)情況等。通過物探工作，查明隧道的工程地質(zhì)條件，為鐵路設(shè)計(jì)提供工程地質(zhì)依據(jù)。

4.1 物探研究成果

經(jīng)對(duì)原始記錄進(jìn)行對(duì)比分析，剔除突變點(diǎn)，利用高密度電法軟件進(jìn)行反演計(jì)算繪制成視電阻率剖面圖，見下圖（本論文選取其中一段測線）。

DK215+430～DK216+820段測線長度1390米，測點(diǎn)數(shù)140點(diǎn)，沿隧道軸線布設(shè)，測線位置見圖1。

測線的地震原始記錄在室內(nèi)做回放、拼接和濾波待預(yù)處理后經(jīng)人工讀取初至?xí)r間，繪制成原始時(shí)距曲線。經(jīng)過地形校正和遠(yuǎn)炮點(diǎn)時(shí)距曲線的平移處理后，組成每一個(gè)排列的相遇時(shí)距曲線，且各排列的相遇時(shí)和排列之間的連接點(diǎn)時(shí)間均在規(guī)范規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)。根據(jù)相遇時(shí)距曲線，利用折射波勘探解釋方法中射線跟蹤法對(duì)各排列分別進(jìn)行反演運(yùn)算[5-6]，并進(jìn)行校正、擬合。最后得出各排列的基巖面埋深和彈性波速度及上覆層的彈性波速度。綜合各段測線的時(shí)距曲線與深度分布圖，得到DK215+430～DK216+820段淺層地震剖面圖，見圖2。

由圖2我們得到DK215+430～DK216+820段低速層縱波平均波速范圍348.1m/s～564.4m/s，厚度范圍約2.0m～20.0m，局部地段埋深可達(dá)到28.0m，下伏地層為堅(jiān)硬狀態(tài)的粉質(zhì)黏性土或基巖，縱波波速值較高，分布范圍1349.4m/s～3912.4m/s，基巖埋深范圍約4.0m～18.0m。

4.2 綜合物探研究成果（DK215+430～DK216+820段）

綜合分析高密度電阻率法、地震折射波法的探測結(jié)果，得出各測線的綜合結(jié)果如下：

由圖2 DK215+430～DK216+820段綜合物探斷面圖我們對(duì)該地段可以做以下推斷：

DK215+430～DK215+700段，隧道進(jìn)口處，覆蓋層比較厚，隧道開挖時(shí)應(yīng)注意支護(hù)；紅色實(shí)線以上部分為低速層，縱波平均波速為348.1～514.7m/s，推斷為第四系覆蓋層及松散耕土層；灰色實(shí)線為土石界線，下伏地層為完整基巖，測試縱波平均波速為3911.2～3912.4m/s。該線路段視電阻率分布范圍為20Ω·m～1800Ω·m，視電阻率變化較大，但呈層狀分布，上部主要為耕土和地表巖石風(fēng)化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高，下部為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖，巖體破碎，裂隙很發(fā)育。

DK215+700～DK215+900段，覆蓋層黏性土厚度比較均勻，厚度在10米左右；紅色實(shí)線以上為低速層，縱波平均波速為461.4～478.6m/s，推斷為第四系覆蓋層及松散耕土層；灰色實(shí)線為土石界線，堅(jiān)硬狀態(tài)粉質(zhì)黏性土縱波平均波速為1991.1～2575.9m/s；下伏為基巖，隧道洞身經(jīng)過地層基巖比較完整、穩(wěn)定。該線路段視電阻率為20Ω·m～6000Ω·m，視電阻率變化大，上部主要為耕土和地表巖石風(fēng)化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高；中部為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖，巖體破碎，裂隙很發(fā)育；下部視電阻率高，無斷裂構(gòu)造，裂隙不發(fā)育，為完整基巖。

DK215+900～DK216+000段，覆蓋層較厚，最厚處約28米左右，距離隧道洞身較近，可能會(huì)影響到隧道的穩(wěn)定性，應(yīng)該引起注意！該線路段視電阻率分布范圍為20Ω·m～2000Ω·m，視電阻率變化大，上部主要為耕土和地表巖石風(fēng)化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高，下部為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖，巖體破碎，裂隙很發(fā)育，結(jié)合周圍巖體分布情況，推測該地段為一構(gòu)造破碎帶，隧道設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)注意其不利影響。

DK216+000～DK216+250段，覆蓋層厚度比較均勻，厚度在10米左右；紅色實(shí)線以上為低速層，縱波平均波速為440.1～451.4m/s，推斷為第四系覆蓋層及松散耕土層；灰色實(shí)線為土石界線，堅(jiān)硬狀態(tài)粉質(zhì)黏性土縱波平均波速為1349.4～1880.9m/s；隧道洞身經(jīng)過地層基巖比較完整、穩(wěn)定，對(duì)隧道無影響。該線路段視電阻率分布范圍為20Ω·m～6000Ω·m，視電阻率變化大，上部主要為耕土和地表巖石風(fēng)化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高；中部為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖，巖體破碎，裂隙很發(fā)育；下部視電阻率高，無斷裂構(gòu)造，裂隙不發(fā)育，為完整基巖。

DK216+250～DK216+820段，該段應(yīng)引起注意，巖土界線多處距離隧道洞身位置比較近，可能會(huì)對(duì)隧道的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；紅色實(shí)線以上為低速層，縱波平均波速為479.9～564.4m/s，推斷為第四系覆蓋層及松散耕土層；灰色實(shí)線為土石界線，堅(jiān)硬狀態(tài)粉質(zhì)黏性土縱波平均波速為1415.2～1749.7m/s。該線路段視電阻率分布范圍為20Ω·m～1800Ω·m，視電阻率變化較大，且分布不均勻，上部主要為耕土和地表巖石風(fēng)化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高，下部為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖，巖體破碎，裂隙很發(fā)育。

5 結(jié)束語

通過對(duì)綜合物探勘察在錦承線鐵路東南山隧道中的應(yīng)用研究，我們得出以下結(jié)論：

5.1 綜合物探探測結(jié)果表明，東南山隧道隧址區(qū)無大型斷層、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，不存在巖溶、煤層和可采礦體，隧址區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性較好。

5.2 在東南山隧道DK215+430～DK216+820段測線DK215+910～DK215+990處有一條構(gòu)造破碎帶。

5.3 高密度電阻率法、淺層地震折射波法是工程地質(zhì)勘察的有效方法；淺層地震折射波法適于淺層探測，高密度電阻率法相對(duì)適用于中深層探測；兩者相結(jié)合使用可相互補(bǔ)充驗(yàn)證，是工程地質(zhì)勘察的有效方法。

5.4 加強(qiáng)物探勘察研究應(yīng)用，可全面系統(tǒng)地規(guī)避地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，消除鐵路線路穿越地帶潛在的安全隱患，是一種科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)適用的好方法。

參考文獻(xiàn)

[1]劉蕾.高密度電阻率法反演成像及其應(yīng)用[D].成都：成都理工大學(xué)，2003.

[2]付良魁.電法勘探教程[M].北京：地質(zhì)出版社，1985.

[3]羅延鐘，張桂青.電子計(jì)算機(jī)在電法勘探中的應(yīng)用[M].武漢：武漢地質(zhì)學(xué)院出版社，1987.

[4]顧功敘.地球物理勘探基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，1990.

[5]李金銘，羅延鐘，等.電法勘探新進(jìn)展[M].北京：地質(zhì)出版社，1996.

[6]陳仲候，王興泰，杜世權(quán).工程與環(huán)境物探教程[M].北京：地質(zhì)出版社，1996.

[7]TB10013-2004.鐵路工程物理勘探規(guī)程[S].

[8]王榮.淺層地震反射與散射聯(lián)合成像法在工程探測中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2012（4）.

[9]田光盛.綜合勘察結(jié)合專題研究在滬寧城際鐵路工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用[J]，2013（4）.

[10]葉英.隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)[M].北京：人民交通出版社，2011：262.

作者簡介：廖勇（1980-），男，2004年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）地質(zhì)工程專業(yè)，碩士研究生學(xué)歷，國家注冊土木（巖土）工程師，工程師。