綜合物探地震折射波法及高密度電阻率法在隧道工程勘察中的應(yīng)用

朱小朋

江西省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊 江西 新余 338000

1 概述

由于我國地形錯綜復(fù)雜，交通線路不可避免穿越山嶺等復(fù)雜地區(qū)，在隧道工程勘察過程中，由于常規(guī)勘察鉆孔數(shù)量有限，若僅僅依靠鉆探資料繪制工程施工地質(zhì)剖面，對隧道的工程地質(zhì)條件分析過于片面，對覆蓋層厚度，隧道洞身圍巖類別，構(gòu)造和破碎帶的位置、性質(zhì)和特征難以達(dá)到全面的了解，且施工極易發(fā)生不良地質(zhì)現(xiàn)象引發(fā)的安全事故。因此開展地震折射波法確定覆蓋層的厚度，劃分隧道洞身圍巖分級，查找構(gòu)造和破碎帶的位置；結(jié)合高密度電阻率法，確定構(gòu)造和破碎帶的性質(zhì)和特征，全面了解隧道不良地質(zhì)體的分布，可以較好的彌補隧道工程勘察設(shè)計的不足并能取得良好的勘察應(yīng)用效果。

2 方法原理

地震折射波法是研究在速度分界面上滑行波引起的震動，當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ耘R界角入射時，射線在速度分界面發(fā)生全反射，從而引起上邊介質(zhì)的掛點震動，并以某一角度返回地面，被地面檢波器接收。該方法可以確定覆蓋層的厚度，劃分隧道洞身圍巖分級，查找構(gòu)造和破碎帶的位置[1]。

高密度電阻率法廣泛應(yīng)用于工程勘察，基本原理屬于直流電法。由于電極排列密度大，采集的斷面視電阻率數(shù)據(jù)量大，對電性異常體的縱、橫向分辨率高，能較直觀反映地電二維斷面。

3 資料處理與分析

3.1 地震折射波法

（1）數(shù)據(jù)處理流程

初至?xí)r間拾取→時距曲線繪制→地震解釋→高程輸入→折射界面繪制→地質(zhì)解釋→剖面輸出。

（2）資料解釋與分析

根據(jù)繪制的折射時距曲線，采用二層地球物理模型進(jìn)行解釋。第一層（覆蓋層）其波速用單支時距曲線的直達(dá)波段的斜率來計算，第二層（基巖）則通過差數(shù)時距曲線來求取界面波速，基巖界面深度采用t。法求取。

3.2 高密度電阻率法

（1）數(shù)據(jù)處理流程

繪制等值斷面圖→使用二維反演軟件進(jìn)行反演擬合→抽取單點測深曲線進(jìn)行基巖深度反演→結(jié)合等值斷面圖進(jìn)行地質(zhì)解釋→形成解釋剖面。

（2）資料解釋與分析

綜合解釋步驟如下：

首先使用二維反演擬合，擬合結(jié)果圖作為地質(zhì)解釋的參考資料。根據(jù)實測剖面數(shù)據(jù)抽取測深曲線，對測深曲線，給出初步物理模型，然后進(jìn)行反復(fù)正反演擬合。再結(jié)合各測段平面等值斷面圖及現(xiàn)場地質(zhì)資料，繪出物探地質(zhì)解釋斷面。

4 工程實例分析

以某隧道工程勘察為例：該隧道設(shè)計雙洞單線，隧道起止K0+665～K1+210,全長545米，基巖主要為花崗巖，隧道最大埋深約90米，局部處于淺埋段，鉆探過程發(fā)現(xiàn)存在破碎帶。本次勘察目的是查明隧道上方覆蓋層厚度，劃分隧道洞身圍巖分級，查找構(gòu)造和破碎帶的位置、性質(zhì)和特征。高密度電阻率法沿左線隧道軸線ZK0+650～ZK1+250及右線隧道軸線YK0+650～ZK1+250布設(shè)[2]，地震折射波法沿左線隧道軸線ZK0+660～ZK1+215及右線隧道軸線YK0+660～ZK1+215布設(shè)，各測點點距均為5米(詳見圖1)。

圖1 高密度電阻率法及地震折射波法測線布置平面示意圖

（1）隧道左線ZK0+665～ZK1+210段

左線ZK0+660～ZK1+250段布設(shè)的地震折射波法資料（詳見圖2）顯示:該段覆蓋層厚度變化較大，厚度3.3～23.0m。ZK0+660～+834段基巖縱波波速4600m/s～4650m/s；ZK0+834～+894段基巖縱波波速2250～2450m/s；ZK0+894～ZK1+100段基巖縱波波速4050～4250m/s，ZK1+100～+215段基巖縱波波速3750m/s。

圖2 隧道左線ZK0+660～ZK1+215段地震折射時距曲線圖

左線ZK0+650～ZK1+250段布設(shè)的高密度電阻率法資料（詳見圖3）顯示：隧道標(biāo)高附近圍巖電阻率值整體上分布在800～5000Ω·m之間。地表里程ZK0+835～ZK0+870段電阻率特征出現(xiàn)條帶型低阻異常，推測為斷裂破碎帶F1，傾向大里程方向，視傾角約55～65度，斷裂破碎帶F1影響帶寬約55m，與洞身相交里程為ZK0+845～ZK0+900段。

圖3 隧道左線ZK0+650～ZK1+250高密度電阻率法電阻率等值線圖

綜合地震折射波法與高密度電阻率法繪制了隧道左線ZK0+665～ZK1+210的物探地質(zhì)斷面圖（詳見圖4），斷面圖精細(xì)反映了該隧道左線覆蓋層的埋深情況，圍巖分級及構(gòu)造破碎帶的位置及特征。

圖4 隧道左線ZK0+650～ZK1+215段物探地質(zhì)斷面圖

（2）隧道右線YK0+665～YK1+210段

左線YK0+660～YK1+250段布設(shè)的地震折射波法資料（詳見圖5）顯示:該段覆蓋層厚度變化較大，厚度6.8～30.5m。YK0+660～+840段基巖縱波波速4550m/s～4600m/s；YK0+840～+905段基巖縱波波速2200～2300m/s；YK0+905～ZK1+100段基巖縱波波速4050～4350m/s，YK1+100～YK1+215段基巖縱波波速3750m/s。

圖5 隧道右線YK0+660～YK1+215段地震折射時距曲線圖

右線YK0+650～YK1+250段布設(shè)的高密度電阻率法資料（詳見圖6）顯示：隧道標(biāo)高附近圍巖電阻率值整體上分布在900～5000Ω·m之間。地表里程YK0+840～YK0+865段電阻率特征出現(xiàn)條帶型低阻異常，推測為斷裂破碎帶F1，傾向大里程方向，視傾角約55～65度，斷裂破碎帶F1影響帶寬約45米，與洞身相交里程為YK0+855～YK0+900段。

圖6 隧道右線YK0+650～YK1+250高密度電阻率法電阻率等值線圖

綜合地震折射波法與高密度電阻率法繪制了隧道右線YK0+665～YK1+210的物探地質(zhì)斷面圖（詳見圖7）[3]，斷面圖精細(xì)反映了該隧道右線覆蓋層的埋深情況，圍巖分級及構(gòu)造破碎帶的位置及特征。

圖7 隧道右線YK0+660～YK1+215段物探地質(zhì)斷面圖

5 結(jié)語

工程實踐表明，在隧道工程勘察過程中采用綜合物探地震折射波法及高密度電阻率法，可較全面的了解分析隧道工程的不良地質(zhì)因素體，對隧道的施工設(shè)計及開挖方案優(yōu)化提供重要技術(shù)支撐，明確了隧道區(qū)山體覆蓋層厚度，隧道洞身的圍巖分級，構(gòu)造和破碎帶的位置、性質(zhì)及特征，對施工過程可能存在的不良地質(zhì)風(fēng)險明確了位置，可大大降低隧道開挖過程中不良地質(zhì)引發(fā)的安全事故。因此，綜合物探地震折射波法及高密度電阻率法在隧道工程地質(zhì)勘察中具有良好的勘察效果且經(jīng)濟高效，應(yīng)用前景較為廣闊。