高密度電法和CSAMT在衢州地區(qū)隧道選線勘察中的應(yīng)用

楊小龍，吳 飛，羅海權(quán)

（江西有色地質(zhì)勘查五隊(duì)，江西 九江 332000）

隨著交通出行的需要，我國(guó)交通網(wǎng)建設(shè)越來(lái)越向山區(qū)等施工難度大的地方發(fā)展，為了節(jié)約有限的土地資源，保護(hù)綠色生態(tài)環(huán)境，越來(lái)越多的線路選擇了隧道模式。衢州地區(qū)位于浙江省西部地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，地形起伏大，斷裂構(gòu)造、巖溶發(fā)育，在隧道掘進(jìn)過(guò)程中，如果前期未進(jìn)行任何地質(zhì)勘察工作而去盲目的開(kāi)挖，很容易造成各種地質(zhì)災(zāi)害，如：巖爆、失穩(wěn)塌方、涌水、突水、突泥、瓦斯爆炸等[1]。面對(duì)這些可能發(fā)生的這些地質(zhì)災(zāi)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(guān)工程技術(shù)對(duì)擬建隧道的地質(zhì)條件進(jìn)行前期勘察，為選線設(shè)計(jì)和后期隧道施工提供物探依據(jù)[2]。

淺埋隧道的物探方法較多，根據(jù)不良地質(zhì)類(lèi)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(cè)深、可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）等方法進(jìn)行勘探。不同的物探方法有不同的適用條件，如何根據(jù)不同的地質(zhì)條件選用合適的方法是取得比較好的勘探效果的的關(guān)鍵。本文主要是以衢州205國(guó)道某擬建隧道為背景，通過(guò)運(yùn)用高密度電法和CSAMT相結(jié)合的物探進(jìn)行勘探[3]。

1 方法原理

1.1 高密度電法

高密度電阻率測(cè)深法（高密度電法）與常規(guī)的視電阻率測(cè)深相比其設(shè)置有較高的測(cè)點(diǎn)密度，一次可完成縱橫二維的測(cè)試，獲得豐富的地質(zhì)信息。對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)處理，可獲得高密度電法視電阻率斷面圖，由此劃分工區(qū)內(nèi)巖土介質(zhì)的視電阻率值及不同視電阻率介質(zhì)的分布變化形態(tài)，進(jìn)而判識(shí)工區(qū)內(nèi)部巖土層的展布情況及其它不良地質(zhì)作用[4]。

當(dāng)工區(qū)內(nèi)介質(zhì)為水平均質(zhì)、無(wú)其他不良地質(zhì)作用時(shí)，視電阻率等值線一般呈有規(guī)律的均勻分布，近水平層狀；當(dāng)工區(qū)內(nèi)存在一定規(guī)模的巖溶、夾層、破碎帶、斷層、軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，則視電阻率等值線將發(fā)生變化，表現(xiàn)為梯度變化大，出現(xiàn)“U”字或“V”字形等異常形態(tài)。

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(chǎng)源的頻率域電磁測(cè)深方法，通過(guò)有限長(zhǎng)接地導(dǎo)線電流源向地下發(fā)送不同頻率的交變電流進(jìn)行激發(fā)，不同的發(fā)射頻率對(duì)應(yīng)了不同的探測(cè)深度，其施工的方法是通過(guò)在平行于擬建隧道主線的方向的7倍～9倍探測(cè)深度的位置布置接地導(dǎo)線發(fā)射端AB（AB之間的距離應(yīng)保證擬建隧道段在接地導(dǎo)線成60°張角的扇形區(qū)域內(nèi)），并通過(guò)AB向地下攻入已設(shè)定好的音頻f的諧變電流，在地面觀測(cè)互相正交的電磁場(chǎng)分量Ex、Hy，計(jì)算卡尼亞電阻率和相位。

圖2 CSAMT野外工作示意圖

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況和工作布置

本次以351國(guó)道的楊家源和橫塢隧道為例，兩隧道長(zhǎng)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(jīng)過(guò)路段主要巖性有志留系上統(tǒng)（S2）：上部紫色砂巖、粉砂巖、黃綠色粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖交互，下部為黃綠色細(xì)-中粒含石英礫砂巖和砂巖；泥盆系上統(tǒng)（D2）：紫紅色頁(yè)巖、粉砂巖、細(xì)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(fēng)化程度，不良地質(zhì)體分布情況包括構(gòu)造破碎帶、地下富水地段等情況，結(jié)合隧道的最大埋深，本次物探工作擬在楊家源隧道設(shè)計(jì)路線中心線的上方布設(shè)一條高密度電法剖面，在橫塢隧道設(shè)計(jì)路線中心線的上方布設(shè)一條CSAMT剖面。

2.2 高密度電阻率法成果解釋

根據(jù)地質(zhì)資料和物探成果，推測(cè)該隧道穿過(guò)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(cè)線中點(diǎn)大致位于山頂，中點(diǎn)兩側(cè)均為丘陵斜坡地形，地表植被發(fā)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(fēng)化礫巖，灰紫色，全風(fēng)化巖層厚約5m～8m。根據(jù)物探成果來(lái)看從隧道設(shè)計(jì)路線K5+700m至K5+590m節(jié)理裂隙較為發(fā)育，有存在局部富水和發(fā)育溶洞的可能，隧道施工時(shí)可能有淋水或涌水現(xiàn)象，應(yīng)高度重視，加強(qiáng)相關(guān)防護(hù)措施。從隧道設(shè)計(jì)路線K5+590m至K5+438m的整體巖體完整性較好，發(fā)育溶洞的可能不大。從物探成果可圈定可能的三個(gè)異常區(qū)：

（1）沿隧道設(shè)計(jì)路線K5+730m至K5+690m，深15m至20m左右范圍內(nèi)，推推斷為可能由于巖層節(jié)理裂隙較為發(fā)育形成局部富水所致，但從視電阻率值來(lái)看，發(fā)育為溶洞的可能性很大，隧道施工時(shí)可能有淋水或涌水現(xiàn)象，應(yīng)高度重視，加強(qiáng)相關(guān)防護(hù)措施；

（2）沿隧道設(shè)計(jì)路線K5+610m至K5+590m，深10m至25m左右范圍內(nèi)，推斷為可能由于巖層節(jié)理裂隙較為發(fā)育形成局部富水所致，從視電阻率值來(lái)看，發(fā)育為溶洞的可能性很大，隧道施工時(shí)可能有淋水或涌水現(xiàn)象，應(yīng)高度重視，加強(qiáng)相關(guān)防護(hù)措施；

（3）沿隧道設(shè)計(jì)路線K5+520m至K5+480m，深10m至15m左右范圍內(nèi)，推斷為可能由于林間土壤潮濕導(dǎo)致低阻異常區(qū)。從視電阻率值來(lái)看，發(fā)育為溶洞的可能性較小，對(duì)隧道設(shè)計(jì)路線安全隱患較小。

2.3 CSAMT成果解釋

根據(jù)以推測(cè)隧道斷面不同深度推測(cè)的地質(zhì)情況，并結(jié)合隧道設(shè)計(jì)路線所在的高程位置，對(duì)中和村隧道設(shè)計(jì)路線（右幅）的巖性情況從左至右描述如下：

（1）隧道設(shè)計(jì)路線K0+755～K0+820段處于強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖地層中，該路段基巖非常破碎，裂隙極發(fā)育，整體圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性很差。

（2）隧道設(shè)計(jì)路線K0+820～K1+070段處于中風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖地層中，該路段基巖較破碎，裂隙發(fā)育，整體圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性差。

（3）隧道設(shè)計(jì)路線K1+070～K1+560段處于為微風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖地層中，在該路段基巖相對(duì)比較完整（而在斷層破碎帶附近基巖破碎），但由于粉砂質(zhì)頁(yè)巖為較軟巖石，所以該路段整體圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性一般。

（4）隧道設(shè)計(jì)路線K1+560～K1+660段處于中風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖地層中，該路段基巖較破碎，裂隙發(fā)育，整體圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性差。

（5）隧道設(shè)計(jì)路線K1+660～K1+755段處于強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖地層中，該路段基巖非常破碎，裂隙極發(fā)育，整體圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)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(jié)論與建議

3.1 結(jié)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(zhì)勘察任務(wù)，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(zhì)相結(jié)合進(jìn)行了推斷解釋?zhuān)诒緟^(qū)是行之有效的。

（2）通過(guò)本次物探工作，基本查明了本標(biāo)段物探測(cè)線覆蓋范圍內(nèi)的工程地質(zhì)條件，獲得了第四系覆蓋層、各類(lèi)巖體及各類(lèi)不良地質(zhì)條件所對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)，分析推測(cè)了可能對(duì)工程產(chǎn)生一定影響的異常的性質(zhì)、規(guī)模、影響形式及影響程度，達(dá)到了預(yù)期工作的目的。可為勘察、設(shè)計(jì)、施工提供詳實(shí)、客觀、有效的參考資料。此次工作物探方法選用合理，基本達(dá)到了預(yù)設(shè)目的。

3.2 建議

建議應(yīng)對(duì)隧道的巖性接觸帶、構(gòu)造破碎帶、低阻地層、巖體破碎、裂隙發(fā)育地段引起充分的重視，此類(lèi)異常均有可能會(huì)形成良好的導(dǎo)水通道，引起洞室的出水量增大，特別是巖體破碎、裂隙極強(qiáng)發(fā)育的里程段，不排除為富水區(qū)，存在大規(guī)模水源體的可能性，施工時(shí)對(duì)以上不良地質(zhì)區(qū)段因盡量避開(kāi)，并加強(qiáng)支護(hù)。針對(duì)本次發(fā)現(xiàn)的異常，建議在詳勘階段加以重視并視實(shí)際情況開(kāi)展鉆探驗(yàn)證，為下一步公路設(shè)計(jì)、施工工作提供詳實(shí)可靠的地質(zhì)資料。