高密度電法在城市隧道勘察中的應(yīng)用

柳杰

摘? ? 要：孤石、富水裂隙發(fā)育帶等不良地質(zhì)體在隧道建設(shè)中將對(duì)隧道工程施工產(chǎn)生安全隱患。因此，需采取有效的地球物理手段配合鉆探查明隧址區(qū)的地質(zhì)情況，為隧道設(shè)計(jì)與施工提供準(zhǔn)確可靠的地質(zhì)資料。高密度電法具有測(cè)點(diǎn)密度大、信息量大、工作效率高的特點(diǎn)，在某城市隧道勘察中采用高密度電法勘探，根據(jù)高密度電法斷面及鉆探成果劃出了富水裂隙發(fā)育帶和孤石發(fā)育區(qū)，充分發(fā)揮了物探方法在隧道勘查中的作用。

關(guān)鍵詞：高密度電法;孤石;富水裂隙發(fā)育帶;隧道勘察

1? 引言

隨著城市不斷發(fā)展，人民生活質(zhì)量的不斷提高，居民對(duì)出行的質(zhì)量要求越來(lái)越高，為了有效緩解交通擁堵問題，縮短通行時(shí)間，更有必要在城市山體中修建隧道來(lái)解決這一問題。孤石、富水裂隙發(fā)育帶是隧道開挖中比較常見的復(fù)雜地質(zhì)問題，容易對(duì)施工產(chǎn)生較大影響，因此查明孤石與富水裂隙的發(fā)育情況極其重要。物探方法是隧道勘察中十分重要的方法，尤其是高密度電法，具有測(cè)點(diǎn)密度大、信息量大、工作效率高的特點(diǎn)[1]。

2? 基本原理

高密度電法是二維地電斷面測(cè)量中的一種新型電法勘察方法，它把常規(guī)電法中的剖面法和測(cè)深法集成為一體，通過(guò)以較高密度的布設(shè)測(cè)點(diǎn)，然后逐測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，其理論原理與常規(guī)電阻率法相同[2]。高密度電法集中了常規(guī)電剖面法和電測(cè)深法的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以觀測(cè)地下一定深度范圍內(nèi)橫向電性的變化情況，同時(shí)還可以觀測(cè)垂向電性的變化特征，具有采集數(shù)據(jù)量大，測(cè)點(diǎn)密度高的特點(diǎn)，從而彌補(bǔ)了常規(guī)電法數(shù)據(jù)少，解釋方法單一的不足，增強(qiáng)了適應(yīng)各種地電條件的能力[3-5]。

在、A、B極向地下供入電流I，測(cè)量M、N極之間的電位差[ΔU]，根據(jù)公式[ρs=K·ΔUMNI]即可求得M、N中點(diǎn)（O點(diǎn)）的視電阻率值，式中K為裝置系數(shù)。如果逐步移動(dòng)O點(diǎn)和變換供電電極距L，便可得出O點(diǎn)各深度處的視電阻率值[ρs]隨L變化的曲線，根據(jù)曲線分析電場(chǎng)在地下介質(zhì)中的分布情況，從而區(qū)分各種介質(zhì)的分布特征。

3? 測(cè)區(qū)地質(zhì)概況

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，測(cè)區(qū)附近有瘦狗嶺斷裂和南崗—太平斷裂，地質(zhì)構(gòu)造較為活躍;經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，測(cè)區(qū)孤石較為發(fā)育，地表孤石直徑3.0m～8.0m，呈中偏微風(fēng)化狀，裂隙發(fā)育。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)地主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml），第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、坡積層（Q3dl）、第四系上更新統(tǒng)坡積層（Q3dl）和殘積層（Qel），基巖為燕山期晚期侵入花崗巖（γ53-1）、白堊系三水組（K2s1）及第三系?心組（E1-2b2-3）碎屑巖。

4? 工作布置

根據(jù)設(shè)計(jì)隧址及現(xiàn)場(chǎng)地形條件，沿設(shè)計(jì)隧道軸線共布置兩條高密度電法測(cè)線，對(duì)隧道途經(jīng)區(qū)域完全覆蓋。本次高密度電法探勘使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DZD-6A多功能直流電法儀，配以DUK-2A 120道多路電極轉(zhuǎn)換器構(gòu)成電阻率測(cè)量系統(tǒng)，采用溫納剖面（WN）裝置，可有效減小地形變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，減少供電電壓，并有利于壓制干擾，增強(qiáng)有效信號(hào)。

5? 成果分析

物探資料分析解釋的目的是將物探成果圖，通過(guò)地質(zhì)語(yǔ)言和符號(hào)，解釋和繪制成地質(zhì)剖面圖，以達(dá)到解決工程地質(zhì)問題的目的。

對(duì)于同一均質(zhì)原生巖層，其電阻率通常為區(qū)間值的高次方值。然而，由于場(chǎng)區(qū)的巖層在經(jīng)歷了地質(zhì)歷史中的多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，巖層可能發(fā)生倒轉(zhuǎn)、斷裂和裂隙帶發(fā)育，由此帶來(lái)的是花崗巖、碎屑巖中的不均勻風(fēng)化和地下水的選擇性滲入與運(yùn)移，以致出現(xiàn)了受原巖、風(fēng)化程度、巖溶裂隙等控制的塊狀和帶狀視電阻率分布現(xiàn)象。由于越是保留原生巖層性質(zhì)的巖石的電阻率越高，越是受地下水浸潤(rùn)甚至含水飽和的巖石的電阻率越低，因此，由該隧道區(qū)的電阻率高低變化規(guī)律可以判斷出基巖及不良地質(zhì)體分布。

通過(guò)上述分析，本次高密度電法探測(cè)在左線圈定了1處富水裂隙發(fā)育帶，其特征大致為：富水裂隙發(fā)育帶大致走向?yàn)镹50°E，寬度在15m～40m之間，其左下方為完整基巖帶，右上方為孤石堆積區(qū)。右線K0+730～K0+760段孤石較為發(fā)育。

6? 結(jié)束語(yǔ)

孤石、富水裂隙發(fā)育帶等不良地質(zhì)體對(duì)隧道建設(shè)影響巨大，可能會(huì)造成塌方、大變形等災(zāi)害，威脅施工安全。孤石分布具有不規(guī)律性[6]，僅依靠鉆探手段更難以準(zhǔn)確探查，本次物探工作使用高密度電法結(jié)合鉆探資料，減小了物探多解性，基本查明了隧址區(qū)可能存在的孤石、富水裂隙發(fā)育帶等不良地質(zhì)體，并在施工中得到驗(yàn)證，與隧道開挖情況基本相符。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅高玲，陳鵬飛，羅起.高密度電法在某隧道勘察中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2011（16）.

[2] 薛曉東.二維高密度電法在清徐縣地裂縫勘察中的應(yīng)用[J].山西建筑，2015.

[3] 吳燦燦，曹靜，王芳， et al.高密度電阻率法的綜合應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2009.

[4] 趙穎，雷創(chuàng)鋒.高密度電法在工程勘察中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2009（s1）：477～480.

[5] 尹杰.芻議水利工程地質(zhì)勘察中的高密度電法[J].2013（5）：566.

[6] 李振團(tuán).花崗巖球狀風(fēng)化體分布特征及工程影響[J].黑龍江交通科技，2017.