物探技術(shù)在高速公路深埋隧道勘查中的應(yīng)用研究

衛(wèi)剛金　章招興

[摘要]長期以來,國內(nèi)外在深埋隧道的物探工作中并沒有形成一種比較完善的理論和方法,緊緊結(jié)合當前高速公路建設(shè)發(fā)展過程中穿過深埋隧道中的一系列問題,結(jié)合具體工區(qū)情況,根據(jù)在隧道工程物探的生產(chǎn)實踐,經(jīng)過分析與總結(jié)得出,隧道工程物探應(yīng)用有著很強的針對性和適應(yīng)性。

[關(guān)鍵詞]物探技術(shù)高速公路深埋隧道勘查

中圖分類號:TU6文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710106-01

在高速公路深埋隧道勘察設(shè)計以及施工過程中,經(jīng)常會遇到不良地質(zhì)現(xiàn)象,如活斷層、巖溶和滑坡等,這些地質(zhì)病害會對高速公路建設(shè)產(chǎn)生極大的危害,因而深大長隧道的地球物理宏觀預(yù)測是當今工程界有待解決的重大前沿課題。為了查明隧道通過地段構(gòu)造、巖性的分布,對高速公路中的某隧道沿推薦C線軸線貫通,進行以可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)為主、結(jié)合高密度的物探工作,物探工作具體目的是:(1)查明隧址區(qū)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造的分布;(2)重點查明隧道軸線方向已知斷層、推斷斷層及不同巖性接觸帶在地表的位置、產(chǎn)狀及規(guī)模;(3)探明隧址區(qū)內(nèi)非斷層所致的擠壓破碎帶的位置,查明從地表向下延伸至隧道設(shè)計高程范圍內(nèi)的斷層及不良地質(zhì)體的延伸深度及寬度變化范圍;(4)了解隧道軸線上斷層及破碎帶的相對富水程度;(5)為鉆孔布設(shè)提供技術(shù)依據(jù),為后續(xù)勘察工作提供建議。

一、隧址區(qū)自然地理、地層、構(gòu)造及地球物理特征

隧道穿越嶺脊海拔3225m,山勢險峻,槽谷陡直深切,山脊北端走向為北西向,南端轉(zhuǎn)為近南北向。線路穿越地段地形陡峭,多陡崖急坡,平均坡度達30-45度,局部超過45度,溝坡多陡崖跌水。隧址區(qū)相對高差約2000m,沖溝發(fā)育,溝谷狹窄,溝床坡降較大,溝心遍布漂卵石、大滾石,溝口常見洪積及冰債堆積,物探測線布置極為困難。隧址區(qū)嶺脊東側(cè)森林茂密,以高大喬木為主,植被覆蓋率超過85%,西側(cè)森林較茂密,以灌木、雜草為主,植被覆蓋率超過65%,植被常形成遮天蓋地之勢,地表多為飽水的殘葉腐植土,進入其間,通行艱險,一般人無法識別方向和地物。隧址區(qū)第四系松散堆積層較為發(fā)育,基巖露頭較少,基巖出露處多為懸崖絕壁,難以攀登,加之區(qū)內(nèi)無居民、無道路通行,人跡罕至,物探工作和地質(zhì)調(diào)查極為艱難。

二、所用主要物探方法及測線布置

(一)主要選用方法

由于隧址區(qū)各種巖層電阻率有一定差異,而各類正常巖體與不良地質(zhì)體電性參數(shù)差異很大,為隧道埋深較深,本次物探工作主要方法為可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)。為了對該方法的成果進行檢查核對,又在主要異常如斷層和巖性分界處采用高密度電阻率成像法探測、氡射氣探測方法進行了探測。

(二)測線布置

本次物探高密度電阻率成像法探測布置了2條剖面,其中出口端沿隧道軸線剖面布置在CYK63+400-CYK64+670段,與CSAMT探測剖面重合了400m。剖面長1270m,點距10m,共布置電極128個,探測深度3SOm;輔助剖面布置在線路CYK63+500-CYK64+770段左側(cè)400m左右,剖面長1270m,點距10m,共布置電極128個,探測深度350m。由于隧道進口端及嶺脊段地表遍布漂卵石、大滾石,且多為飽水的殘葉腐植土,無法進行氡氣測量,將氧氣探測剖面沿隧道軸線布置在了CYK62+510-CYK64+680段地表,按l0m點距探測了243個點,實際剖面長度為2130m。CSAMT探測共完成探測剖面9.4km,其中沿C方案右線隧道軸線貫通的主剖面長8.0km(CYKSS+900-CYK56+900段因受地形、地貌條件限制無法布置測線、測點,未能進行物探工作),按50m點距布置測深點,在斷層、構(gòu)造破碎帶或巖層接觸帶等重點異常帶附近點距加密為25m,合計布置了28個CSAMT排列,共1%個CSAMT測深點;出口端輔助剖面布置在線路CYK63+630-CYK65+030段右側(cè)500m左右,剖面長1.4km,布置了4個50m點距的CSAMT排列,共28個CSAMT測深點。

三、物探成果

從隧道CYK54+800-CYK64+680段電阻率分布剖面可看到,除局部斷層帶和出口端電阻率較低外,整體以高阻為主,一般大于1000·m,最高的超過2500·m,以CYK62+000附近為界,沿線路方向隧道進口端圍巖的電阻率比出口端高,斷層帶圍巖電阻率為100-800·m,物探成果資料反映隧道區(qū)域發(fā)育具有一定規(guī)模的斷裂11條,對于專項地質(zhì)調(diào)查資料上已有的F5,F6,F:等三條斷層在物探成果中都得到了驗證。根據(jù)隧道圍巖電阻率的分布和反演處理成果,參考地質(zhì)資料并結(jié)合地質(zhì)調(diào)查結(jié)果綜合分析,物探成果新發(fā)現(xiàn)的8處異常帶可能是斷層或構(gòu)造破碎帶。

從隧道CYK54+800-CYK64+680段電阻率分布剖面可看到,除局部斷層帶和出口端電阻率較低外,整體以高阻為主,一般大于1000·m,最高的超過2500·m,以CYK62+000附近為界,沿線路方向隧道進口端圍巖的電阻率比出口端高,斷層帶圍巖電阻率為100-800·m,最低的小于50·m。物探成果資料反映隧道區(qū)域發(fā)育具有一定規(guī)模的斷裂11條,對于專項地質(zhì)調(diào)查資料上已有的F5,F6,F:等三條斷層在物探成果中都得到了驗證。根據(jù)隧道圍巖電阻率的分布和反演處理成果,參考地質(zhì)資料并結(jié)合地質(zhì)調(diào)查結(jié)果綜合分析,物探成果新發(fā)現(xiàn)的8處異常帶可能是斷層或構(gòu)造破碎帶。

隧道穿越的地層相對較為簡單,主要為震旦系下統(tǒng)上段流紋巖,隧道出口端局部有震旦系上統(tǒng)上段燈影組白云巖分布,僅在出口段有厚層第四系地層。流紋巖:隧道CYK54+795-CYK64+050段圍巖為震旦系下統(tǒng)上段的流紋,巖石致密、堅硬,屬硬質(zhì)巖,其工程性質(zhì)較好。CYK54+795-CYK62+000段流紋巖電阻率較高,以大于2000·m為主,而CYK62+000-CYK64+050段流紋巖電阻率比進口端低,為1000-2000·m,根據(jù)地質(zhì)調(diào)查分析這是由于兩方面的原因造成的,一方面原因是出口段流紋巖氣孔、杏仁狀構(gòu)造和柱狀節(jié)理較為發(fā)育,而進口段流紋巖氣孔、杏仁狀構(gòu)造發(fā)育較少,節(jié)理裂隙不發(fā)育,巖石更加致密完整;另一方面是因為出口段斷裂構(gòu)造比較發(fā)育,受其影響,該段巖層構(gòu)造裂隙比較發(fā)育。白云巖:隧道CYK64+050-CYK64+510段圍巖為震旦系下統(tǒng)上段燈影組白云巖,巖石致密、堅硬,中一中厚層,溶蝕現(xiàn)象不明顯,工程性質(zhì)較好,電阻率值大于1000·m,在斷層帶附近圍巖較為破碎,電阻率降至400-1000·m。第四系地層:第四系地層主要分布在出口段,CYK63+500-CYK64+510段第四系厚度大,局部超過100m。表層覆蓋的洪積和坡積物較為松散,充填不密實,電阻率值為800-2000·m;其下部以冰債為主,洪積層次之,較為密實,電阻率值為100-600·m。

四、結(jié)論

利用高密度電法和CSAMT法相互結(jié)合,在高速公路深埋隧道勘察中取得了較為理想的效果,但是由于CSAMT法和高密度電法都不能提供巖體波速,且局部具有多解性,工作中應(yīng)盡量采用多種勘察手段,并用少量鉆孔加以驗證,使地質(zhì)成果更接近實際情況。氡是一種放射性氣體,是地下深部放射性元素衰變的產(chǎn)物,溶于水。當巖石裂隙發(fā)育且連通性較好時,氡氣才能運移至地表附近,并在地表覆蓋層中富集,當有地下水存在時運移

條件更好,氡的濃度就會增高,斷裂帶往往具有上述特征,由于該方法成本較低,也不失為一種較好的輔助方法。

參考文獻:

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[2]李大心,地球物理方法綜合應(yīng)用與解釋,武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2003.

[3]肖克華,綜合物探在宋家灣隧道工程勘查中的應(yīng)用,資源環(huán)境與工程,2006,20(1):64-66.

作者簡介:

衛(wèi)剛金(1962-),男,安徽省煤田地質(zhì)局第二勘探隊,物探工程師,研究方向:物探。