多種物探手段在青木園2﹟隧道勘察中的應用

【摘 要】為解釋和判斷隧道斷面巖層及發育的不良地質體，在本次青木園2#隧道勘察過程中運用淺層反射地震法和高密度電法對其進行輔助勘探。推斷灰巖段有溶洞存在，巖溶較發育，連通性差；進、出洞口處巖石較破碎，穩定性差；隧道軸線穿越地段圍巖區域內，圍巖巖體總體較完整，局部存在破碎、裂隙較發育，隧道圍巖的穩定性總體較好。鉆探資料顯示，ZK4深度在15.0m～55.0m處，巖體破碎，巖溶、大裂隙發育并間斷相聯吻合，64.0m處出現的低阻區域，推測為鉆孔鉆進時水、泥漿等低阻物充填了溶洞及裂隙。

【關鍵詞】隧道勘察；泥盆系；淺層反射地震；高密度電法；溫納裝置；反演

1. 工程概況

青木園2#隧道（見圖1）位于四川省廣元市朝天區蒲家鄉，進口端屬于山埡村二組，出口端屬于山埡村六組，水平長度為1333.7m，屬中長隧道。隧道縱斷面形式為“人”字坡隧道，進口段：坡度為6.27%（約3.9°）；出口段：坡度為-1.0%（約-0.573°），隧道洞身凈斷面尺寸為3.0m×3.8m（寬×高），該隧道為單建山體隧道。

2. 地形地貌

（1）隧址區地處龍門山、米倉山構造帶的交接帶，內外地質應力強烈作用，龍門山、米蒼山及其以北山地上升，四川盆地大幅沉降，地形地貌主要受地質構造和巖性制約，表現為構造侵蝕中山地貌。

（2）隧址穿越區山體整體走向北西——南東向，區內最高海拔為1346.1m，最低點為出口溝谷內，海拔高程927.3m，相對高差418.8m。山體斜坡坡度40°～50°，局部地段60°～80°。隧道進口位于斜坡中下部階梯狀平臺處，山體斜坡坡度25°～30°，其下方為階梯狀緩坡。隧道出口位于斜坡中部平臺，位于蘭成渝伴行路內側，整體斜坡坡度45°～50°，局部區域斜坡坡度60°～70°，出口下方為切割嚴重的深溝，地形坡度較大，較為破碎。隧道穿越軸線整體上陡下緩。

3. 地層巖性

隧址區域的地層特征見表1：

4. 工程物探

4.1 淺層反射地震勘探。

4.1.1 地球物理條件。

根據勘察，隧址區地層主要為第四系全新統、三疊系下統銅街子組泥巖（T1t）、二疊系茅口組灰巖（P1m）、泥盆系中統觀霧山組白云質灰巖（D2g）和志留系中——上統泥巖（S2+3），各巖層之間波阻抗介質層之間存在波速差異，具備進行淺層地震反射法勘探的地球物理條件。

4.1.2 測線布置及參數設置。

（1）為有效查找地下不良地質體，布置試驗剖面2條，長度分別為141.0m、235.0m，勘探主剖面1條，沿隧道中軸線布置，起點為隧道入口樁向外延伸60.0m，終點為隧道出口樁向外延伸62.0m，長度1435.0m，合計淺層地震剖面長度1811.0m。

（2）此次淺層反射地震勘探使用錘擊震源，多次錘擊效果疊加得到地震記錄。地震勘探的觀測系統及具體的野外數據采集參數見表2。

4.1.3 資料解釋。

（1）圖2、圖3為淺層反射地震深度剖面圖，圖上顯示在深度約為30.0m、55.0m、120.0m出現明顯的反射波連續同相軸，反射波能量不均勻，根據波速特征，結合地質資料，推斷為巖體物性變化引起的反射界面，分段具體解釋如下。

（2）0.0m（QMY2C1）至255.0m段：反射波同相軸較連續，整體各層波速較低，泥巖斷續出露，推斷此段地下為泥巖；崩坡積層分布于地表，初至反射波同相軸埋深25.0m－35.0m，根據地質調查資料，本段崩坡積厚0.00m～13.87m，據此推斷，崩坡積與泥巖接觸面未形成反射界面，不產生反射波，初至反射波為強風化泥巖與中風化泥巖分界面所反射；反射波能量反射不均勻，表明巖體較破碎；試驗結果顯示第四系松散層波速為Vp（松）=600～800m/s。強風化泥巖厚5m～25m，波速為Vp（泥巖）=800～1400m/s，中風化泥巖厚20～50m，波速為Vp（泥巖）=2100～2600m/s，微——未風化泥巖波速為Vp（泥巖）>3000m/s。

（3）255.0m至1227.0m段：反射波同相軸連續性較差，整體各層波速較較高，灰巖斷續出露，且鉆孔揭露下部為灰巖，故推斷此段地下為灰巖。反射波同相軸有缺失或有繞射現象，反射波能量時而衰減快，時而衰減慢，推斷有溶洞存在，巖溶較發育，但連通性差。強風化灰巖厚度變化大，一般厚10.0m～25.0m不等，波速為Vp（灰巖）=1400～2000m/s；中風化灰巖厚20.0m左右，波速為Vp（灰巖）=3500～4000m/s；微——未風化灰巖波速為Vp（灰巖）>4000m/s。

（4）1227.0m至1333.7 （QMY2C2）段：反射波同相軸較連續，整體各層波速較低，泥巖連續出露。反射波能量反射不均勻，表明巖體較破碎。強風化泥巖厚15.0m～25.0m，波速為Vp（泥巖）=800～1400m/s；中風化泥巖厚20.0m－30.0m，波速為Vp（泥巖）=2100～2600m/s；微～未風化泥巖波速為Vp（泥巖）>3000m/s。

4.2 高密度電法勘探。

4.2.1 地球物理條件。

根據鉆孔資料揭露，巖體較破碎、巖溶發育。為查明該段穿越工程潛在的不良地質體，在該區域內進行高密度電法測試。該區域覆蓋層為第四系坡積層，基巖為二疊系茅口組灰巖，覆蓋層視電阻率值在20～200Ω·m間，查找目標體在有效電場范圍內，地電數據能從周圍地電干擾因素中有效分離出來，周圍地質環境具備電法勘察條件。

4.2.2 測線布置及測試參數。

（1）為查明ZK4附近不良地質體范圍，在該孔附近十字交叉法布置測線2條，01剖面穿過ZK4，長度126.0m，02剖面沿隧道中軸線布置，長度110.0m，合計長度236.0m。兩條剖面交點在中軸線上，ZK4在01剖面64.0m處。場地情況及測線布置見圖4。

（2）此次測試采用E60CN高密度電法儀，該儀器具有24位轉換精度，測試電極距為2.0m，采用恒流的方式進行數據采集。為便于對比解釋，采用兩種裝置形式（溫納裝置、二極裝置）進行數據采集。此次高密度電法具體參數見表3。

4.2.3 反演成果解譯。

圖5～8為測試剖面反演成像圖，圖像資料顯示電性界限明顯，呈明顯層狀結構。01剖面覆蓋層厚度為4.0m～10.0m，視電阻率值為30.0Ω·m～700.0Ω·m；灰巖層，視電阻率值在700.0Ω·m～3000.0Ω·m；02剖面顯示，該剖面上覆蓋層厚度為5.0m～25.0m，視電阻率值為30.0Ω·m～700.0Ω·m；灰巖層視電阻率值為700.0Ω·m～3500.0Ω·m。

5. 結論

5.1 淺層反射地震解釋結論。

隧道中軸線上，覆蓋層厚度0～13.87m，波速為Vp（松）=600～800m/s，強風化泥巖、灰巖厚度5.0m～25.0m，波速分別為Vp（泥巖）=800～1400m/s，Vp（灰巖）=1400～2000m/s；中風化泥巖、灰巖的厚度25.0m～50.0m，波速分別為Vp（泥巖）=2100～2600m/s，Vp（灰巖）=3500～4000m/s；微～未風化泥巖、灰巖的波速分別為Vp（泥巖）>3000m/s，Vp（灰巖）>4000m/s。推斷灰巖段有溶洞存在，巖溶較發育，連通性差；進、出洞口巖石較破碎，穩定性差；隧道軸線穿越地段圍巖區域內，圍巖巖體總體較完整，局部較破碎、裂隙較發育，隧道圍巖的穩定性總體較好。

5.2 高密度電法解釋結論。

由圖像資料解譯，兩條剖面交叉位置，深度20.0m～65.0m，寬度為中軸線左側約40.0m，右側約50.0m范圍內，灰巖視電阻率值大于3000.0Ω·m，為異常高阻。與鉆探資料聯合解釋，可得到以下結論：ZK4深度在15.0m～55.0m巖體破碎巖溶、大裂隙發育并間斷相聯吻合，64.0m處出現的低阻區域，判斷為鉆孔鉆進時水、泥漿等低阻物充填了溶洞及裂隙。

參考文獻

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