綜合物探勘察方法在錦承線鐵路東南山隧道的應用研究

摘 要：文章通過在錦承線鐵路東南山隧道采用淺層地震折射波法和高密度電阻率法相結合的綜合物探方法相結合使用，可相互補充驗證，是工程地質勘察的有效方法，后期工程地質鉆探驗證表明了綜合物探探測結果的可靠性。

關鍵詞：錦承線鐵路東南山隧道；綜合物探；工程地質勘察

1 概述

鐵路隧道勘察在鐵路建設項目環節中既是的一個重點，又是難點。重點在于其成果對于工程建設的指導作用，難點在于地形地貌條件復雜，野外作業難度大，一種探測方法或多或少具有片面性。本文在錦承線鐵路東南山隧道采用高密度電阻率法和淺層地震折射波法相結合的綜合物探法，其主要目的是為了查明土石界線及基巖風化層厚度；查明隧道通過區的巖性、構造、侵入接觸帶位置、地下水及其他不良地質情況等。通過物探工作，查明隧道的工程地質條件，為鐵路設計提供工程地質依據 。通過與該路段工程地質鉆探相結合，驗證該綜合物探方法的實用性和有效性。

2 東南山隧道地質及地球物理特征

2.1 地質特征

沿線地層普遍被第四系堆積物覆蓋，其成因類型主要為沖積、洪積、坡積，所包含巖土種類有黏性土、粉土、淤泥質土、砂類土及碎石土。覆蓋層下伏多為沉積巖及變質巖，局部有巖漿巖，所含巖石種類有砂巖、泥巖、頁巖、礫巖、煤層、石灰巖、片麻巖、角閃巖、石英巖，伴有安山巖、玄武巖、流紋巖等噴出巖。

2.2 地球物理特征

物探的前提條件是探測的目標物與圍巖存在物性差異。首先，我們需要在測區附近進行巖性調查，并且需要測定巖石標本的物性參數（見表1）。根據現場露頭測試、標本測試情況及經驗值，我們將巖（土）性進行以下分類：

根據表1可以看出來，巖石標本的物性參數測定是非常重要的。從表中也可以清楚的看到，我們所需探測的目標物，均與圍巖存在明顯的物性差異，具備地球物理勘探的前提條件，可以進行高密度電法與淺層地震相結合的綜合物探法。

3 綜合物探方法理論原理

3.1 高密度電阻率法基本原理

高密度電法是由電極排列采用三電位電極系的溫納裝置（α排列裝置），基本原理是：電極按供電正極-測量正極-測量負極-供電負極的布極方式，等比例排列在剖面上，獲得某一深度的視電阻率值。

高密度電法工作選擇每排列一次性布設若干根電極（根據設計要求和場地地形實際情況定），電極距根據實際要求設定。測量時，AM=MN=NB為一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到第一條剖面線；接著AM、MN、NB增大一個電極間距，逐點向右移動，得到另一條剖面線。這樣不斷掃描下去，得到倒梯形斷面。

3.2 淺層地震折射波法基本原理

地殼淺部常被近似為層狀介質，各層介質具有不同的速度，同一層介質也存在橫向和縱向上的速度變化。地震波在地下介質中傳播，當通過速度不同的介質分界面時，波就會改變原來的傳播方向。在上層介質的速度小于下伏介質速度的情況下，地震波以臨界角出射到達介質分界面時，就會發生臨界折射現象，產生沿界面傳播的“滑行”波，引起界面各質點的振動，并以新的形式傳至地面。淺層地震折射波法就是根據折射波傳播理論，利用記錄的折射旅行時來解釋推斷地下淺部地質構造[2-4]。

4 探測結果分析研究

本次綜合物探工作目的是：查明土石界線及基巖風化層厚度；查明隧道通過區的巖性、構造、侵入接觸帶位置、地下水及其他不良地質情況等。通過物探工作，查明隧道的工程地質條件，為鐵路設計提供工程地質依據。

4.1 物探研究成果

經對原始記錄進行對比分析，剔除突變點，利用高密度電法軟件進行反演計算繪制成視電阻率剖面圖，見下圖（本論文選取其中一段測線）。

DK215+430～DK216+820段測線長度1390米，測點數140點，沿隧道軸線布設，測線位置見圖1。

測線的地震原始記錄在室內做回放、拼接和濾波待預處理后經人工讀取初至時間，繪制成原始時距曲線。經過地形校正和遠炮點時距曲線的平移處理后，組成每一個排列的相遇時距曲線，且各排列的相遇時和排列之間的連接點時間均在規范規定的誤差范圍之內。根據相遇時距曲線，利用折射波勘探解釋方法中射線跟蹤法對各排列分別進行反演運算[5-6]，并進行校正、擬合。最后得出各排列的基巖面埋深和彈性波速度及上覆層的彈性波速度。綜合各段測線的時距曲線與深度分布圖，得到DK215+430～DK216+820段淺層地震剖面圖，見圖2。

由圖2我們得到DK215+430～DK216+820段低速層縱波平均波速范圍348.1m/s～564.4m/s，厚度范圍約2.0m～20.0m，局部地段埋深可達到28.0m，下伏地層為堅硬狀態的粉質黏性土或基巖，縱波波速值較高，分布范圍1349.4m/s～3912.4m/s，基巖埋深范圍約4.0m～18.0m。

4.2 綜合物探研究成果（DK215+430～DK216+820段）

綜合分析高密度電阻率法、地震折射波法的探測結果，得出各測線的綜合結果如下：

由圖2 DK215+430～DK216+820段綜合物探斷面圖我們對該地段可以做以下推斷：

DK215+430～DK215+700段，隧道進口處，覆蓋層比較厚，隧道開挖時應注意支護；紅色實線以上部分為低速層，縱波平均波速為348.1～514.7m/s，推斷為第四系覆蓋層及松散耕土層；灰色實線為土石界線，下伏地層為完整基巖，測試縱波平均波速為3911.2～3912.4m/s。該線路段視電阻率分布范圍為20Ω·m～1800Ω·m，視電阻率變化較大，但呈層狀分布，上部主要為耕土和地表巖石風化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高，下部為全風化、強風化基巖，巖體破碎，裂隙很發育。

DK215+700～DK215+900段，覆蓋層黏性土厚度比較均勻，厚度在10米左右；紅色實線以上為低速層，縱波平均波速為461.4～478.6m/s，推斷為第四系覆蓋層及松散耕土層；灰色實線為土石界線，堅硬狀態粉質黏性土縱波平均波速為1991.1～2575.9m/s；下伏為基巖，隧道洞身經過地層基巖比較完整、穩定。該線路段視電阻率為20Ω·m～6000Ω·m，視電阻率變化大，上部主要為耕土和地表巖石風化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高；中部為全風化、強風化基巖，巖體破碎，裂隙很發育；下部視電阻率高，無斷裂構造，裂隙不發育，為完整基巖。

DK215+900～DK216+000段，覆蓋層較厚，最厚處約28米左右，距離隧道洞身較近，可能會影響到隧道的穩定性，應該引起注意！該線路段視電阻率分布范圍為20Ω·m～2000Ω·m，視電阻率變化大，上部主要為耕土和地表巖石風化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高，下部為全風化、強風化基巖，巖體破碎，裂隙很發育，結合周圍巖體分布情況，推測該地段為一構造破碎帶，隧道設計和施工時應注意其不利影響。

DK216+000～DK216+250段，覆蓋層厚度比較均勻，厚度在10米左右；紅色實線以上為低速層，縱波平均波速為440.1～451.4m/s，推斷為第四系覆蓋層及松散耕土層；灰色實線為土石界線，堅硬狀態粉質黏性土縱波平均波速為1349.4～1880.9m/s；隧道洞身經過地層基巖比較完整、穩定，對隧道無影響。該線路段視電阻率分布范圍為20Ω·m～6000Ω·m，視電阻率變化大，上部主要為耕土和地表巖石風化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高；中部為全風化、強風化基巖，巖體破碎，裂隙很發育；下部視電阻率高，無斷裂構造，裂隙不發育，為完整基巖。

DK216+250～DK216+820段，該段應引起注意，巖土界線多處距離隧道洞身位置比較近，可能會對隧道的穩定性產生影響；紅色實線以上為低速層，縱波平均波速為479.9～564.4m/s，推斷為第四系覆蓋層及松散耕土層；灰色實線為土石界線，堅硬狀態粉質黏性土縱波平均波速為1415.2～1749.7m/s。該線路段視電阻率分布范圍為20Ω·m～1800Ω·m，視電阻率變化較大，且分布不均勻，上部主要為耕土和地表巖石風化后的坡、殘積物形成的含碎（塊）石類黏性土，且含水量高，下部為全風化、強風化基巖，巖體破碎，裂隙很發育。

5 結束語

通過對綜合物探勘察在錦承線鐵路東南山隧道中的應用研究，我們得出以下結論：

5.1 綜合物探探測結果表明，東南山隧道隧址區無大型斷層、滑坡、泥石流等不良地質現象，不存在巖溶、煤層和可采礦體，隧址區區域穩定性較好。

5.2 在東南山隧道DK215+430～DK216+820段測線DK215+910～DK215+990處有一條構造破碎帶。

5.3 高密度電阻率法、淺層地震折射波法是工程地質勘察的有效方法；淺層地震折射波法適于淺層探測，高密度電阻率法相對適用于中深層探測；兩者相結合使用可相互補充驗證，是工程地質勘察的有效方法。

5.4 加強物探勘察研究應用，可全面系統地規避地質風險，消除鐵路線路穿越地帶潛在的安全隱患，是一種科學合理、經濟適用的好方法。

參考文獻

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作者簡介：廖勇（1980-），男，2004年畢業于中國礦業大學（北京校區）地質工程專業，碩士研究生學歷，國家注冊土木（巖土）工程師，工程師。