隧道地面塌陷區綜合物探技術的研究分析

房俊超

(中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024)

隨著我國鐵路大規模建設及電子計算機技術的發展，隧道工程中的物探技術也隨之提高和拓寬，許多新技術、新方法如探地雷達技術、面波勘探技術、高密度電法、高密度地震影像法技術等都在實踐中取得了良好的應用效果，在隧道斷層、軟弱破碎帶、溶洞、涌水涌泥等問題勘察中發揮著愈來愈重要的作用。論文以沈丹客專于家嶺隧道工程為例，針對工程地面塌陷問題開展綜合物探技術研究，清晰揭示了不良地質體，有效查明了地面的塌陷原因。

1.沈丹客運專線于家嶺隧道工程概況

沈丹客運專線于家嶺隧道穿越遼東低山區，隧道起訖里程為DK110+560－DK115+235，全長4675m。洞身最大埋深約276m，最小埋深約25m，沿線地形起伏較大。隧道范圍內丘間溝谷內表層多為第四系上更新統坡殘積 (Q3d1+e1)粗角礫土覆蓋，隧道洞身通過地層主要為元古代遼河群里爾峪組 (Ptlhlr)大理巖、大石橋組 (Ptlhlr)大理巖及蓋縣組 (Ptlhlr)板巖等地層。

2.地面塌陷及隧道施工概況

2.1地面塌陷概況

2013年7月19日－7月24日間，本地發生數次較強降雨，于家嶺隧道線路上方及附近地面陸續發生塌陷現象。地面塌陷主要出現在DK114+300－DK114+700隧道兩側的村莊及耕地內，距隧道中線垂直距離最遠達69.3m。各地面塌陷坑均發生在隧道開挖過后一定時期內，并集中出現在較強降雨期間。大部分塌陷分布在低注地段的沖溝附近，個別塌陷發生在溝谷一側的緩坡地帶。據調查和村民反映，居民房屋區未見塌陷及房屋裂縫。典型塌陷坑主要塌陷特征如圖1和圖2所示:

2．2隧道施工概況

地面塌陷區分布與隧道線路距離較近，因此，對隧道施工中出現的問題進行了調查。調查發現，2012年5月及7月，于家嶺隧道掌子面分別施工至里程DK114+552和DK114+535時，掌子面右側均出現溶洞，第一次洞寬2m，洞高4.5m，洞深3.9m。充填松散狀泥砂及少量塊石，直徑為0.1－0.4m，最大塊徑0.6m，有少量的渾濁的地下水沿洞壁流出。第二次溶洞寬約4.5m，面向掌子面深約3m，高約5.5m。對出現的溶洞采用了引排水、混凝土回填、注漿等處理措施，但由于持續降雨，水量比較大，且此段為淺埋段，受地面降水補給影響較大，溶洞塌腔體內充填物及洞頂松散體繼續塌落涌出，至2012年6月18日塌落才基本穩定，溶洞頂塌方高度約15m，并有大量出水。如圖3圖4所示:

3．綜合物探技術勘察的應用分析

為了查明草祁公路與于家嶺隧道交叉處及附近公路路基的安全隱患區域，同時查明房屋周邊是否會產生巖溶坍陷，危及房屋安全，開展了于家嶺隧道附近地面塌陷探查的物探工作。

3．1物探工作布置

根據該區域地形、巖性及地下水補給充足等特點，采用高密度電法、地質雷達法、地震映像法及激發極化法開展了綜合物探勘察工作。野外使用AGI高密度電法儀和SIR－20地質雷達 (100MHz天線)、NZ－72地震儀、GDD激電儀開展采集工作。高密度電極裝置類型為反向斯倫貝謝及偶極裝置，電極距為2m，每個排列108－144根電極，設計勘探深度40m左右，供電時間1.2s。地質雷達采樣長度300ns，10m一個標記。地震映像法采用60Hz檢波器，點距1m，偏移距1m0激發極化法采用偶極一偶極裝置開展工作，方波形式供電，供電時長2m，信號供電周期8s，供電電流大于0.5A。

3．2綜合物探勘察成果

結合現場地形、地面特征及已知資料對各測線進行分析，從物探剖面上共發現高密度電法異常6處、探地雷達法異常17處、地震映像法異常29處、激發極化法異常6處。根據物探成果，物探異常主要分布在溝谷低注地帶，沿沖溝兩側條形區域和在已發生塌陷的區域內分布頻次相對較高，尤其在DK114+570附近草祁公路與隧道交叉地段及DK114+600處隧道中線東側高家堡村7戶居民院落附近物探異常較為明顯。物探異常主要解釋為溶蝕裂隙發育區和塌陷區異常。

根據物探成果，在異常區域布置了鉆探，通過鉆探揭示物探異常處鉆孔巖心多為塊狀和短柱狀，說明巖溶裂隙相對較發育，而揭示出溶洞的13－ZBD－505和13－ZBD－506等兩鉆孔均在溝谷低注地帶，屬物探異常明顯且塌陷坑出現頻次較高的區域，這也證實了地面塌陷多發育在溝谷內溶蝕裂隙及溶洞較為發育的地段。

4．隧道工程地面塌陷原因分析

通過現場調查、綜合物探勘察及鉆探成果，初步分析了塌陷原因，分析表明:

(1)隧道開挖之前，此地從未發生過地面塌陷，而隧道開挖以后，地面塌陷才成群地發生，這說明地面塌陷的發生確與隧道施工存在一定的聯系。

(2)地下水位較高，地面水主要沿河床以溪流的形式向下游排泄，地下潛流發育較弱，對土體的潛蝕作用也相對較弱，很難形成較大規模的土洞和地面塌陷。

當隧道開挖以后，地下水向隧道內排泄，導致地下潛水位降低，在巖溶裂隙、溶洞發育地段，形成較為集中的排水通道，并使地下水與地面徑流聯通，形成地下潛流。隨著時間的推移和隧道的不斷排水，地下潛流在流經的土石分界處將土體逐漸沖蝕帶走而形成土洞。在集中降雨期間，地面徑流和地下潛流突然增強，對土體的沖蝕作用明顯加劇，土洞迅速擴大。加之降雨對土體的軟化作用，從而導致地面塌陷在較強降雨期間成群發生。因此，可以推斷，隧道施工開挖改變了地下水的流動及其水動力條件，汛期集中降雨加劇了地下水運動，故誘發了地面塌陷。

［1］韓松，劉黎東，張連偉．綜合物探技術在鐵路隧道勘察中的應用研究［J］．鐵道勘察，2010，05:27－30．

［2］胡樹林，陳煊．綜合物探技術在油氣管道隧道勘察中的應用 ［J］．工程勘察，2010，S1:633－639．

［3］占文鋒，王強，賀學海．綜合物探技術在跨地鐵建筑場地地基勘察中的應用［J］．施工技術，2015，07:55－59．