工程物探法在浙江天公山隧道勘察中應(yīng)用研究

劉萃+沈國(guó)棟

摘要：天公山隧道穿越位于浙江省義烏市后宅街道嶺腳村和毛店橋頭之間的山體中，杭金衢高速公路的西側(cè)約300m左右，軸線與杭金衢高速公路近于平行。隧址區(qū)地形起伏較大，地貌上屬構(gòu)造剝蝕低山、丘陵，大部分基巖裸露，覆蓋層較薄。本次勘察主要利用高密度電阻率法，地震折射法，地震反射波法三種工程物探法對(duì)天公山隧道工程地質(zhì)特性進(jìn)行研究，為工程選址與施工提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：工程物探法；浙江天公山隧道；勘察；應(yīng)用研究

1.地質(zhì)與地球物理特征

1.1地質(zhì)特征

據(jù)義烏市1∶5萬地質(zhì)圖資料結(jié)合鉆探、地質(zhì)調(diào)繪，隧址區(qū)分布的地層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）主要為含碎石粉質(zhì)黏土，基巖為上侏羅統(tǒng)勞村組第二段（J3l2）巖性主要由灰紫色、淺灰色流紋質(zhì)晶玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r組成，局部夾流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖、沉凝灰?guī)r等；上侏羅統(tǒng)大爽組第一段（J3d1）巖性為由灰色礫巖、砂礫巖與灰紫色含礫砂巖、紫紅色粉砂巖等組成。本區(qū)處于江山-紹興深斷裂北西邊緣雙尖破火山內(nèi)，區(qū)域上北東向斷裂較發(fā)育，航衛(wèi)片線性影像清楚。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育2條（F1、F2）斷裂，為分水塘-大陳斷裂帶主干斷裂的組成部分。F1斷裂：斜貫區(qū)內(nèi)中部偏北西一帶，走向NE40°，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)>1km，斷面傾向南東，傾角50°～70°，局部發(fā)育構(gòu)造透鏡體、構(gòu)造角礫巖、構(gòu)造劈理、片理，顯示多期不同性質(zhì)的特點(diǎn)。F2斷裂：分布于區(qū)內(nèi)南東，走向NE40°，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)>350m，斷面傾向南東，傾角70°，力學(xué)性質(zhì)為壓扭性。

1.2地球物理特征

通過本次物探勘查，結(jié)合前人工作經(jīng)驗(yàn)，勘查區(qū)范圍內(nèi)各類巖石等目標(biāo)體的視電阻率ρs、縱波速度νp詳見表1。

2.物探觀測(cè)裝置和參數(shù)

2.1高密度電阻率法

本次勘查采用偶極觀測(cè)裝置。偶極裝置也就是對(duì)稱四極電阻率測(cè)量裝置，A、B作為供電電極，M、N為測(cè)量電極，本次采用等比裝置，MN與AB的比，控制在1/3～1/30的范圍利用直流電場(chǎng)理論和均勻地下半空間電場(chǎng)分布規(guī)律，來研究某一層深度的電阻率變化規(guī)律。隨著間隔系數(shù)n的逐漸增大，電極間距也均勻拉開，探測(cè)深度也隨著層層往下增大，最終由計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪成呈倒梯形的斷面彩圖。野外實(shí)際工作，取最小間隔系數(shù)1，最大間隔系數(shù)27，點(diǎn)距9.0m，一個(gè)排列由80個(gè)電極組成，剖面長(zhǎng)度711m；工作電壓180V～270V。

2.2地震反射波法

地震反射波法勘探采集參數(shù)：總道數(shù)24道，道距2.0m，偏移距6.0m，采樣間隔100μs，采樣點(diǎn)數(shù)2048點(diǎn)，頻率上限4000Hz，頻率下限80Hz，震源采用24磅榔頭敲擊鐵板激震。采用共炮點(diǎn)、3次覆蓋、12道觀測(cè)的觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)，用驕佳技術(shù)公司的反射波處理軟件分析處理。a—a剖面，起點(diǎn)坐標(biāo)X=3251254.2，Y=207235.8，終點(diǎn)坐標(biāo)X=3251377.8，Y= 207310.0。都在一個(gè)坡上，同向軸連續(xù)可追，旅行時(shí)t0在24～ 30ms間，推斷是微風(fēng)化基巖面的反映，只在靠近溝底，同向軸稍有變動(dòng)，推斷受F1斷裂影響。b—b剖面，起點(diǎn)坐標(biāo)X= 3251996.0，Y=207680.7，終點(diǎn)坐標(biāo)X=3252344.2，Y= 207889.5。由于地形上下起伏太大，處理結(jié)果很差。

2.3地震折射法勘探

經(jīng)野外試驗(yàn)，地震折射波法采集參數(shù)：道數(shù)12道，道距5.0m，偏移距20.0m，采樣間隔500μs，采樣點(diǎn)數(shù)1024點(diǎn)，頻率上限4000Hz，頻率下限0.1Hz，震源采用24磅榔頭敲擊鐵板激震。采用相遇追逐觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)，用t0差數(shù)時(shí)距曲線法分析、繪制折射界面。

3.工程物探成果解釋

3.1物探異常的推斷依據(jù)

（1）視電阻率異常特征：視電阻率曲線色帶均勻，變化緩慢，反映地下介質(zhì)較均勻或?qū)用孑^連續(xù)；如果呈高阻，則說明巖性較完整；如果呈相對(duì)的低阻，則說明基巖風(fēng)化層有一定厚度。若在高阻、變化均勻的視電阻率曲線上出現(xiàn)雜亂、孤立的相對(duì)低阻異?；蛞曤娮杪十惓３霈F(xiàn)明顯的梯度帶，則說明巖性較破碎或發(fā)育斷層。淺部孤立的相對(duì)高低阻異常一般為覆蓋層引起。

（2）折射波時(shí)距曲線特征：低波速對(duì)應(yīng)第四系、全風(fēng)化層厚或基巖破碎，高波速對(duì)應(yīng)風(fēng)化弱、基巖完整。

（3）同向軸連續(xù)、可追索，表面基巖完整；同向軸錯(cuò)斷、尖滅或存在繞射弧，表明發(fā)育斷裂構(gòu)造或巖溶等。

3.2工程物探成果解釋

（1）軸線

工程物探地質(zhì)縱剖面（設(shè)進(jìn)洞口--坐標(biāo)：X=3251280.2，Y=207251.5為隧道起點(diǎn)，里程0。下同）。①0+000～0+025段25mⅣ級(jí)：第四系（全風(fēng)化層）～強(qiáng)風(fēng)化層厚1.5～2.0m，νp<700m/s，ρs<200Ω·m；中～微風(fēng)化層νp>3000m/s，ρs= 800～2000Ω·m。隧道通過第四系（全風(fēng)化層）～強(qiáng)風(fēng)化層，施工時(shí)要做好防水、止水措施。隧道埋置較淺，受f1斷裂影響，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級(jí)圍巖。②0+025～0+345段320mⅡ～Ⅲ級(jí)：第四系（全風(fēng)化層）～強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0～2.0m，νp<700m/s，ρs<500Ω·m；中～微風(fēng)化層νp>3000m/s，ρs=800Ω·m～2000Ω·m。地下水主要為基巖裂隙水，隧道穿越中～弱風(fēng)化層，圍巖穩(wěn)定性較好，為Ⅲ級(jí)圍巖。③0+345～0+375段30mⅣ級(jí)：J1節(jié)理密集帶，寬3m～5m，視電阻率ρs<500Ω·m；地下水為基巖裂隙水，可能有線狀滲水現(xiàn)象；圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級(jí)圍巖。④0+375～0+540段165mⅡ～Ⅲ級(jí)：第四系（全風(fēng)化層）～強(qiáng)風(fēng)化層厚0.5m～2.0m，νp<700m/s，ρs<500Ω·m；中～微風(fēng)化層νp>3000m/s，ρs=800Ω·m～2000Ω·m。地下水主要為基巖裂隙水，隧道穿越中～微風(fēng)化層，圍巖穩(wěn)定性較好，為Ⅲ級(jí)圍巖。⑤0+540～0+590段60mⅣ級(jí)：J2節(jié)理密集帶，寬3m～5m，視電阻率ρs<500Ω·m；地下水為基巖裂隙水，可能有線狀滲水現(xiàn)象；圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級(jí)圍巖。⑥0+590～0+955段365mⅡ～Ⅲ級(jí)：第四系（全風(fēng)化層）～強(qiáng)風(fēng)化層厚0.5～2.0m，νp<700m/s，ρs<500Ω·m；中～微風(fēng)化層νp>3000m/s，ρs=800Ω·m～2000Ω·m。地下水主要為基巖裂隙水，隧道穿越中～微風(fēng)化層，圍巖穩(wěn)定性較好，為Ⅱ～Ⅲ級(jí)圍巖。⑦0+955～1+156段201mⅣ級(jí)：F2斷裂發(fā)育帶，寬8m～15m，視電阻率ρs<500Ω·m；地下水為基巖裂隙水，可能有線狀滲水現(xiàn)象；隧道埋置較淺，受F2斷裂影響，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級(jí)圍巖。endprint

（2）隧道進(jìn)洞口

B—B（里程0+007）工程物探地質(zhì)橫剖面長(zhǎng)110m。第四系（全風(fēng)化層）～強(qiáng)風(fēng)化層厚0.5m～1.5m，νp<700m/s，ρs<500Ω·m；中～微風(fēng)化層νp>3000m/s，ρs=800～2000Ω·m。隧道埋置淺，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級(jí)圍巖。

（3）隧道出洞口

D—D′（里程1+155）工程物探地質(zhì)橫剖面長(zhǎng)110m。第四系（全風(fēng)化層）～強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0m～2.5m，ρs<500Ω·m；中～微風(fēng)化層νp>3000m/s，ρs=800～2000Ω·m。隧道埋置較淺，圍巖穩(wěn)定性較差，為Ⅳ級(jí)圍巖。

4.結(jié)論與建議

（1）通過本次物探勘查，在隧址區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)F1、F2二條斷裂和J1、J2二條節(jié)理帶。F2斷層與隧道呈小角度相交，對(duì)隧道施工影響較大；F1、J1、J2等構(gòu)造對(duì)隧道影響不大。

（2）隧址區(qū)屬剝蝕低山地貌，出露巖性主要為第四系殘坡積含碎石黏性土、上侏羅統(tǒng)勞村組二段（J3l2）玻屑凝灰?guī)r。

（3）查明了隧址區(qū)第四系殘坡積蓋層厚度和基巖垂向分帶情況。按風(fēng)化程度不同，隧址區(qū)基巖可分為強(qiáng)風(fēng)化層、中～微風(fēng)化層。

（4）隧址區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。區(qū)域穩(wěn)定性良好。

（5）劃分了隧址區(qū)圍巖類別。隧道全長(zhǎng)1156m，其中Ⅱ～Ⅲ類圍巖長(zhǎng)850m，占隧道總長(zhǎng)的73.53%；Ⅳ類圍巖長(zhǎng)306m，占隧道總長(zhǎng)的26.47%。

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