高密度電法在隧道工程中的應用

摘要：本文通過分析高密度電法的原理及施工工藝，結合隧道工程的實際應用，說明高密度電法是適合在隧道工程中探測巖溶等不良地質體，高密度電法具有以下優點：成本較低、施工方便、效率高、易操作、信息豐富且解譯方便。高密度電法是一種探測巖溶等不良地質體效果良好的物探手段，在今后的大型工程中值得推廣應用。

關鍵詞：高密度電法；大陽山隧道；CSAMT

1高密度電法的原理及工藝

高密度電法[5]是同典型的電阻率法的工作原理是一致的，都是以地下介質間的導電差異性為前提條件的，且同時具備了剖面法與測深法的功能，與傳統的電阻率法不同的是高密度電法的關鍵在于觀測點的密度高，而且是一次布設的陣列勘探方法。

若排列電極的電極距不變，而記錄點位置移動時，即為電剖面法，測地電橫向變化；若排列電極的電極距變化，而記錄點位置不變時，即為電測深法，測地電垂向變化，數據采集完成后，將原始數據傳入電腦，通過高密度電阻率層析成像處理系統得到二維高密度電法電阻率反演斷面圖，供地質解釋劃分地層、判斷異常，推斷出斷層、巖溶及采空區等的分布情況，為后續的設計施工提供地質依據。

2工程概況及物理特征

研究區為擬建蘇州一隧道工程，是為了打破山體分隔，打通東西向通道，促進西部新城區的發展。該區域地質災害高易發，滑坡、巖溶發育，為查明隧道線路段的斷裂、采空區及巖溶的分布情況，采用高密度電法進行勘探，結合區域地質資料及其他勘探手段得到的資料，為工程的順利施工提供保障。

該工程共布置了7條高密度電法測線，分別在隧道進口處設置4條高密度電法測線（G1、G2、G3、G4）和出洞口處設置3條測線（G5、G6、G7），采用的是重慶地質儀器廠生產的120道DUK～2型高密度電法測量系統，該系統對允許的最大接地電阻可以通過輸入預置終止條件參數來實現，減少了因電極引起的測量誤差，提高了測量數據可靠性。

該工程測線位置定位，采用JSCORS系統確定測線端點位置，在測線內利用測繩量距確定點位。根據現場試驗結果分析，確定施工時一次性布設電極90～120根，電極距為5m，最小隔離系數為1，最大隔離系數為29，采用溫施2裝置做長測線觀測，利用轉換器實現數據采集的自動化。為使深部數據連續，采用疊加方式，保證本次N=29的數據連續性。工作中每相鄰排列有60根電極重復，最終獲得倒梯形斷面。之后利用儀器的RS232通訊功能傳人電腦，通過軟件處理得到電阻率反演圖，結合現場的地質資料進行地質解釋。

高密度電法的前提是地下介質間的導電性差異，第四系覆蓋層、基巖和斷裂破碎帶、巖溶、采空區三者之間電性差異明顯。當基巖斷裂、破碎或者裂隙較發育并充填泥質、水等雜物時，它與相對完整的基巖相比，呈低電阻率低波速物理特征；巖溶和采空區充填水和泥沙等一些低阻物體時表現為低阻，若沒有充填低阻體，而是空洞時表現為高阻異常，這為采用高密度電法查明是否存在斷層破碎帶、巖溶和采空區等不良地質現象及推斷圍巖級別提供前提條件。

3應用實例

高密度電法的地質解釋是以電阻率反演斷面圖為依據，結合現場地質情況，劃分層位，確定層位的地質含義；仔細判讀異常特征，辨別真偽，區分真假異常以達到探測判斷可能存在的斷層破碎帶位置、規模及是否存在采空區、巷道、滑坡、巖溶等特殊地質現象。

3.1G1測線成果解釋

G1沿著隧道方向布置，位于擬建隧道工程西側，對應里程樁為SK1+290～SK2+050，在SK1+550附近左右兩側電阻率差異較大，結合地質資料，認為上部為堆積土及碎石層，下部為巖層，陽山逆掩斷層經過此處。斷層西側電阻率較低，推測為二疊系棲霞灰巖地層及巖溶的反應，斷層東側電阻率較高主要為茅山群砂巖和酸堿性巖脈的反應。

3.2G3測線成果解釋

G3測線南北向布置，垂直隧道走向。從圖1中可以看出，電阻率總體比較低，是由于整條測線布置在石炭紀地層中，并上覆410m的第四系的緣故。第四系下方為石炭紀地層；該地層中出現低阻異常，認為是巖溶的反映，巖溶下方為石炭紀地層。

3.3G4測線成果解釋

G4測線垂直隧道走向布置，（如圖2）0200m淺地表高阻顯示，推測為石英閃長玢巖，厚約29m，測線150m左右兩側電阻率差別較大，0150m石英閃長玢巖下方低阻顯示，推測為巖溶引起。測線大號端主要是茅山群砂巖反映，在250350m之間，高程為約5m，有一水平狀低阻異常，可能為酸堿性脈巖的反映。該測線上的巖溶及酸堿性脈巖對隧道影響不大。

4結語

高密度電法是一種成本較低、施工方便、效率高、易操作、地電信息豐富且解譯方便的物探手段，技術較為成熟，自動化程度高，且后期軟件處理較方便，是一種值得推廣的物探手段。

作者簡介：李明（1989），男，漢族，本科，河南濮陽人，研究方向：主要研究地質工程勘察及災害防治。