高密度電法在某隧道勘察中的應(yīng)用

李世權(quán)

（蘇交科集團(tuán)（甘肅）交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，蘭州730030）

1 引言

隧道工程勘察的主要目的是查明地層巖性、土巖界面、水文地質(zhì)條件等。但是，隧道一般處于地形地貌高差較大區(qū)域，實(shí)際勘察中鉆探難以達(dá)到預(yù)期目的，主要原因?yàn)殂@探布孔存在一定片面性，無(wú)法對(duì)隧道形成面的勘察，工作成果僅是一個(gè)個(gè)點(diǎn)[1]。

圖1 隧道進(jìn)口地形地貌

圖2 隧道出口地形地貌

2 隧址區(qū)地質(zhì)概況和地球物理特征

2.1 地形地貌

隧址區(qū)屬于構(gòu)造侵蝕（剝蝕）中低山地貌，海拔一般為摘要m～摘要m，相對(duì)高差一般為100m～300m，地形起伏相對(duì)較大。隧址區(qū)最高點(diǎn)高程為摘要.76m，最低點(diǎn)位于隧道出口，高程為摘要.57m，相對(duì)高差達(dá)86.17m。隧道進(jìn)口段標(biāo)高在摘要.57m～摘要m，地形坡度一般35°～55°，斜坡上基巖裸露。隧道出口段標(biāo)高在摘要m～摘要m，洞前斜坡地形坡度25°～38°，斜坡上馬蘭黃土出露[2]，如圖1 和圖2 所示。

2.2 工程地質(zhì)概況

隧址區(qū)分布的地層主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積層及前寒武系地層。揭露的地層巖性從上到下依次為：

馬蘭黃土：淺黃色，土質(zhì)顆粒較均勻，以粉砂為主，大孔隙顯著，垂直節(jié)理發(fā)育，層中鈣質(zhì)結(jié)核小而少，常零散分布。黏土礦物主要是伊利石、蒙脫石和少量高嶺土、針鐵礦等，稍濕，稍～中密，主要披覆于山體斜坡表部及山頂部位。

片巖：隧址區(qū)主要地層主要物質(zhì)，局部夾有花崗巖侵入體；灰黑色，片狀構(gòu)造，主要成分為石英、黑云母、長(zhǎng)石等，層面產(chǎn)狀15°∠40°。根據(jù)風(fēng)化程度其分為強(qiáng)風(fēng)層和中風(fēng)化層，其中中風(fēng)化片巖、巖質(zhì)較為堅(jiān)硬，巖體較為完整，鉆孔巖性多呈柱狀、短柱狀，強(qiáng)風(fēng)化層巖質(zhì)較軟，巖體較破碎，巖芯多呈塊狀、短柱狀[3]。

2.3 地球物理特征

自然狀態(tài)下，巖土電阻率除了和組分有關(guān)系外，還和其他諸多因素有關(guān)，如巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、孔隙度及含水性等。受以上綜合因素影響可形成巖土電性差異。

外業(yè)工作期間測(cè)區(qū)內(nèi)無(wú)雷雨、電磁及各種震動(dòng)干擾，有利于高密度電法的開(kāi)展，被測(cè)量的地層及巖層之間電介質(zhì)性質(zhì)不同，同時(shí)，各被測(cè)量相對(duì)于埋深有一定的厚度，這對(duì)各層位及覆蓋層厚度的測(cè)量和分層形成有利條件。從覆蓋層巖性及基底巖性上看，各層的電介性質(zhì)不同，滿(mǎn)足高密度電法勘探的工作要求。

3 野外探測(cè)方法及數(shù)據(jù)處理

3.1 探測(cè)方法

在探測(cè)中采用重慶地質(zhì)儀器廠研制開(kāi)發(fā)的DUK-2A 型高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行布線(xiàn)測(cè)量，測(cè)量中使用α 電極排列方式（溫納裝置AMNB），點(diǎn)間距5m，該裝置適用于固定斷面掃描測(cè)量，電極排列如圖3 所示。

圖3 α 電極排列簡(jiǎn)圖

測(cè)量斷面為倒梯形。測(cè)量時(shí)，AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，A、B、M、N 逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到第一條剖面線(xiàn)；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、B、M、N 逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到另一條剖面線(xiàn)；這樣不斷掃描測(cè)量下去，得到倒梯形斷面。

3.2 數(shù)據(jù)處理

采集結(jié)束后將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)的處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)反演。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括原始數(shù)據(jù)編輯與合成、剔除異常點(diǎn)、進(jìn)行地形校正等環(huán)節(jié)，反演處理采用國(guó)際上較優(yōu)秀的一套高密度電阻率數(shù)據(jù)二維反演軟件Geogiga RImager，使用快速最小二乘法對(duì)電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，得到各測(cè)線(xiàn)電阻率直觀剖面，通過(guò)對(duì)剖面的解譯探尋地下隱伏斷裂及地層分布、不良地質(zhì)[4]。

4 資料解釋

高密度電法勘探依據(jù)巖土層對(duì)直流導(dǎo)電時(shí)電阻率的差異，地下地層由于成因環(huán)境不同，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，從而在縱向和橫向上產(chǎn)生視電阻率的變化。

在斷面上，分析電阻率等值線(xiàn)密集帶或橫向斜率突變帶，說(shuō)明在該處兩側(cè)存在不同地質(zhì)體，往往是不同電性地質(zhì)層的分界處或斷裂帶。

在資料分析中，判別異常區(qū)主要是根據(jù)電阻率值變化及電阻率等值線(xiàn)形態(tài)等綜合因素考慮[5]。

5 成果分析

本次外業(yè)測(cè)試在隧址區(qū)沿隧道走向布設(shè)1 條縱向測(cè)線(xiàn)，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)150m。由于受地形地貌的限制，剖面線(xiàn)不能完全直線(xiàn)布置，對(duì)工作成果形成一定影響。

根據(jù)物探反演成果表明，隧址區(qū)橫斷面土巖分界面大致在K23+530，該斷面顯示土巖電阻率差異明顯，較好地區(qū)分該處地層。結(jié)合后期鉆探顯示，物探測(cè)試揭露地層基本符合實(shí)際地層。

根據(jù)反演電阻率斷面在10m～50m 為小里程段K23+490～K23+530，該段落表層覆蓋層為黃土，下部為強(qiáng)～中風(fēng)化片巖，因黃土土質(zhì)較疏松且受大氣降水影響，其電阻率值相對(duì)較低，根據(jù)反演結(jié)果可知該段覆蓋層厚為15m～20m。

電阻率斷面在50m～135m 為K23+530～K23+615，該段呈現(xiàn)低阻體且厚度較大，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況分析，該處為一山脊，地層為黃土，厚度較大[6]。

在K23+530～K23+580 電阻出現(xiàn)明顯區(qū)別時(shí)，初步判斷該處為縱向土巖分界面，如圖4 和圖5 所示。

圖4 隧址區(qū)縱斷面圖

圖5 測(cè)線(xiàn)視電阻率及反演電阻率斷面圖

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次高密度電法勘探，從以上剖面的解釋結(jié)果及縱斷面圖對(duì)比分析，可以看出基本查明了測(cè)線(xiàn)范圍內(nèi)土巖界面。在確定該隧道土巖界面勘察上起到了直觀而有效的作用，為后期的設(shè)計(jì)、施工處理提供了可靠的依據(jù)。

高密度電法有其獨(dú)特的優(yōu)越性，如自動(dòng)化程度高、工作效率高、異常形象直觀等優(yōu)點(diǎn)。但高密度電法也有缺陷：（1）受到供電電流、電纜長(zhǎng)度、測(cè)量靈敏度的影響，實(shí)際排列長(zhǎng)度和勘察深度十分有限。當(dāng)勘探深度加大時(shí)，分辨率隨之降低，如提高分辨率則勘探深度又受到影響。（2）剖面兩端的實(shí)際有效深度都小于最大深度，越靠近兩端越淺。（3）解釋深度不能準(zhǔn)確反映實(shí)際深度。因此，采用該方法野外施工時(shí)，還需要結(jié)合地質(zhì)調(diào)查和鉆孔資料來(lái)綜合判定。

高密度電法具有效率高、能夠快速獲取測(cè)線(xiàn)下方電阻率分布、地電信息豐富、直觀、成本較低等優(yōu)勢(shì)，可劃分出土巖界面，能有效指導(dǎo)隧道的設(shè)計(jì)與施工，是工程地質(zhì)勘察中一種行之有效的方法。