物探方法在山體隧道勘察中的應(yīng)用

1、物探法在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用摘 要：在工程勘察中物探方法作為輔助手段，根據(jù)前期物探結(jié)果有利于提高勘察工作效率及降低成本有著重要的作用。通過實例說明其在山體隧道工程勘察中的應(yīng)用，同時與其它勘探成果進(jìn)行聯(lián)合解釋，相互印證，達(dá)到了提高隧道勘察的成果質(zhì)量，為設(shè)計施工提供了可靠依據(jù)。關(guān)鍵詞：物探法；隧道勘探；成果1 物探方法工作原理11 淺層地震反射波法工作原理淺層地震反射波法研究的是地震波在不同分界面上按一定規(guī)律產(chǎn)生反射的原理，利用人工震源(如重錘、放炮、電火花等)所激發(fā)產(chǎn)生的地震波在巖土介質(zhì)中的傳播規(guī)律，遇彈性不同的介質(zhì)分界面，就會產(chǎn)生波的反射，用檢波器接收其反波信號，通過淺層地震儀接收返回的反射地

2、震波，進(jìn)行時頻特征和振幅特征分析，探測淺部地質(zhì)構(gòu)造或測定巖土物理力學(xué)參數(shù)、進(jìn)行物理性分層、尋找構(gòu)造帶的一種較成熟的探測淺部地質(zhì)情況的有效方法地球物理勘探方法。根據(jù)波動理論，當(dāng)人工激發(fā)產(chǎn)生的地震波在向地下介質(zhì)中傳播時，由于不同的巖土層具有不同波阻抗差異，當(dāng)?shù)卣鸩ń?jīng)過具有不同的波阻抗差異界面時，就會產(chǎn)生反射現(xiàn)象，應(yīng)用專門的儀器記錄各種波的傳播時間和特征，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，便可獲得巖土層、斷裂帶等的相關(guān)信息，從而解決相應(yīng)的工程地質(zhì)問題。淺層地震反射波法的工作原理如圖1所示。圖1 淺層地震反射波法的工作原理示意圖12 高密度電法工作原理高密度電法屬于電法勘探中的電阻率法，用供電電極(A、B)向地下供直流

3、(或超低頻流)電流，同時在測量電極(M、N)間觀測電勢差(Umn)，并計算出視電阻率(s)。視電阻率雖然不是地下某一種巖石的真電阻率，但卻是在電場作用的范圍內(nèi)，地下電性不均勻體的綜合反映。視電阻率值與地下不同導(dǎo)電性巖石(或礦體、不良地質(zhì)體)的分布狀況有關(guān)，還與所采用的裝置類型、裝置大小、裝置相對于電性不均勻體的位置以及地形有關(guān)。對于某一個確定的(不均勻)地電斷面，若按一定規(guī)律不斷改變裝置大小或裝置相對于電性不均勻體的位置，則測得的視電阻率值將按一定規(guī)律變化。電阻率法正是根據(jù)視電阻率的變化來探查和發(fā)現(xiàn)地下導(dǎo)電性不均勻體的分布，從而達(dá)到解決不同地質(zhì)問題的目的。13 音頻大地電場法工作原理音頻大地電

4、場法勘查技術(shù)，實質(zhì)是利用頻率在00130kHz(即音頻和亞音頻)范圍內(nèi)的天然大地電場作為場源，在地面沿一定的觀測線按一定的點距，逐點測量電場強度 。根據(jù)平面波電磁場在介質(zhì)中的傳播理論，可以得出這樣的關(guān)系式：15（ExHy）2式中：電阻率，m；Hy磁場強度，Am；Ex 電場強度，Vm；一頻率，Hz。從式中不難看出，我們可觀測到的電場強度 的變化，在一定程度上反映出地下巖體電阻率的相應(yīng)變化情況(與Ex2成正比)，通過分析研究地電斷面的特征，做出相應(yīng)的地質(zhì)上的推斷解釋，基本能夠達(dá)到了解地質(zhì)災(zāi)害、巖土工程問題的目的。2 應(yīng)用情況像一些以山地為主，并有黃土丘陵、山間盆地分布的復(fù)合型山地地貌，若海拔在lO

5、00m左右，相對高度多在lO0500m之間。在漫長的地質(zhì)歷程中受頻繁構(gòu)造斷裂運動的影響，使得太行山沿斷層面形成約lO00m的山峰，形成階梯狀的絕壁，其中河流又橫切山地，形成了陡峻的“V”型峽谷，一般峽谷深約500m，寬約50150m，將階梯狀的絕壁切斷，形成了絕壁林立、山勢陡峭、峰巒疊嶂、千山萬壑的地貌，具有斷塊山的特征。在山勢陡峭，鉆探設(shè)備難以到達(dá)指定位置，應(yīng)采用多種物探手段對隧道場址進(jìn)行了詳細(xì)的勘探，結(jié)合有限的鉆探資料，查明了隧道場址的巖土工程問題。其中后百槽隧道隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕一侵蝕中低山地貌區(qū)，隧道自南西向北東穿越山嶺。隧道進(jìn)口位于處于兩條形山丘之間的鞍部，洞口處為一寬約20m的狹窄平

6、臺，平臺兩側(cè)為深切溝谷，溝深約300m，坡角約607O，局部段為陡崖。隧道出口位于溝底，該溝走向為NEE，呈不對稱“U”形溝，溝谷底部寬約30m，溝底自然坡角約2O。25。，兩側(cè)為高約4060m的陡崖。附近地面最低處海拔1054m，最高處海拔1355m，相對高差301m。該隧道工程物探采用了以淺層地震反射波法為主，高密度電法和音頻大地電場法為輔的綜合物探方法，野外縱物探測線沿隧道中線布置，基本查明了測區(qū)內(nèi)隱伏斷裂帶、構(gòu)造破碎帶的分布位置與埋深、基巖埋深與風(fēng)化層厚度、沿線巖性分布變化等，基本達(dá)到了預(yù)期目的。21 后百槽隧道物探成果淺層地震反射波法勘探：沿隧道軸線布設(shè)縱測線一條，測線總長1364m

7、、測點3840個，得到了多條地震反射波列圖，其中之一見圖2。圖2 后百曹隧道地震反射波列圖高密度電法勘探：沿隧道軸線布設(shè)縱測線一條，測線總長450m、點距2m，測點225個，得到了高密度電法單邊三極電阻率成果，電阻率范圍在4O070O0，表層電阻率在有土層覆蓋區(qū)約為12002800m，基巖出露區(qū)約為300O6O0Om。在距測線起點11O142m段深度10m左右，地震反射波較雜亂，視電阻率在1000m以內(nèi)，為巖石較破碎且被充填；在距測線起點305350m段深度2570m之間，地震反射波較雜亂，視電阻率在1200m左右，為巖石較破碎。音頻大地電場法勘探：分別于隧道進(jìn)、出口布設(shè)橫測線各一條，點間距l(xiāng)

8、Om，測線總長合計760m。得到后百曹隧道大地音頻V曲線圖，見圖3。22 資料解釋通過3種物探手段對隧道場址的勘探，結(jié)合其它地質(zhì)資料，綜合得到了對隧道場址的工程地質(zhì)剖面，見圖4。圖3 后百曹隧道大地音頻 曲線圖測距（m）圖4 后百曹隧道WT1一WT1剖面綜合物探推斷解釋圖(1)在距測線起點110142m段深度lOm左右，地震反射波較雜亂，同相軸連續(xù)性相對較差；大地音頻曲線在該區(qū)域呈低值；高密度電阻率剖面在該段區(qū)域呈低阻異常，視電阻率在1000m以內(nèi)(其它地段視電阻率大多在1500m以上)；該段綜合物探推斷解釋為巖石較破碎且被充填。(2)在距測線起點305350m段深度257Om之間，地震反射波

9、較雜亂，同相軸連續(xù)性相對較差；大地音頻曲線呈高值異常；高密度電阻率剖面在該段無明顯異常，視電阻率在1200m左右；該段綜合物探推斷解釋為巖石較破碎。(3)在距測線起點520574m段深度85m左右，淺層地震反射波列圖中，該區(qū)域反射波較雜亂，同相軸連續(xù)性相對較差；大地音頻曲線呈高值異常，該段綜合物探推斷解釋為巖石較破碎。(4)在距測線起點710830m段深度7O1lOm之間，淺層地震反射波列圖中，該區(qū)域反射波較雜亂，同相軸連續(xù)性相對較差，大地音頻曲線呈局部高值異常，該段綜合物探推斷解釋為巖石較破碎。(5)在距測線起點9841006m段深度4090m之間，淺層地震反射波列圖中，該區(qū)域反射波較雜亂，

10、同相軸連續(xù)性相對較差，大地音頻曲線呈局部高值異常，該段綜合物探推斷解釋為巖石較破碎。(6)在距測線起點12101300m段深度105m左右，淺層地震反射波列圖中，該區(qū)域反射波較雜亂，同相軸連續(xù)性相對較差，大地音頻曲線呈局部高值異常，該段綜合物探推斷解釋為巖石較破碎。3 結(jié)論(1)各種物探技術(shù)都有其適用性和局限性，針對具體的勘探任務(wù)，應(yīng)仔細(xì)分析勘探的地形地貌及地質(zhì)條件，選用一種及幾種物探方法，結(jié)合已有的勘探資料進(jìn)行綜合解釋。(2)工程物探一般可以連續(xù)測量，對查明埋深較大的目標(biāo)體的分布情況，優(yōu)于鉆探等常規(guī)的“點探”的勘探方法。(3)工程物探作為一種間接的勘探手段，不能直接提供工程上所需要的巖土力學(xué)參數(shù)，應(yīng)與鉆探、原位測試等勘探手段所取得的勘探成果進(jìn)行對比分析，建議相應(yīng)的經(jīng)驗關(guān)系，對于一些較難確