高密度电法在歌乐隧道工程地质探测中运用

摘要:歌乐隧道为六盘水至沾益增建二线的控制性工程，隧道埋深大，工程地质条件复杂，施工过程中地质病害频繁发生，为了预报施工开挖面前方围岩的水文工程地质条件，在地表沿隧道轴线采用长排列、大功率供电的高密度电法系统进行了电阻率成像探测，探测成果起到了超前预报的目的，指导施工单位提前采取科学、合理的预防措施，减少了塌方、涌水等工程病害的发生。
关键词:隧道;地质病害;高密度电阻率法
Abstract: song music for tunnel LiuPanshui to Zhanyi new second line control engineering, tunnel buried depth, engineering geology condition is complex, in the process of construction of geological diseases occur frequently, in order to forecast the construction excation surrounding rock before party hydrological engineering geological conditions, the surface along the tunnel axis using long arrangement, high power supply high-density electrical method system for the resistivity imaging detection, detection results play a advanced prediction purpose, guide the construction unit to advance scientific and reasonable preventive measures, reduce the collapse, water gushing and other projects the occurrence of diseases.
Keywords: tunnel; Geological diseases; High density resistivity method
2095-2104（2013）
一、引言
随着我国大规模铁路建设工程的展开，特别是云南省铁路建设的飞速发展，对工程的安全质量要求越来越高，由于云南省多山，构造地质条件复杂，在隧道施工中涌水、突泥、塌方、冒顶等地质病害发生频繁，准确地进行隧道施工开挖面前方地质信息的预报和病害诊断，是工程物探目前面临的主要任务之一。
电阻率法是一种传统的地球物理勘探方法，其应用范围很广，如今已从早期的寻找多金属硫化矿床，逐步发展到寻找地下水、地热、石油天然气、考古、工程地质勘查和进行地下水污染调查等诸多领域，测量方式也由沿测线不断移动的逐点观测发展到整条剖面布设几十根乃至几百根电极，由计算机控制仪器和电缆上的电极转换开关进行探测，可实时显示视电阻率断面图像，实现了自动化。

二、工程概况

歌乐隧道为六沾二线控制性工程，设计为双线隧道，旅客列车行车速度160km/h并通行双层集装箱。轨道类型为重型，铺设碎石道床。隧道起止里程为DK401+546～DK406+130，全长4584m，最大埋深约144m。隧道进出口附近有便道通公路，交通条件一般。
隧址区位于云贵高原中部，属剥蚀、溶蚀残丘地貌，地面高程为2050～2235m，相对高差100～200m，自然横坡15～40°，地表植被发育。基岩零星出露，局部缓坡地带垦为旱地。隧道地表沟槽分布较多，且多条沟中均有流水。隧址上覆第四系全新统坡洪积(Q4dl+pl)和坡残积层(Q4dl+el)的软土、粘土、砾砂土、粗角砾土等；下伏基岩为二迭系上统峨眉山玄武岩组(P2β)、下统茅口组灰岩(P1m)。
由于歌乐隧道隧址区域地质条件复杂，地层多变、地下水丰富，当隧道进口、出口在刚刚进洞时发生了不同程度的坍方、冒顶，在明洞进洞100米左右发生了较大的初支开裂、大变形。

三、工作方法及其基本原理

3.1 探测目的和方法

歌乐隧道的坍方、初支变形严重影响了施工安全和工程进度，为了预报尚未开挖段围岩水文工程地质条件，正确指导隧道施工，有必要对设计隧道进行物探和补充地质调查工作，查明未开挖段隧道围岩的水文工程地质情况。由于歌乐隧道地形地表条件差，为查明DK401+546～DK406+130段地质及水文情况，采用高密度电阻率成像方法、地质雷达、TSP203及超前水平钻探的方法进行探测，下面重点介绍一下高密度电阻率成像方法。

3.2基本工作原理

高密度视电阻率法（图1）是一种阵列勘探方法，也称自动视电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极测深与电剖面法的结合。

图1高密度电法工作系统示意图
通过电极向地下供电形成人工电场，其电场的分布与地下岩土介质的电阻率ρ的分布密切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。该方法对围岩的含水情况特别敏感，围岩破碎含水，其视电阻率明显降低，完整、坚硬岩土的视电阻率明显高于断层带或破碎带和富水带围岩的视电阻率。这种方法原理清晰，图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。近年来随着计算机数据采集技术的改进，使勘探效率大大提高，增大了剖面的覆盖面积和探测深度，在强干扰的环境下也能取得可靠数据，大大地提高了信噪比，可准确地探测地质体。该方法在工程与水文地质勘

源于：免费毕业论文www.udooo.com

探和矿产、水利资源勘查中有着广泛而成功的应用。
高密度电法测量选用的是工程勘察中最常用的温纳装置（图2）。测量时，AM=MN=NB=AB/3为一个电极间距，探测深度为AB/3，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一层剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距， A、B、M、N 逐点同时向右移动，得到另一层剖面数据；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。

图2温纳装置断面扫描示意图

3.3 工作布置

根据线路位置和地形条件，结合本次探测的任务和目的，沿线路方向，在隧道轴线正上方的地表布置一条电法探测剖面，共计1个剖面。采用6m极距，采集30层，测深180m，测线总长4584m，测点850个。

四、探测成果

4.1 探测结果

图3为歌乐隧道DK405+070～+500段视电阻率分布图像，是经过地形校正后去掉地形变化影响的视电阻率断面图。图4为歌乐隧道DK405+070～+500段工程地质剖面图。视电阻率分布图反映的隧道区域地质特征与原地勘资料和钻探资料有很好的一致性，同时又增加了新的地质内容。从视电阻率分布图像可以看到，隧道区域沿线路方向围岩的上部至浅层地表附近视电阻率在160Ω·ｍ以上，且视电阻率分布较为均匀；中部视电阻率基本在120Ω·ｍ以下，局部低于60Ω·ｍ，视电阻率分布相对均匀；下部视电阻率在120Ω·ｍ以上。隧道轴线大部分穿越中部低阻区，为地下水富集段，该段隧道穿越地层为二叠系上统峨眉山玄武岩和下统茅口组灰岩，DK405+070～DK405+310段玄武岩岩体节理裂隙很发育，富含大量裂隙水，岩体破碎，稳定性差，施工时可能出现较大坍塌或涌水；DK405+355～DK405+550段为玄武岩与灰岩不整合接触带，富含大量裂隙水，玄武岩组节理裂隙很发育，岩体破碎，稳定性差，灰岩组可能发育岩溶裂隙或溶洞，并由粘土或水充填，稳定性差，在开挖掘进时易发生较大的塌方或涌水。