物探方法在山体隧道勘察中的应用

1、物探法在工程地质勘察中的应用摘 要：在工程勘察中物探方法作为辅助手段，根据前期物探结果有利于提高勘察工作效率及降低成本有着重要的作用。通过实例说明其在山体隧道工程勘察中的应用，同时与其它勘探成果进行联合解释，相互印证，达到了提高隧道勘察的成果质量，为设计施工提供了可靠依据。关键词：物探法；隧道勘探；成果1 物探方法工作原理11 浅层地震反射波法工作原理浅层地震反射波法研究的是地震波在不同分界面上按一定规律产生反射的原理，利用人工震源(如重锤、放炮、电火花等)所激发产生的地震波在岩土介质中的传播规律，遇弹性不同的介质分界面，就会产生波的反射，用检波器接收其反波信号，通过浅层地震仪接收返回的反射地

2、震波，进行时频特征和振幅特征分析，探测浅部地质构造或测定岩土物理力学参数、进行物理性分层、寻找构造带的一种较成熟的探测浅部地质情况的有效方法地球物理勘探方法。根据波动理论，当人工激发产生的地震波在向地下介质中传播时，由于不同的岩土层具有不同波阻抗差异，当地震波经过具有不同的波阻抗差异界面时，就会产生反射现象，应用专门的仪器记录各种波的传播时间和特征，经过数据处理后，便可获得岩土层、断裂带等的相关信息，从而解决相应的工程地质问题。浅层地震反射波法的工作原理如图1所示。图1 浅层地震反射波法的工作原理示意图12 高密度电法工作原理高密度电法属于电法勘探中的电阻率法，用供电电极(A、B)向地下供直流

3、(或超低频流)电流，同时在测量电极(M、N)间观测电势差(Umn)，并计算出视电阻率(s)。视电阻率虽然不是地下某一种岩石的真电阻率，但却是在电场作用的范围内，地下电性不均匀体的综合反映。视电阻率值与地下不同导电性岩石(或矿体、不良地质体)的分布状况有关，还与所采用的装置类型、装置大小、装置相对于电性不均匀体的位置以及地形有关。对于某一个确定的(不均匀)地电断面，若按一定规律不断改变装置大小或装置相对于电性不均匀体的位置，则测得的视电阻率值将按一定规律变化。电阻率法正是根据视电阻率的变化来探查和发现地下导电性不均匀体的分布，从而达到解决不同地质问题的目的。13 音频大地电场法工作原理音频大地电

4、场法勘查技术，实质是利用频率在00130kHz(即音频和亚音频)范围内的天然大地电场作为场源，在地面沿一定的观测线按一定的点距，逐点测量电场强度 。根据平面波电磁场在介质中的传播理论，可以得出这样的关系式：式中：电阻率，·m；Hy磁场强度，Am；Ex 电场强度，Vm；一频率，Hz。从式中不难看出，我们可观测到的电场强度 的变化，在一定程度上反映出地下岩体电阻率的相应变化情况(与成正比)，通过分析研究地电断面的特征，做出相应的地质上的推断解释，基本能够达到了解地质灾害、岩土工程问题的目的。2 应用情况像一些以山地为主，并有黄土丘陵、山间盆地分布的复合型山地地貌，若海拔在lO00m左右，

5、相对高度多在lO0500m之间。在漫长的地质历程中受频繁构造断裂运动的影响，使得太行山沿断层面形成约lO00m的山峰，形成阶梯状的绝壁，其中河流又横切山地，形成了陡峻的“V”型峡谷，一般峡谷深约500m，宽约50150m，将阶梯状的绝壁切断，形成了绝壁林立、山势陡峭、峰峦叠嶂、千山万壑的地貌，具有断块山的特征。在山势陡峭，钻探设备难以到达指定位置，应采用多种物探手段对隧道场址进行了详细的勘探，结合有限的钻探资料，查明了隧道场址的岩土工程问题。其中后百槽隧道隧址区属构造剥蚀一侵蚀中低山地貌区，隧道自南西向北东穿越山岭。隧道进口位于处于两条形山丘之间的鞍部，洞口处为一宽约20m的狭窄平台，平台两侧

6、为深切沟谷，沟深约300m，坡角约60°7O°，局部段为陡崖。隧道出口位于沟底，该沟走向为NEE，呈不对称“U”形沟，沟谷底部宽约30m，沟底自然坡角约2O。25。，两侧为高约4060m的陡崖。附近地面最低处海拔1054m，最高处海拔1355m，相对高差301m。该隧道工程物探采用了以浅层地震反射波法为主，高密度电法和音频大地电场法为辅的综合物探方法，野外纵物探测线沿隧道中线布置，基本查明了测区内隐伏断裂带、构造破碎带的分布位置与埋深、基岩埋深与风化层厚度、沿线岩性分布变化等，基本达到了预期目的。21 后百槽隧道物探成果浅层地震反射波法勘探：沿隧道轴线布设纵测线一条，测线总

7、长1364m、测点3840个，得到了多条地震反射波列图，其中之一见图2。图2 后百曹隧道地震反射波列图高密度电法勘探：沿隧道轴线布设纵测线一条，测线总长450m、点距2m，测点225个，得到了高密度电法单边三极电阻率成果，电阻率范围在4O070O0，表层电阻率在有土层覆盖区约为12002800·m，基岩出露区约为300O6O0O·m。在距测线起点11O142m段深度10m左右，地震反射波较杂乱，视电阻率在1000·m以内，为岩石较破碎且被充填；在距测线起点305350m段深度2570m之间，地震反射波较杂乱，视电阻率在1200·m左右，为岩石较破碎。音频

8、大地电场法勘探：分别于隧道进、出口布设横测线各一条，点间距lOm，测线总长合计760m。得到后百曹隧道大地音频V曲线图，见图3。22 资料解释通过3种物探手段对隧道场址的勘探，结合其它地质资料，综合得到了对隧道场址的工程地质剖面，见图4。图3 后百曹隧道大地音频 曲线图测距（m）图4 后百曹隧道WT1一WT1剖面综合物探推断解释图(1)在距测线起点110142m段深度lOm左右，地震反射波较杂乱，同相轴连续性相对较差；大地音频曲线在该区域呈低值；高密度电阻率剖面在该段区域呈低阻异常，视电阻率在1000·m以内(其它地段视电阻率大多在1500·m以上)；该段综合物探推断解释为

9、岩石较破碎且被充填。(2)在距测线起点305350m段深度257Om之间，地震反射波较杂乱，同相轴连续性相对较差；大地音频曲线呈高值异常；高密度电阻率剖面在该段无明显异常，视电阻率在1200·m左右；该段综合物探推断解释为岩石较破碎。(3)在距测线起点520574m段深度85m左右，浅层地震反射波列图中，该区域反射波较杂乱，同相轴连续性相对较差；大地音频曲线呈高值异常，该段综合物探推断解释为岩石较破碎。(4)在距测线起点710830m段深度7O1lOm之间，浅层地震反射波列图中，该区域反射波较杂乱，同相轴连续性相对较差，大地音频曲线呈局部高值异常，该段综合物探推断解释为岩石较破碎。(

10、5)在距测线起点9841006m段深度4090m之间，浅层地震反射波列图中，该区域反射波较杂乱，同相轴连续性相对较差，大地音频曲线呈局部高值异常，该段综合物探推断解释为岩石较破碎。(6)在距测线起点12101300m段深度105m左右，浅层地震反射波列图中，该区域反射波较杂乱，同相轴连续性相对较差，大地音频曲线呈局部高值异常，该段综合物探推断解释为岩石较破碎。3 结论(1)各种物探技术都有其适用性和局限性，针对具体的勘探任务，应仔细分析勘探的地形地貌及地质条件，选用一种及几种物探方法，结合已有的勘探资料进行综合解释。(2)工程物探一般可以连续测量，对查明埋深较大的目标体的分布情况，优于钻探等常规的“点探”的勘探方法。(3)工程物探作为一种间接的勘探手段，不能直接提供工程上所需要的岩土力学参数，应与钻探、原位测试等勘探手段所取得的勘探成果进行对比分析，建议相应的经验关系，对于一些较