隧道工程的物探勘察方法例析

隧道工程的物探勘察方法例析
一、工程概况
中亚D线起自土乌边境点，向东北穿越苏尔汉-舍拉巴德谷地，进入塔吉克斯坦，向东从杜尚别南侧绕行，经科法尔尼洪、奥比加尔姆、苏姆敦、加尔姆、吉尔加塔尔，然后穿越塔吉边境进入吉尔吉斯斯坦，经卡拉梅克、达拉乌特库尔干至萨雷塔什，然后穿越吉中边境由伊尔克什坦进入中国，再经吉根乡、乌鲁克恰提乡、康苏镇，最后到达D线末点乌恰县。

6#，隧道设计长度为2420m，为长隧道。

隧道设计断面4.5×4.5m，最大埋深155.0m，属傍山隧道。

二、目的和任务
本次勘察工作的目的是查明测区内第四系覆盖层厚度、基岩风化层厚度以及不良地质情况，为工程地质评价和设计提供依据。

本次物探工作依据规范如下：1）《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）（2009年版）；
2）《油气田及管道岩土工程勘察规范》（GB 50568-2010）；
3）《水电水利工程物探规程》（DL/T 5010-2005）；
三、场地地质概况及地球物理条件
隧道进洞口有简易机耕道可到达，但机耕道坡陡路窄，路况较差，遇小雨变无法通行；隧道出洞口有简易机耕道可到达距洞口约500m处，但机耕道坡陡路窄，路况较差，遇小雨变无法通行；交通不便。

场区内分布松散覆盖层、岩体物性纵向有一定差异，比较有利于开展高密度电法和浅层地震工作。

四、工程物探技术方法及工作布置
4.1折射波法
折射波测量仪器选用美国GEODE NZXP 24道地震采集系统工程地震仪系统，该仪器具有高精度，多功能，电脑控制，抗干扰能力强等特点，震源选用28磅重锤，检波器选用38Hz检波器，每个检波点采用单个检波器，选用24道接收。

根据现场浅层地震勘探试验结果，并依据工程特点和勘察任务需要，确定本次浅层地震勘探的工作方法选用地震折射波法，本次浅层地震折射勘探线一条，为穿越轴线，炮检距5m，沿隧道轴线布置。

4.2 高密度电法勘探
根据任务要求，沿隧道轴线布设高密度电法物探辅助，排列长度为斜距2610米。

采用大点距、长剖面布设测线，其目的是加深勘探深度，以达到探测隧道地层岩性变化目的。

五、资料处理与解释
5.1浅层地震折射勘探
一般而言浅层地震折射资料处理主要包括数据解编、建立观测系统、数字滤波、初至拾取、旅行时反演等。

本次资料处理采用软件为SeisImager2D折射波初至拾取及折射层析成像模块。

5.2高密度电法勘探
高密度电法勘探极距的设定包括供电电极距AB和测量电极距MN的确定。

供电电极距AB的大小一般视目标体的埋藏深度现而定，一般应满足关系式：AB≥3H（H为探测深度）。

而测量电极距MN的确定一般视目标体的范围大小而定，电极距MN与横向分辨率的要求有关。

高密度电阻率法的测量数据在处理采用二维高密度电法反演程序2DRES。

该程序所使用的反演程序是基于圆滑约束最小二乘法，使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘法的新算法。

该软件提供数据滤波处理，地形校正等处理手段。

处理成果见高密度电法反演成果图及解释图。

六、成果分析
6#隧道穿越地层主要为黄土状粉质黏土及强风化、中风化花岗岩岩层，软硬不均，强度空间上分布不均匀。

根据其风化程度依次分为全-强、中风化，全风化岩石与强风化岩石由于其视电阻率差异不大，其界面物探成果中难以分辨故视为一层解释。

6.1高密度電法成果分析
高密度电法测线沿隧道轴线布置，主要目的是探测黄土状粉质黏土以及基岩横向分布范围。

从高密度电法反演成果图（6.1）：里程K0+500m-K1+290m段，视电阻率较高，一般大于900Ω·m，为大片花岗岩基岩的反应；K1+320m-K1+910m段，视电阻率较低，一般小于200Ω·m，为黄土状粉质黏土的反应。

总体视电阻率分布情况：地表黄土状粉质黏土电阻率20-110Ω·m；强风化基岩电阻率120-1000Ω·m；中风化层视电阻率900-4000Ω·m，具体见高密度电法反演成果图。

图6.1 高密度电法反演成果图
6.2浅层地震折射层析成像成果分析
本次地震折射波法受震源、地形影响，有效勘探深度约为70m，层析成像成果图中总体波速分布概况：勘察区黄土状粉质黏土纵波波速280～910m/s，分面于地表，层厚0～90m其中隧道中段较厚。

由于受震源、排列长度限制，未揭穿其底板。

围岩主要为花岗岩，强风化层纵波波速为980～2400m/s，中风化层纵波波速为2250～4120m/s。

具体见地震折射层析成像成果图。

图6.2 地震折射层析成像成果图
6.3 物探成果综合分析
本次浅层地震折射层析成像勘探成果和高密度电法成果基本上反映了本区岩石的覆盖层情况和基岩的埋深。

表层黄土状粉质黏土厚度在0～90m不等，隧道进口段主要穿越地层为中风化花岗岩和强风化花岗岩；出口段穿越地层为强风化花岗岩；中段主要穿越地层为中风化花岗岩。

图像基本能反映地下构造特征，推测视电阻率异常位置为黄土状粉质黏土。

通过本次勘察发现沿隧道轴线穿越有一处异常，解释成果列表说明。

七、结论与建议
1、通过本次地球物理勘察，基本查明了穿越段地表下至隧道洞身范围内风化岩层展布、构造起伏变化等情况，结果较可靠。

2、通过本次物探勘察发现在隧道穿越轴线里程K1+594.1m～K2+313.3m段可能为黄土状粉质黏土，围岩自稳能力较差或无自稳能力，地下水较丰富，对施工影响较大，施工中因引起注意。

3、本次物探工作，提交的高密度电法成果，是依据电阻率划分地层某一种岩性，并不完全代表地质断面成果图，电阻率并非代表一种岩性，而是多种岩性的综合值，使用时应结合地质资料进行分析。

4、勘察阶段应根据本成果在隧道中段，与隧道出口段的低阻异常区适当的布设钻孔用以验证。

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