安 彬

(銅仁市公路勘察設計院)

1 隧道勘查地區(qū)基本地質概況

1.1 自然地理

測區(qū)山坡上植被茂盛，以松樹、灌木及雜草為主，山間溝谷發(fā)育，沖溝植被發(fā)育，有小溪終年流水。

1.2 地形地貌

勘查區(qū)域為山區(qū)地貌，地質剝蝕現(xiàn)象明顯，山谷“V”字形分布，地形坡度20°～30°。場區(qū)東端及西端各發(fā)育一條沖溝，溝內植被發(fā)育。山頂高程162 m 左右，溝谷地面高程約63 m。

1.3 地層構造

邊坡區(qū)地層巖性主要為滑塌堆積層、第四系坡殘積土及泥盆系片巖、石英巖。受區(qū)域構造影響，場區(qū)內存在小斷層，節(jié)理很發(fā)育，裂隙雜亂，節(jié)理主體方向與坡向基本相近，巖體破碎。

1.4 水文地質條件

場區(qū)內地下水按其賦存特征和類型可分為坡殘積土層孔隙水和基巖裂隙水，均靠大氣降水補給，其徑流方向受地形影響，一般隨地形由高向低排泄。

2 綜合物探法在隧道勘查中的運用

2.1 瑞雷波法

(1)工作原理。

通常條件下，不同的地質條件下的地層內部能量波傳播的特征是不同的。瑞雷波發(fā)正是基于這一原理，通過向勘測區(qū)域地層發(fā)射瑞雷波，并通過優(yōu)化布設的檢波器對傳播特性進行測量的方式獲得基本地質信息。以一定的道間距Δx 設置N+1 個檢波器，就可以檢測到瑞雷達波在NΔx 長度范圍內的傳播過程，設瑞雷波的頻率為fi，相鄰檢波器記錄的瑞雷波的時間差為Δt 或相位差為Δφ，則相鄰道Δx 長度內瑞雷波的傳播速度為

VR=Δx/Δt 或VR=2πfiΔx/Δφ

測量范圍NΔx 內平均波速為

在同一地段測量出一系列頻率的VR值，就可以得到一條VR－f 曲線，即所謂的頻散曲線或轉換為VR－λR曲線，λR為波長

曲線或VR－λR曲線的曲線或曲線的變化規(guī)律是勘測區(qū)域地質條件的客觀表現(xiàn)，結合勘測區(qū)域以往的地質測繪與勘查信息可進一步獲得合理的頻散曲線反演解釋，進而獲得更為準確的地質巖土的物理性質。圖1 為瑞雷波法探測原理示意圖。

圖1 瑞雷波法探測原理示意圖

(2)儀器設備。

淺層地震勘探采用北京市水電物探研究所SWS 型多波列數(shù)字圖像工程勘探與工程檢測儀。主要技術指標道數(shù):24，A/D 轉換:20 位，頻帶寬度:0.5～4 000 Hz，采樣率:10 μs～20 ms，采樣長度:5.12 ms～16 000 s。

(3)野外工作方法。

根據(jù)勘探目的和地質體物性特點，通過現(xiàn)場方法試驗確定符合實際情況的技術方法和參數(shù)。本次瑞雷波法勘察采用1Hz 檢波器，18 磅重錘錘擊震源，12 道接收，偏移距10～30 m，道間距1 m，采樣間隔0.25 ms，記錄長度2 048 ms，通頻帶寬0～4 000 Hz。

2.2 高密度電法

(1)工作原理。

高密度電法隧道地質勘探同樣基于對不同地層間導電性差異的勘測而獲得地質勘查信息這一基本方法。和常規(guī)電法一樣，它通過A、B 電極向地下供電(電流為I)，然后測量M、N 極電位差△U，從而求得該記錄點的視電阻率值ρs=K×△U/I，進而分析計算獲得的電阻率數(shù)值獲取以電阻率為表征的地質特征。高密度電法集的勘測點更為密集，獲得的信息也更為全面，通過對大量測量信息的處理能夠獲得更為準確的地質構造勘測結果，同時隨著眾多信息軟件以及處理終端的更新和發(fā)展，大數(shù)據(jù)應用速度逐漸加快，勘測信息的處理速度同樣會有進一步的提升。

(2)儀器設備。

電法勘探采用重慶地質儀器廠生產(chǎn)DUK－2 型高密度電法測量系統(tǒng)。該儀器具有存儲量大、測量準確快速、操作方便等特點，由60 路電極轉換器控制，16 種排列組合裝置，最大供電電壓1 000 V，最大供電電流5A，可存儲400 條剖面數(shù)據(jù)，可與計算機串行通訊進行數(shù)據(jù)傳輸。

(3)野外工作方法。

λR=VR/f

本次高密度電法野外施工采用了采集數(shù)據(jù)量最多、測量精度較高的“溫納—施倫貝爾剖面(WS2)”裝置。電極極距3 m，溫施裝置系數(shù)5，最小隔離系數(shù)1，最大隔離系數(shù)28。野外測量數(shù)據(jù)現(xiàn)場傳輸?shù)接嬎銠C進行初步處理，做出初步的推斷解釋，對異常點及突變點進行檢查測量，以確保數(shù)據(jù)真實可靠。

3 測線布置及完成的工作量

本次勘察的測線布置勘察方案及場地實際施工條件進行布設。測線根據(jù)邊坡施工放樁及公路中線里程樁進行控制，利用皮尺量距進行布設。實際完成工作量詳見表1，測線實際布設情況詳見附圖1 物探剖面布置及勘探成果平面圖(注:測線位置以公路中心樁號為起點)。

表1 物探完成工作量統(tǒng)計表

4 數(shù)據(jù)處理及解釋

4.1 瞬態(tài)瑞雷波法

瞬態(tài)瑞雷波法處理流程如下。

(1)收集整理勘測結果，初步處理原始資料，確保信息的準確性;

(2)以勘測結果為基礎，按照相關換算公式計算不同勘測頻率對應的瑞雷波速度;

(3)數(shù)據(jù)處理軟件端選取面波時間—空間信息處理界面;

(4)以原始資料處理得到的頻率與波數(shù)為參數(shù)獲得面波;

(5)按照獲得的面波進行頻散分析，求取頻散曲線圖;

(6)遵照求取的頻散曲線，初步分析勘測區(qū)域瑞雷波在地質層數(shù)和各層速度變化;

(7)深入研究瑞雷波在勘測區(qū)域地質條件下的傳播特征，通過反復的擬合計算確定各層的準確厚度，并對計算結果進行定量解釋;

(8)根據(jù)反演的結果繪制成彩色的地層瑞雷波波速影像圖。下圖2 為勘探區(qū)域剖面面波波速影像圖。

圖2 勘探區(qū)域剖面面波波速影像圖

4.2 高密度電法

使用高密度電法進行隧道地質勘查時，其勘查資料的處理通常需要將測量儀器內的信息導出到數(shù)據(jù)處理終端，對于原始資料進行初步處理，如壞點刪除、地形校正、格式轉換等系列步驟，繼而在勘探數(shù)據(jù)處理軟件的協(xié)助下繪制出勘測區(qū)域的地質電阻率等值線圖。最終通過地層電阻率的特征進行地質構造解釋，繪制出物探成果圖，為進一步的隧道工程設計施工提供參考。下圖3 為高密度電法視電阻率等值線圖。

圖3 高密度電法視電阻率等值線圖

5 結 語

綜上所述，作為當前隧道工程建設中最為全面的勘查方式，綜合勘探法在實際應用中收到了較好的效果，獲得了行業(yè)的廣泛認可。工程行業(yè)施工建設人員，應提高對綜合地質勘探技術應用的重視程度，努力學習接受新型技術發(fā)展，通過科學合理選擇勘探方式，提高隧道工程地質勘查準確性，為工程建設提供更為詳細準確的參考信息。

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［2］盧爾兵.淺談公路隧道的勘察設計和施工方法［J］.煤炭工程，2009，(8).

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