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        綜合物探方法在復(fù)雜環(huán)境廢棄礦區(qū)勘察中的應(yīng)用

        2021-03-11 11:42:10徐旺興趙子越
        世界有色金屬 2021年22期
        關(guān)鍵詞:微動富水測線

        徐旺興,趙子越

        (1.福建省龍巖市城市建設(shè)投資發(fā)展有限公司,福建 龍巖 364000;2.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司,四川 成都 611731 )

        隨著城市公共交通網(wǎng)的全面拓寬,更多復(fù)雜的工程地質(zhì)問題需要工程科技人員去解決處理[1],其中,針對廢棄礦區(qū)等范圍小、年代久、資料少的情況,單一物探方法的局限性就會被放大,無法準(zhǔn)確探明采空區(qū)位置和大小,將產(chǎn)生極大的安全隱患[2]。探明廢礦區(qū)的工作也是對采礦行業(yè)的完美收尾,完善的勘察資料將對后續(xù)工作起到極大幫助。為此本文利用綜合物探方法,解決廢棄礦區(qū)勘察存在的困難,通過多種方法綜合勘察分析對比,對實際施工進行指導(dǎo),解決地質(zhì)先驗信息匱乏的問題,驗證地球物理方法在復(fù)雜地質(zhì)條件下勘察的能力[3,4]。

        本文將以華蓮西路二期道路工程地質(zhì)勘察實際工作為例,其隧道工程穿過資料不完善的廢礦區(qū),還存在富水區(qū)的風(fēng)險,下文將結(jié)合綜合物探方法成果進行分析介紹。

        1 工程概況

        擬建的華蓮西路二期(西外環(huán)--紅田路東)道路工程總體呈東西走向,設(shè)計起點K0+000位于龍門組團西外環(huán)交叉口,位于龍巖市新羅區(qū)龍門鎮(zhèn)赤水村;設(shè)計終點K2+454.782位于紅田路交叉口以東579.129m,位于龍巖市新羅區(qū)紅坊鎮(zhèn)下洋村,道路全長2454.782m。

        本次勘察的隧道工程為分離式雙線雙洞隧道,其中左線(即N線)進出口樁號K0+200~K1+320,全長1120m,凈寬10.25×5.0m(寬×高),設(shè)計標(biāo)高393.00~357.399m,設(shè)計坡度為-2.697%;右線(即S線)進出口樁號K0+200~K1+380,全長1180m,凈寬10.25×5.0m(寬×高),設(shè)計標(biāo)高387.607~355.78m,設(shè)計坡度為-2.697%;左右兩線隧道均屬長隧道,2014年勘察時最大埋深95.20m,洞門型式均采用端墻式。擬建隧道為山嶺隧道,采用礦山法施工。

        由于該工區(qū)位于龍巖市虎中煤礦采礦區(qū),據(jù)調(diào)查該地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,對隧道設(shè)計、施工影響很大,且處理難度大,嚴重影響隧道安全。故采取綜合物探方法進行勘察,為后續(xù)工作提供有力保障。

        2 地質(zhì)概況

        2.1 地形地貌

        隧址區(qū)屬低山丘陵區(qū)地貌,呈雞爪狀地形,洞身地形中部高,兩出口地段地形較低,地形起伏較大。隧道線位內(nèi)地表最大標(biāo)高476.28m,最低標(biāo)高359.68m,相對高差約116.6m。隧道進口位于山體斜坡下部,與等高線斜交,自然斜坡坡度較緩,坡角25°~28°;隧道出口位于山體斜坡下部,與等高線斜交,自然斜坡坡度較陡,坡角52°~56°。山體植被發(fā)育,為雜草、灌木,出口段分布少量民房。洞身段分布較多采煤洞(均已廢棄),在K1+070處存在2座高壓電塔,隧道右線從中間穿過。

        2.2 地質(zhì)構(gòu)造

        據(jù)鉆探揭露、工程地質(zhì)調(diào)繪成果及對照福建省區(qū)域地質(zhì)圖表明,場地內(nèi)及其附近無新近形成的活動斷裂。但根據(jù)補充地質(zhì)測繪,隧址區(qū)沿線見有較多的小型褶皺及煤層、煤洞,局部見有泥巖軟弱夾層。據(jù)前期勘察,隧址區(qū)煤系分布無規(guī)律性,部分地段夾泥巖,且節(jié)理、裂隙傾角大多小于75度,對隧道的穩(wěn)定性及施工影響較大。且區(qū)域內(nèi)分布有較多的斷層帶,其中對隧道影響較大的斷層有F2、F9、F10、F15、F34等5條斷層,總體走向南北,傾向東的單斜構(gòu)造,與隧道近垂直相交或大角度斜交。隧址區(qū)發(fā)現(xiàn)的斷層及破碎帶降低了隧道的圍巖級別,對隧道的穩(wěn)定性及施工影響較大。

        2.3 物探條件綜合分析

        隧道所穿越煤礦于2013年3月已關(guān)閉,缺失煤礦開采情況的完整資料,此外煤礦還存在無序開采情況;目前煤礦洞口已經(jīng)封閉,并做了破壞性處理,無法進行礦下調(diào)查。其中,礦區(qū)內(nèi)分布較多平洞、斜井、風(fēng)井及采空區(qū)等;并分布有多種主要斷裂構(gòu)造及兩條破碎帶,洞身段分布較多采煤洞,在K1+070處存在2座高壓電塔,這都對隧道設(shè)計、施工影響很大,且處理難度大,嚴重影響隧道安全。洞身段山頂現(xiàn)改造為公園,現(xiàn)狀地面標(biāo)高約390m~428m,現(xiàn)狀地面下隧道最大埋深約56m。本次綜合物探主要目的是探測隧址區(qū)分布的斷裂構(gòu)造、褶皺核部、采空區(qū)、老窯積水等具備物性差異的部位。隧址區(qū)現(xiàn)階段洞頂上部開挖整平改造,洞頂上部相對平整,洞身埋深減小(最大埋深約56m),有利于進行物探測試。

        3 綜合物探方法

        3.1 高密度電法

        (1)工作原理

        高密度電阻率法是20世紀發(fā)展起來的一種電阻率方法,經(jīng)過多年的發(fā)展和實際應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟,穩(wěn)定應(yīng)用于解決各種工程問題。它結(jié)合了電剖面和電測深法的優(yōu)點,通過合理地進行高密度布點,完成二維地電斷面測量。實施的地球物理屬性前提是:地下介質(zhì)空間內(nèi)待測區(qū)域存在導(dǎo)電性差異,通過布設(shè)電極建立外加電場,研究其作用下地下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律,推斷出具有不同電阻率地質(zhì)體的賦存情況。根據(jù)實測的視電阻率剖面,進行計算、分析,便可獲得地層中的電阻率分布情況,從而可以劃分地層,判定異常等。由于提供的數(shù)據(jù)量大,信息多,并且觀測精度高,速度快,探測的深度也很靈活,因此在工程地質(zhì)勘察和水文地質(zhì)勘察中有著廣闊應(yīng)用前景。

        3.2 微動探測

        (1)工作原理

        微動探測方法(The Microtremor Survey Method,簡稱MSM)是從圓形臺陣采集的地面微動信號中通過空間自相關(guān)法提取出面波(瑞利波)頻散曲線,經(jīng)反演獲取臺陣下方S波速度結(jié)構(gòu),以探查地質(zhì)構(gòu)造的地球物理探測方法。微動速度剖面能準(zhǔn)確、直觀地反映地層巖性變化及異常體形態(tài)、規(guī)模。這一方法在國外,特別是在日本已廣泛應(yīng)用于盆地結(jié)構(gòu)調(diào)查、工程地質(zhì)勘察、場地穩(wěn)定性評價等多個領(lǐng)域。

        4 資料采集及解釋

        4.1 資料采集

        高密度電法勘探采用EDJD-3分布式數(shù)字多功能直流電法儀,微動探測設(shè)備是I-Nodal節(jié)點式全內(nèi)置地震采集站。根據(jù)實際現(xiàn)場情況設(shè)置合理的測量觀測系統(tǒng),工區(qū)整體測線布置如圖1所示。

        圖1 工區(qū)整體測線布置圖

        4.2 成果綜合解釋

        兩種方法的探測結(jié)果如圖2~3所示。

        圖2 微動勘探左右測線成果圖

        圖3 左、右測線高密度電法電阻率反演解釋成果圖

        (1)高密度電法

        左線測線(ZK0+290~ZK0+870段):測線測試范圍內(nèi)地表視電阻率值較高,高程390m以下,隧道洞身范圍除ZK0+620~ZK0+650段外,視電阻值極低,推測該里程段圍巖破碎~極破碎,巖層富水。左線測線(ZK1+170~ZK1+325段):受方法及場地限制,該段測線僅ZK1+262~ZK1+288段測試深度達到隧道底標(biāo)高,隧道穿越區(qū)域視電阻值極低,推測該里程段圍巖破碎~極破碎,巖層富水。

        右線測線(K0+260~K1+020段):測線測試范圍內(nèi)地表視電阻率值較高,高程385m以下,隧道洞身范圍除K0+560~K0+610段外,視電阻值極低,推測該里程段圍巖破碎~極破碎,巖層富水。右線測線(K1+150~K1+360段):受方法及場地限制,該段測線僅ZK1+245~ZK1+280段測試深度達到隧道底標(biāo)高,隧道穿越區(qū)域視電阻值極低,推測該里程段圍巖破碎~極破碎,巖層富水。

        (2)微動探測

        左線測線(ZK0+330~ZK1+330段):測線測試范圍內(nèi)整體視速度值低,隧道洞身范圍ZK0+997~ZK1+071段,視速度值變化較大,推測該段圍巖破碎;隧道洞身范圍ZK1+170~ZK1+203段,視速度值較高,推測該段圍巖較完整;其余里段視速度值極低,推測其余里程段巖層極破碎。此 外,由 于ZK0+610~ZK0+730,ZK0+860~ZK0+900,ZK1+205~ZK1+284里程段,存在與地表連通的極低視速度帶,推測為采空區(qū)影響段,巖層富水,且與地表水連通。

        右線測線(K0+180~K0+360段):測線測試范圍內(nèi)整體視速度值低,隧道洞身范圍K0+495~K0+595(K0+530~K0+580因施工無法施測)段,K0+680~K0+740段,視速度值起伏較大,推測該段圍巖較破碎;K0+293~K0+330段視速度值較高,推測該段圍巖較完整;其余里段視速度值極低,推測其余里程段巖層極破碎。在K0+650~K0+680,K0+780~K0+950,ZK1+160~ZK1+290里程段,存在與地表連通的極低視速度帶,推測為采空區(qū)影響段,巖層富水,且與地表水連通。

        5 結(jié)論

        (1)通過綜合物探方法對廢礦區(qū)采空區(qū)、富水層及其它影響后續(xù)施工的安全隱患進行全方面排查,準(zhǔn)確地檢測出異常區(qū)域的位置,合理地推斷分析出異常體的成因,為后續(xù)工作的開展提供準(zhǔn)確的勘測資料。

        (2)隧道在后續(xù)開挖中驗證了本次綜合物探所探測到的異常區(qū),表明該綜合探測方法在復(fù)雜環(huán)境廢礦區(qū)地質(zhì)勘察中具有良好的結(jié)果,也為日后廢礦區(qū)整治提供了可靠的勘察資料。

        (3)針對過去資料不足、勘察信息不完善的礦區(qū),綜合多種物探方法的探測能提供更準(zhǔn)確的地下信息,有效預(yù)防相關(guān)施工事故的發(fā)生,具有廣闊的應(yīng)用前景。

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