摘要 大地電磁法是隧道評價(jià)中預(yù)判巖性、斷層、富水構(gòu)造探測的重要方法。以九寨溝—綿陽高速松柏隧道為典型案例，在介紹基本工程地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，分析了在隧道區(qū)選取大地電磁法的依據(jù)，采用大地電磁測深法（EH-4）在隧道上方地面中線進(jìn)行勘察。根據(jù)物探試驗(yàn)成果，并結(jié)合既有地質(zhì)資料，給出松柏隧道沿線工程地質(zhì)特性，確定隧道沿線可能存在的巖溶、斷層位置和產(chǎn)狀以及軟弱巖層等不良地質(zhì)區(qū)段的具體范圍，為施工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 大地電磁法； 松柏隧道； 地質(zhì)構(gòu)造； 巖土體特征

中圖分類號 U452.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

0引言

近年來，我國西部山區(qū)的大量交通線路在加速建設(shè)，就會(huì)伴隨大量隧道開挖［1］。西部地區(qū)隧道工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件均是十分復(fù)雜的，斷層、褶皺、滑坡、巖溶等地質(zhì)現(xiàn)象也是交錯(cuò)橫生［1］，而這些不良地質(zhì)現(xiàn)象處，也是最易導(dǎo)致隧道安全事故之處，所以是十分有必要在隧道建設(shè)之初，對隧道的工程地質(zhì)條件進(jìn)行整體把握，做好相應(yīng)的應(yīng)對措施。

目前，采取的地質(zhì)勘察方法主要有鉆探和物探［2］。受多種因素（地形地貌、隧道埋深等）影響，導(dǎo)致隧道全線采取鉆探方法是極其困難的，加之鉆孔為一孔之見，一點(diǎn)帶線的方法也是不可取的［3］。物探方法能夠在一定程度上避免鉆孔的一孔之見，一點(diǎn)帶線的缺點(diǎn)，受到地質(zhì)勘察人員的青睞。近年來，鉆探與物探結(jié)合的方法逐漸成為主流勘察手段，能夠相互互補(bǔ)，從而達(dá)到快速、經(jīng)濟(jì)、有效的目的。

物探方法能夠?qū)λ淼姥鼐€的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘察，預(yù)防不良地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，一定程度上明確地質(zhì)構(gòu)造的位置和規(guī)模［4］。采用的物探方法有地震波類、高頻電磁波、電法、電磁法類等［5-7］。由于不同方法的原理不同，各個(gè)方法的探測距離、精度和適用環(huán)境等是不同的［1］。在利用物探方法進(jìn)行勘探時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件等影響因素，選取合適的物探方法。

本文以九寨溝—綿陽高速松柏隧道物探勘察為例，采用大地電磁法探測區(qū)內(nèi)各條測線上斷層的分布及埋深情況，根據(jù)解譯得到的綜合成果，對各條測線上的施工條件作出評價(jià)，為后續(xù)的施工提供科學(xué)的依據(jù)。

1工程區(qū)概況

松柏隧道位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣雙河鄉(xiāng)境內(nèi)，進(jìn)口位于雙河鄉(xiāng)抹地村，緊鄰省道S301，出口位于雙河鄉(xiāng)松柏村村口，緊鄰省道S205，進(jìn)口距九寨溝縣城僅15 km，出口距九寨溝縣城僅12 km，交通極為便利。隧道為分離式雙線隧道，左線起止里程樁號為ZK11+745～ZK15+166，長3 405.273 m；右線起止里程樁號為YK11+750～YK15+152，長3 382.038 m，屬特長隧道，隧道最大埋深860 m，單洞寬10.25 m，洞凈高5 m。

隧道進(jìn)口位于白水江右岸山體中，出口位于湯珠河右岸山體中，所在山體最高海拔2 750 m，最低處位于隧道進(jìn)口白水江水面高程1 245 m，相對高差近1 505 m。湯珠河近NE向匯入白水江后向東流淌，場地總體S高N低。隧區(qū)主要為高山和河曲，屬侵蝕堆積地貌。隧道進(jìn)口位于白水江右側(cè)省道S301內(nèi)側(cè)，斜坡坡度30°～50°，覆蓋層松散，植被稀少，沖溝發(fā)育；隧道出口位于湯珠河右側(cè)斜坡，斜坡坡度約40°～55°，坡體覆蓋層較厚，植被不發(fā)育，坡腳為菜地。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、地質(zhì)測繪和鉆探揭露，隧址區(qū)出露地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q₄^al+pl）卵石土；第四系全新統(tǒng)坡積層（Q₄^dl）碎石土；第四系更新統(tǒng)崩坡積層（Q4c+dl）碎、塊石土；第四系更新統(tǒng)沖洪積層（Q₃^al+pl）含碎石角礫和含碎石粉土；上古生界二疊系下統(tǒng)（P₁^2-4、P₁^2-2）灰?guī)r為主，夾互板巖和炭質(zhì)千枚巖。

松柏隧道區(qū)位于新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈川西北地區(qū)，位于由塔藏?cái)嗔?、文縣—康縣斷裂所組成的文縣弧形斷裂帶，岷江斷裂、雪山斷裂及虎牙斷裂所組成的西部邊界斷裂帶及其東南部的龍門山斷裂帶三大主斷裂帶所圍限成的楔形地塊內(nèi)部。

2現(xiàn)場物探試驗(yàn)

2.1選取大地電磁法的依據(jù)

為選取適用于九寨溝-綿陽高速松柏隧道物探勘察的技術(shù)手段，首先對周邊的地形地貌、地質(zhì)條件以及人類工程活動(dòng)等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。調(diào)查得出：

（1）工區(qū)周圍工業(yè)不發(fā)達(dá)，電磁干擾一般。

（2）工區(qū)地表土層濕潤，接地良好。

（3）區(qū)內(nèi)覆蓋層與深部圍巖有明顯的電阻性差異，且地質(zhì)條件相對簡單，地層分布也較簡單。

因此，最終應(yīng)用大地電磁法在測區(qū)內(nèi)隧道上方查明存在的斷層產(chǎn)狀及破碎帶寬度，巖溶、富水區(qū)的埋深和規(guī)模，地層分界線等不良工程地質(zhì)問題，是完全可行的。

2.2物探試驗(yàn)設(shè)計(jì)

勘察路線沿隧道上方地面中線進(jìn)行布設(shè)，布設(shè)一條物探勘探線（圖1），總長2.90 km，物探測點(diǎn)點(diǎn)距為25 m，共布設(shè)124個(gè)。儀器采用20世紀(jì)90年代由美國EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合推出的EH4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀，大地電磁測深法EH4工作參數(shù)如下：點(diǎn)距25 m，MN極距為40 m，采集高頻及低頻數(shù)據(jù)，采集范圍為1～100 kHz，疊加次數(shù)為6次［3］。

3物探結(jié)果分析

通過對EH4電磁測深數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)處理，獲取可視化電磁測深斷面（圖2）。測線全長2.9 km，里程為ZK12+220～ZK15+120，由大地電磁測深反演斷面（圖2）可知：

（1）物探資料顯示隧道進(jìn)口段由于地形較陡無法布置EH-4測量點(diǎn)，隧道里程ZK12+220～ZK12+490附近受到高壓線影響（距工點(diǎn)50～200 m不等），為抑制干擾，適當(dāng)將測點(diǎn)遠(yuǎn)離高壓線并合理調(diào)整磁探頭方向，適當(dāng)縮短電極距，但各頻段均出現(xiàn)數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象，該段數(shù)據(jù)失真，此段干擾較為嚴(yán)重，應(yīng)結(jié)合其他資料使用，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查等資料，本段圍巖巖性主要為灰?guī)r、板巖及千枚巖，板巖的電阻率約在1 000 Ω·m左右，灰?guī)r電阻率值約為1 000～10 000 Ω·m，千枚巖電阻率值約為1 000～3 000 Ω·m，而本段實(shí)測EH4卡尼亞視電阻率普遍低于其對應(yīng)巖性電阻率值，推測為巖體極破碎—破碎，巖質(zhì)軟，圍巖穩(wěn)定性較差—差，巖溶弱發(fā)育，設(shè)計(jì)和施工中，整段均需加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防塌方和涌水。

（2）物探資料顯示隧道里程ZK12+490～ZK12+940電阻率變化范圍較小，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，本段圍巖巖性主要為灰?guī)r、板巖及千枚巖，板巖的電阻率約在1 000 Ω·m左右，灰?guī)r電阻率值約為1 000～10 000 Ω·m，千枚巖電阻率值約為1 000～3 000 Ω·m，而本段實(shí)測EH4卡尼亞視電阻率普遍低于其對應(yīng)巖性電阻率值，推測為巖體較破碎～破碎，巖質(zhì)較硬～軟弱，圍巖穩(wěn)定性較差～差，巖溶弱發(fā)育，設(shè)計(jì)和施工中，建議整段加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防塌方和涌水。

（3）物探資料顯示隧道里程ZK12+940～ZK13+260電阻率變化范圍較小，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，本段圍巖巖性主要為灰?guī)r、板巖及千枚巖，板巖的電阻率約在1 000 Ω·m 左右，灰?guī)r電阻率值約為1 000～10 000 Ω·m，而本段實(shí)測EH4卡尼亞視電阻率普遍略低于其對應(yīng)巖性電阻率值，推測為巖體較完整，巖質(zhì)較硬，圍巖穩(wěn)定性一般，巖溶弱發(fā)育，設(shè)計(jì)和施工中，建議加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防塌方和涌水。

（4）物探資料顯示隧道里程ZK13+260～ZK13+450段以低電阻率值為主，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，本段圍巖巖性主要為灰?guī)r、板巖及千枚巖，板巖的電阻率約在1 000 Ω·m 左右，灰?guī)r電阻率值約為1 000～10 000 Ω·m，千枚巖電阻率值約為1 000～3 000 Ω·m，而本段實(shí)測EH4卡尼亞視電阻率普遍遠(yuǎn)低于其對應(yīng)巖性電阻率值，推測為巖體破碎，巖質(zhì)軟弱，圍巖穩(wěn)定性差，巖溶弱發(fā)育，設(shè)計(jì)和施工中，建議整段加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防塌方和涌水。

（5）物探資料顯示隧道里程ZK13+450～ZK13+786段以較高電阻率值為主，推測為巖體較完整，巖質(zhì)軟較硬，圍巖穩(wěn)定性一般～較差，巖溶弱發(fā)育，設(shè)計(jì)和施工中，建議加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防塌方和涌水。

（6）物探資料顯示隧道里程ZK13+786～ZK14+140段以低電阻率值為主，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，巖體擠壓揉皺嚴(yán)重，巖層產(chǎn)狀不穩(wěn)定，推測為巖體破碎，巖質(zhì)較軟—軟，圍巖穩(wěn)定性差，巖溶弱發(fā)育，設(shè)計(jì)和施工中，建議整段加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防塌方和涌水。

（7）物探資料顯示隧道里程ZK14+140～ZK14+620附近電阻率變化范圍較大，且以低電阻率為主，并存在由地表向深部延伸的低電阻區(qū)域，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，推測為溶蝕破碎帶或斷層碎碎帶，巖體極破碎、富水，巖質(zhì)軟，圍巖穩(wěn)定性差，設(shè)計(jì)和施工中，建議整段加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防塌方和涌水。

（8）物探資料顯示隧道ZK14+620～ZK15+120段電阻率變化范圍較小，且以中、高電阻率為主，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，本段圍巖巖性主要為灰?guī)r、板巖及千枚巖，板巖的電阻率約在1 000 Ω·m左右，灰?guī)r電阻率值約為1 000～10 000 Ω·m，千枚巖電阻率值約為1 000～3 000 Ω·m，而本段實(shí)測EH4卡尼亞視電阻率值普遍略低于其對應(yīng)巖性電阻率值，推測為巖體較完整—較破碎，巖質(zhì)較硬—軟弱，圍巖穩(wěn)定性一般，巖溶弱發(fā)育，建議設(shè)計(jì)和施工中加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)防塌方和涌水。

結(jié)合物探成果以及已有的現(xiàn)場勘察資料，綜合分析得出，采用大地電磁法所獲得的松柏隧道的地球物理特征與實(shí)際所得踏勘、鉆探等測量成果是較為一致，該物探成果具有較高可信度。松柏隧道中ZK13+786～ZK14+140段（褶皺段）和ZK14+140～ZK14+620段（斷層段）均以低電阻率為主，推測褶皺和斷層地質(zhì)構(gòu)造中富水，開挖時(shí)應(yīng)予以重視，以防發(fā)生突水事故。最終確定松柏隧道K13+600～K14+140附近存在一褶皺，導(dǎo)致巖體破碎（圖3）；K14+140～K14+650段附近存在一規(guī)模較大的斷層帶，該斷層及影響帶寬540 m左右，斷層導(dǎo)致影響帶巖體極破碎、富水，巖質(zhì)軟。同時(shí)，利用大地電磁法除能夠預(yù)測大規(guī)模的地質(zhì)構(gòu)造外，也能夠?qū)τ诒碛^看似完整，實(shí)則巖體質(zhì)量較差的巖體進(jìn)行預(yù)測，

為隧道的開挖一定程度的超前預(yù)報(bào)。利用物探技術(shù)也能夠在一定程度上避免鉆孔的一孔之見。

4結(jié)論

通過天然場大地電磁測深成果，推斷出探測區(qū)內(nèi)測線上巖土地質(zhì)特性、斷層的分布及埋深情況，軟弱巖層、巖溶情況，為后續(xù)的施工提供科學(xué)依據(jù)。

（1）根據(jù)前期勘察成果，比選得出大地電磁法更適用于九寨溝—綿陽高速松柏隧道的地質(zhì)勘察。

（2）通過大地電磁法測深成果，對隧道不同區(qū)段的工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，推測出不同區(qū)段的巖體質(zhì)量情況，并提前提出相應(yīng)的工程災(zāi)害預(yù)防措施和防治措施，有效指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

（3）ZK13+786～ZK14+140段（褶皺段）和ZK14+140～ZK14+620段（斷層段）2段巖體均以低電阻率為主，推測地質(zhì)構(gòu)造中富水，開挖時(shí)應(yīng)予以重視，以防發(fā)生突水事件，造成人員傷亡。

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