综合物探勘察方法在锦承线铁路东南山隧道的应用研究

摘 要：文章通过在锦承线铁路东南山隧道采用浅层地震折射波法和高密度电阻率法相结合的综合物探方法相结合使用，可相互补充验证，是工程地质勘察的有效方法，后期工程地质钻探验证表明了综合物探探测结果的可靠性。

关键词：锦承线铁路东南山隧道；综合物探；工程地质勘察

1 概述

铁路隧道勘察在铁路建设项目环节中既是的一个重点，又是难点。重点在于其成果对于工程建设的指导作用，难点在于地形地貌条件复杂，野外作业难度大，一种探测方法或多或少具有片面性。本文在锦承线铁路东南山隧道采用高密度电阻率法和浅层地震折射波法相结合的综合物探法，其主要目的是为了查明土石界线及基岩风化层厚度；查明隧道通过区的岩性、构造、侵入接触带位置、地下水及其他不良地质情况等。通过物探工作，查明隧道的工程地质条件，为铁路设计提供工程地质依据 。通过与该路段工程地质钻探相结合，验证该综合物探方法的实用性和有效性。

2 东南山隧道地质及地球物理特征

2.1 地质特征

沿线地层普遍被第四系堆积物覆盖，其成因类型主要为冲积、洪积、坡积，所包含岩土种类有黏性土、粉土、淤泥质土、砂类土及碎石土。覆盖层下伏多为沉积岩及变质岩，局部有岩浆岩，所含岩石种类有砂岩、泥岩、页岩、砾岩、煤层、石灰岩、片麻岩、角闪岩、石英岩，伴有安山岩、玄武岩、流纹岩等喷出岩。

2.2 地球物理特征

物探的前提条件是探测的目标物与围岩存在物性差异。首先，我们需要在测区附近进行岩性调查，并且需要测定岩石标本的物性参数（见表1）。根据现场露头测试、标本测试情况及经验值，我们将岩（土）性进行以下分类：

根据表1可以看出来，岩石标本的物性参数测定是非常重要的。从表中也可以清楚的看到，我们所需探测的目标物，均与围岩存在明显的物性差异，具备地球物理勘探的前提条件，可以进行高密度电法与浅层地震相结合的综合物探法。

3 综合物探方法理论原理

3.1 高密度电阻率法基本原理

高密度电法是由电极排列采用三电位电极系的温纳装置（α排列装置），基本原理是：电极按供电正极-测量正极-测量负极-供电负极的布极方式，等比例排列在剖面上，获得某一深度的视电阻率值。

高密度电法工作选择每排列一次性布设若干根电极（根据设计要求和场地地形实际情况定），电极距根据实际要求设定。测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，逐点向右移动，得到另一条剖面线。这样不断扫描下去，得到倒梯形断面。

3.2 浅层地震折射波法基本原理

地壳浅部常被近似为层状介质，各层介质具有不同的速度，同一层介质也存在横向和纵向上的速度变化。地震波在地下介质中传播，当通过速度不同的介质分界面时，波就会改变原来的传播方向。在上层介质的速度小于下伏介质速度的情况下，地震波以临界角出射到达介质分界面时，就会发生临界折射现象，产生沿界面传播的“滑行”波，引起界面各质点的振动，并以新的形式传至地面。浅层地震折射波法就是根据折射波传播理论，利用记录的折射旅行时来解释推断地下浅部地质构造[2-4]。

4 探测结果分析研究

本次综合物探工作目的是：查明土石界线及基岩风化层厚度；查明隧道通过区的岩性、构造、侵入接触带位置、地下水及其他不良地质情况等。通过物探工作，查明隧道的工程地质条件，为铁路设计提供工程地质依据。

4.1 物探研究成果

经对原始记录进行对比分析，剔除突变点，利用高密度电法软件进行反演计算绘制成视电阻率剖面图，见下图（本论文选取其中一段测线）。

DK215+430～DK216+820段测线长度1390米，测点数140点，沿隧道轴线布设，测线位置见图1。

测线的地震原始记录在室内做回放、拼接和滤波待预处理后经人工读取初至时间，绘制成原始时距曲线。经过地形校正和远炮点时距曲线的平移处理后，组成每一个排列的相遇时距曲线，且各排列的相遇时和排列之间的连接点时间均在规范规定的误差范围之内。根据相遇时距曲线，利用折射波勘探解释方法中射线跟踪法对各排列分别进行反演运算[5-6]，并进行校正、拟合。最后得出各排列的基岩面埋深和弹性波速度及上覆层的弹性波速度。综合各段测线的时距曲线与深度分布图，得到DK215+430～DK216+820段浅层地震剖面图，见图2。

由图2我们得到DK215+430～DK216+820段低速层纵波平均波速范围348.1m/s～564.4m/s，厚度范围约2.0m～20.0m，局部地段埋深可达到28.0m，下伏地层为坚硬状态的粉质黏性土或基岩，纵波波速值较高，分布范围1349.4m/s～3912.4m/s，基岩埋深范围约4.0m～18.0m。

4.2 综合物探研究成果（DK215+430～DK216+820段）

综合分析高密度电阻率法、地震折射波法的探测结果，得出各测线的综合结果如下：

由图2 DK215+430～DK216+820段综合物探断面图我们对该地段可以做以下推断：

DK215+430～DK215+700段，隧道进口处，覆盖层比较厚，隧道开挖时应注意支护；红色实线以上部分为低速层，纵波平均波速为348.1～514.7m/s，推断为第四系覆盖层及松散耕土层；灰色实线为土石界线，下伏地层为完整基岩，测试纵波平均波速为3911.2～3912.4m/s。该线路段视电阻率分布范围为20Ω·m～1800Ω·m，视电阻率变化较大，但呈层状分布，上部主要为耕土和地表岩石风化后的坡、残积物形成的含碎（块）石类黏性土，且含水量高，下部为全风化、强风化基岩，岩体破碎，裂隙很发育。

DK215+700～DK215+900段，覆盖层黏性土厚度比较均匀，厚度在10米左右；红色实线以上为低速层，纵波平均波速为461.4～478.6m/s，推断为第四系覆盖层及松散耕土层；灰色实线为土石界线，坚硬状态粉质黏性土纵波平均波速为1991.1～2575.9m/s；下伏为基岩，隧道洞身经过地层基岩比较完整、稳定。该线路段视电阻率为20Ω·m～6000Ω·m，视电阻率变化大，上部主要为耕土和地表岩石风化后的坡、残积物形成的含碎（块）石类黏性土，且含水量高；中部为全风化、强风化基岩，岩体破碎，裂隙很发育；下部视电阻率高，无断裂构造，裂隙不发育，为完整基岩。

DK215+900～DK216+000段，覆盖层较厚，最厚处约28米左右，距离隧道洞身较近，可能会影响到隧道的稳定性，应该引起注意！该线路段视电阻率分布范围为20Ω·m～2000Ω·m，视电阻率变化大，上部主要为耕土和地表岩石风化后的坡、残积物形成的含碎（块）石类黏性土，且含水量高，下部为全风化、强风化基岩，岩体破碎，裂隙很发育，结合周围岩体分布情况，推测该地段为一构造破碎带，隧道设计和施工时应注意其不利影响。

DK216+000～DK216+250段，覆盖层厚度比较均匀，厚度在10米左右；红色实线以上为低速层，纵波平均波速为440.1～451.4m/s，推断为第四系覆盖层及松散耕土层；灰色实线为土石界线，坚硬状态粉质黏性土纵波平均波速为1349.4～1880.9m/s；隧道洞身经过地层基岩比较完整、稳定，对隧道无影响。该线路段视电阻率分布范围为20Ω·m～6000Ω·m，视电阻率变化大，上部主要为耕土和地表岩石风化后的坡、残积物形成的含碎（块）石类黏性土，且含水量高；中部为全风化、强风化基岩，岩体破碎，裂隙很发育；下部视电阻率高，无断裂构造，裂隙不发育，为完整基岩。

DK216+250～DK216+820段，该段应引起注意，岩土界线多处距离隧道洞身位置比较近，可能会对隧道的稳定性产生影响；红色实线以上为低速层，纵波平均波速为479.9～564.4m/s，推断为第四系覆盖层及松散耕土层；灰色实线为土石界线，坚硬状态粉质黏性土纵波平均波速为1415.2～1749.7m/s。该线路段视电阻率分布范围为20Ω·m～1800Ω·m，视电阻率变化较大，且分布不均匀，上部主要为耕土和地表岩石风化后的坡、残积物形成的含碎（块）石类黏性土，且含水量高，下部为全风化、强风化基岩，岩体破碎，裂隙很发育。

5 结束语

通过对综合物探勘察在锦承线铁路东南山隧道中的应用研究，我们得出以下结论：

5.1 综合物探探测结果表明，东南山隧道隧址区无大型断层、滑坡、泥石流等不良地质现象，不存在岩溶、煤层和可采矿体，隧址区区域稳定性较好。

5.2 在东南山隧道DK215+430～DK216+820段测线DK215+910～DK215+990处有一条构造破碎带。

5.3 高密度电阻率法、浅层地震折射波法是工程地质勘察的有效方法；浅层地震折射波法适于浅层探测，高密度电阻率法相对适用于中深层探测；两者相结合使用可相互补充验证，是工程地质勘察的有效方法。

5.4 加强物探勘察研究应用，可全面系统地规避地质风险，消除铁路线路穿越地带潜在的安全隐患，是一种科学合理、经济适用的好方法。

参考文献

[1]刘蕾.高密度电阻率法反演成像及其应用[D].成都：成都理工大学，2003.

[2]付良魁.电法勘探教程[M].北京：地质出版社，1985.

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[4]顾功叙.地球物理勘探基础[M].北京：地质出版社，1990.

[5]李金铭，罗延钟，等.电法勘探新进展[M].北京：地质出版社，1996.

[6]陈仲候，王兴泰，杜世权.工程与环境物探教程[M].北京：地质出版社，1996.

[7]TB10013-2004.铁路工程物理勘探规程[S].

[8]王荣.浅层地震反射与散射联合成像法在工程探测中的应用[J].铁道勘察，2012（4）.

[9]田光盛.综合勘察结合专题研究在沪宁城际铁路工程地质勘察中的应用[J]，2013（4）.

[10]叶英.隧道施工超前地质预报[M].北京：人民交通出版社，2011：262.

作者简介：廖勇（1980-），男，2004年毕业于中国矿业大学（北京校区）地质工程专业，硕士研究生学历，国家注册土木（岩土）工程师，工程师。