高密度电法在隧道工程中的应用

摘要：本文通过分析高密度电法的原理及施工工艺，结合隧道工程的实际应用，说明高密度电法是适合在隧道工程中探测岩溶等不良地质体，高密度电法具有以下优点：成本较低、施工方便、效率高、易操作、信息丰富且解译方便。高密度电法是一种探测岩溶等不良地质体效果良好的物探手段，在今后的大型工程中值得推广应用。

关键词：高密度电法；大阳山隧道；CSAMT

1高密度电法的原理及工艺

高密度电法[5]是同典型的电阻率法的工作原理是一致的，都是以地下介质间的导电差异性为前提条件的，且同时具备了剖面法与测深法的功能，与传统的电阻率法不同的是高密度电法的关键在于观测点的密度高，而且是一次布设的阵列勘探方法。

若排列电极的电极距不变，而记录点位置移动时，即为电剖面法，测地电横向变化；若排列电极的电极距变化，而记录点位置不变时，即为电测深法，测地电垂向变化，数据采集完成后，将原始数据传入电脑，通过高密度电阻率层析成像处理系统得到二维高密度电法电阻率反演断面图，供地质解释划分地层、判断异常，推断出断层、岩溶及采空区等的分布情况，为后续的设计施工提供地质依据。

2工程概况及物理特征

研究区为拟建苏州一隧道工程，是为了打破山体分隔，打通东西向通道，促进西部新城区的发展。该区域地质灾害高易发，滑坡、岩溶发育，为查明隧道线路段的断裂、采空区及岩溶的分布情况，采用高密度电法进行勘探，结合区域地质资料及其他勘探手段得到的资料，为工程的顺利施工提供保障。

该工程共布置了7条高密度电法测线，分别在隧道进口处设置4条高密度电法测线（G1、G2、G3、G4）和出洞口处设置3条测线（G5、G6、G7），采用的是重庆地质仪器厂生产的120道DUK～2型高密度电法测量系统，该系统对允许的最大接地电阻可以通过输入预置终止条件参数来实现，减少了因电极引起的测量误差，提高了测量数据可靠性。

该工程测线位置定位，采用JSCORS系统确定测线端点位置，在测线内利用测绳量距确定点位。根据现场试验结果分析，确定施工时一次性布设电极90～120根，电极距为5m，最小隔离系数为1，最大隔离系数为29，采用温施2装置做长测线观测，利用转换器实现数据采集的自动化。为使深部数据连续，采用叠加方式，保证本次N=29的数据连续性。工作中每相邻排列有60根电极重复，最终获得倒梯形断面。之后利用仪器的RS232通讯功能传人电脑，通过软件处理得到电阻率反演图，结合现场的地质资料进行地质解释。

高密度电法的前提是地下介质间的导电性差异，第四系覆盖层、基岩和断裂破碎带、岩溶、采空区三者之間电性差异明显。当基岩断裂、破碎或者裂隙较发育并充填泥质、水等杂物时，它与相对完整的基岩相比，呈低电阻率低波速物理特征；岩溶和采空区充填水和泥沙等一些低阻物体时表现为低阻，若没有充填低阻体，而是空洞时表现为高阻异常，这为采用高密度电法查明是否存在断层破碎带、岩溶和采空区等不良地质现象及推断围岩级别提供前提条件。

3应用实例

高密度电法的地质解释是以电阻率反演断面图为依据，结合现场地质情况，划分层位，确定层位的地质含义；仔细判读异常特征，辨别真伪，区分真假异常以达到探测判断可能存在的断层破碎带位置、规模及是否存在采空区、巷道、滑坡、岩溶等特殊地质现象。

3.1G1测线成果解释

G1沿着隧道方向布置，位于拟建隧道工程西侧，对应里程桩为SK1+290～SK2+050，在SK1+550附近左右两侧电阻率差异较大，结合地质资料，认为上部为堆积土及碎石层，下部为岩层，阳山逆掩断层经过此处。断层西侧电阻率较低，推测为二叠系栖霞灰岩地层及岩溶的反应，断层东侧电阻率较高主要为茅山群砂岩和酸碱性岩脉的反应。

3.2G3测线成果解释

G3测线南北向布置，垂直隧道走向。从图1中可以看出，电阻率总体比较低，是由于整条测线布置在石炭纪地层中，并上覆410m的第四系的缘故。第四系下方为石炭纪地层；该地层中出现低阻异常，认为是岩溶的反映，岩溶下方为石炭纪地层。

3.3G4测线成果解释

G4测线垂直隧道走向布置，（如图2）0200m浅地表高阻显示，推测为石英闪长玢岩，厚约29m，测线150m左右两侧电阻率差别较大，0150m石英闪长玢岩下方低阻显示，推测为岩溶引起。测线大号端主要是茅山群砂岩反映，在250350m之间，高程为约5m，有一水平状低阻异常，可能为酸碱性脉岩的反映。该测线上的岩溶及酸碱性脉岩对隧道影响不大。

4结语

高密度电法是一种成本较低、施工方便、效率高、易操作、地电信息丰富且解译方便的物探手段，技术较为成熟，自动化程度高，且后期软件处理较方便，是一种值得推广的物探手段。

作者简介：李明（1989），男，汉族，本科，河南濮阳人，研究方向：主要研究地质工程勘察及灾害防治。