隧道勘察中物探和钻探方法结合应用研究

陈 喆

（广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007）

勘察是隧道工程建设的基础性工作，其结果会直接影响工程规划及后续工程建设质量。在隧道勘探中，过去常用钻探方法，但随着时代的发展，隧道工程的复杂性逐渐提升，其建设环境也愈发苛刻，钻探方法的多种弊端逐步显现。物探方法的出现可有效弥补钻探方法的不足，但其也具有一定的劣势。实践证明，若单独应用其中一种方法，难以保证隧道工程建设质量。将两种方法结合应用到隧道勘察中，对增强勘察全面性有重要作用，也有利于提升勘察数据精度。现对隧道勘察中物探和钻探方法结合应用进行如下分析与论述，供参考。

1 钻探、物探概述及其结合应用意义

1.1 基本概述

从传统意义上讲，钻探说的是利用机械设备在岩石层上钻孔，通过钻孔获得所需地质信息，如岩石层特性、土体结构、含水层厚度、岩溶发育情况等，其优点在于获得地质信息的直接性。随着钻探技术的发展，钻探的含义有了进一步的变化，其钻孔条件的丰富性逐渐提升，多种新技术不断涌现，如空气钻探、液动冲击回转钻探等，相应地，技术配套设备也得到了完善。然而，钻探也有着明显劣势，如施工成本高、受场地限制大、获得信息不具有普遍性等。

物探利用物理因素探索岩石层的物理性质，通过物理学原理对其进行科学分析与解译，从而获得所需地质信息。因为可利用的物理因素较多，其利用方法也存在明显差异，所以物探技术种类也具有多样性。常用物探技术包括高密度电法、瞬变电磁法、音频大地电磁法、浅层地震法等。物探技术的优点在于施工成本低、速度快、覆盖范围广、获得信息具有普遍性，其缺点也较为明显，如易受干扰、数据准确性不高、对人员素质要求高等。

1.2 结合应用意义

物探、钻探技术优劣势互为补充，钻探可以弥补物探易受干扰、数据准确性不高的劣势，物探可弥补钻探受场地限制大、成本高、获得信息不具有普遍性的劣势。在隧道勘探中，根据实际隧道建设情况将两者结合应用，通过钻探验证物探所获信息准确性，利用物探全面把握隧道建设环境水文地质条件，可有效提高隧道勘察的准确性，也可避免后续施工风险的发生。因此，隧道勘察中物探、钻探结合应用具有重要意义。

2 隧道勘察中钻探、物探结合应用技术方法

2.1 高密度电法

高密度电法是一种基于直流电法、综合四季测探与电剖面法优势的阵列勘探方法，它主要根据岩石介质电阻的差异性，人工制造电场，通过运用电场原理对其分布特点进行科学分析，确定地质视电阻率分布情况，从而获得地质结构信息。该方法适用于水含量少的地质结构，其优点在于可通过观察灰阶图像获得直观信息，缺点在于受地质水层影响大。运用该方法获得灰阶图像，若图像呈层状分布，即可判断岩石层完整；如果图像中层有椭圆或其他形状的低阻色块，则判断存在破碎带或中软层等易渗水通道。利用该法获得水文地质信息时，为了保证最终测量结果的准确性，可运用钻探对含水较多地质层进行重新探测。

2.2 浅层地震法

浅层地震法主要利用岩石介质地震波传播规律，通过运用波动原理对地震波反射结果进行科学分析，从而获得地质结构信息。该法适用于构造带探寻方面。运用此方法获得波形若出现形状相似、同相轴光滑、周期相同的情况，则判断其为完整连续岩层；如果出现畸变、凌乱的情况，则判断其为岩溶或破碎带区域。要获知其具体信息，则根据施工需要，在把握充分地质结构的基础上进行钻探。

2.3 音频大地电磁法

音频大地电磁法主要利用大地电阻率与信号频率，通过运用电磁场原理对两者进行对比分析，根据分析所得波阻抗计算出介质视电阻率，从而获得地质信息。该方法常用测量方式为标量测量，先搜集区域地质材料，通过对区域水文地质条件的了解，科学设计观测系统，然后观测并布设信号发射源，最后分析测量数据。要获得具体地质信息，则结合实际情况进行钻探。

3 隧道勘察中钻探、物探结合应用实践过程及结果

3.1 综合勘察具体方法

隧道勘察需要充分考虑隧道地形、地质结构、岩石风化程度、地表基岩露头、地表植被、隧道埋深等多个因素。在隧道埋深参数大，且埋深参数大的段落在总体隧道段落中占比达的情况下，若仅用钻探，则勘察难度大，需要应用钻探、物探综合勘察。实际隧道勘察过程中，关键工作在于对地质岩层分布信息的获取，以及对不良地质条件及关键问题的全面探索。笔者认为，隧道勘察应当先从了解隧道宏观构造开始，再进行局部岩石层特性定性定量分析，获得科学的地质信息，这表现在勘察方法的运用上，就是先运用物探，再运用钻探。通过对当前隧道勘察方法的总结，得出如下综合勘察方法：第一步，通过对隧道建设环境地质资料的有效分析，进行1 ∶10000 地质调绘，对环境地质结构及岩石层特性有基本的了解；第二步，针对关键问题，如岩溶、涌突水，进行1 ∶10000 地质专项调绘；第三步，根据隧道实际情况运用物探技术，分层次、分类别解译隧道环境地质结构及岩石层特性；第四步，基于以上工作进行钻探，着重强调物探异常带、含水量大岩石带、重点段落、存在疑问的表层构造带的勘探；第五步，围绕钻孔开展多种实验，如瓦斯压力测试、取样室内测试、应力测试等，获得相关参数，并通过对勘察资料的全面分析，得出最终勘察结果。某隧道工程勘察方法如表1 所示。

表1 某隧道工程勘察方法

3.2 工程地质调绘

根据实际调查地质资料，对隧道建设环境进行1 ∶10000 地质调绘，作初步统计量测工作，基本了解地质结构、岩石层特性以及岩石带分布，并确定具体的勘察路线线位。以此为基础，再次进行地质调绘，详细统计量测岩层产状、节理裂缝、岩石层具体特性，把握关键地质问题及不良地质，为后续专项调查与物探、钻探奠定坚实基础。

3.3 地质专项调查

物探所获数据信息的准确性和隧道建设环境水文地质条件的相关性较强，若水文地质条件复杂，易出现涌突水情况，那么物探所获信息就和实际地质情况存在显著差异。因此，要对水文地质进行专项调查。在调查过程中，根据隧道地形地貌、地表水系以及地下水类型、排泄方向、补给、基准面、径流等的差异性，划分水文地质单元，通过对不同单元地表地下水流量的有效监测，获取其水文参数，了解其水文特征，从而确定之后物探、钻探重点区域。

3.4 综合物探

以大地电磁法为例，首先，运用直流电测法测试隧道中具有代表性的岩石层的电性参数；其次，根据隧道实际情况进行物探，获得相关物理参数，即电阻率；再次，结合专项调查中确定的重点区域，解译地质构造、岩层分布及岩石特性；最后，对上述工作所获地质信息进行验证，进一步确定后续勘察重点。

3.5 钻探、测试与试验

通过对上述工作所获地质信息的定性分析，进行重点区域钻探，了解岩层结构、地质稳定性，验证物探结果。基于此围绕钻孔开展多种实验，并通过对勘察资料的全面分析，获得最终地质勘察结果。若钻孔显示中上部为灰岩，以下为泥质粉砂岩，而地质调绘结果表明这部分岩层结构为向斜，则根据地理理论判定调绘结果正确。如果钻孔显示上部为粉砂岩、页岩，下部位白云岩，而物探结果表明该孔区域无大型岩溶管道，通过对物探结果的分析发现，岩层质软，存在节理缝隙，则根据地理理论判断物探结果正确。岩石接触带复杂区域易发生发生涌突水问题，某隧道工程通过对比物探和钻探结果发现，物探推断接触带和钻孔差距不足4m，由此可见，物探能够为钻探指明方向。

3.6 实践效果

米仓山隧道工程在地质勘察中对物探、钻探进行了综合运用，实践结果表明，隧道建设环境岩石层特性复杂，包含多种岩石，存在岩溶、煤层瓦斯等不良地质。在实际施工建设中，进口掘进长度已经多于3km，开挖后发现隧道岩石条件与勘察结果具有高度一致性。然而，因为受到不可抗因素及人为因素的影响，围岩级别和勘察报告有所出入。而出口端掘进长度4km，岩石为坚硬闪光岩，其级别为Ⅲ，基本与勘察报告一致。因此，隧道勘察中钻探、物探结合应用对隧道工程建设有重要作用。

4 结束语

综上所述，钻探、物探是隧道勘察中常用的两种方法，两者各有其优劣势，且互为补充。在实际隧道勘察中结合应用钻探、物探，应当先收集相关资料，进行一定比例的地质测绘，从宏观上把握隧道地质结构及岩层特性；然后进行水文地质专项调查，再针对关键问题及不良地质条件运用物探技术进行具体探查；最后运用钻探技术对物探结果进行再次验证，并通过对勘察资料的汇总分析，获得具有全面性、准确性的勘察结果。