物探方法在隧洞超前探测中的应用.pdf

第 3 6卷第 5期 2 0 1 2年 l 0月 物探与化探 G EO P HY S I C AL GEOC HE l V l I C AL E XP L ORA T I ON Vo l _ 3 6． No． 5 0c t ．． 201 2 物探方法在隧洞超前探测 中的应用 肖 1 ． 成都理工大学 地球物理学院， 四川 成都 宽 怀 6 1 0 0 5 9 ； 2 ． 中国铁建投资有限公司， 北京1 0 0 8 5 5 摘 要 在云南厂口隧洞工程施工中， 根据不同地质问题， 采用高密度电法、 洞地间地震波 C T和超前预报三种物探 方法进行探测 ， 探测结果均对地质灾害有较明确的反映， 说明作为基本技术手段的物探方法在隧洞超前探测中能 发挥重要作用。 关键词 高密度电阻率法； 洞地间地震波 C Y ； 超前预报 ； 隧道超前探测 中图分类号 P 6 3 1 ； U 4 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 8 9 1 8 2 0 1 2 0 5 0 8 7 4 0 4 我国西部为多山地区， 在大型基础建设项目中 地下洞室与隧道工程 占有较大 比重 ， 且 多为控制性 工程 。在地形条件 和地质构造 比较复杂 的地区， 工 程处置不当往往会诱发地质灾害。隧洞发生地质灾 害时， 围岩内部结构发生变化 ， 岩土体的结构 、 力学 、 电磁特性及渗透性等与围岩特性产生显著差异。根 据不同隧洞地质灾害需查明的地质问题， 选择适宜 的物探方法进行综合探测_ 1 J ， 可为判定地质灾害 的范围、 规模 、 内部结构 、 变形程度和破坏关键部位 ， 建立地质灾害地质模型 ， 分析病害形成 、 发生 、 发展 的原因、 机理及控制因素， 判断病害体稳定程度及其 发展趋势 ， 进行病害监测与治理设计提供基础资料。 综合物探技术快捷、 经济、 直观， 是隧洞地质灾害诊 断与治理不可或缺的重要手段 。 1 厂 口隧洞地质灾害概况 云南昆明掌鸠河引水供水工程 D K 7 4 5 0 1 ． 8一 D K 8 5 6 5 5 ． 2段为厂 口隧洞工程 ， 其 中 D K 7 9 5 0 1 一 D K 8 0 0 5 1 段穿越普渡河主干断裂。普渡河断裂 属 区域性活动断裂 ， 是 由数条小断裂组成的、 呈南北 向展布的断裂带 ， 地表为常年流水冲沟 ， 断层破碎带 岩体被强烈揉皱 ， 破碎呈碎裂结构或挤压呈片状及 断层泥， 有大量泥化夹层， 破碎带极松散， 局部呈土 状。隧洞穿越普渡河主干断裂段工程水文地质条件 极差， 隧洞开挖至 D K 7 98 0 3时坍方 冒顶 ， 并出现 大量涌水、 突泥， 严重影响了隧洞施工。为探明隧洞 上方岩体的塌空 区形态和开挖面前方 是否存在含 泥、 含水破碎带等问题 ， 为地质灾害治理 、 隧洞衬砌 收稿 日期 2 0 1 1 0 71 0 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 4 0 6 7 4 0 3 5 修复提供基础依据， 应用高密度电阻率法、 地震 C T 和 T S P 超前探测等方法进行综合物探。 2 工作布置 根据隧洞病害诊断 目的的要求 ， 采用了高密度 电阻率法 、 地震 C T和 T S P探测相结合的综合物探 技术。高密度电阻率法主要探测地下工程的水文地 质结构特征 ， 了解破碎带 、 饱水带 的分布 ； 地震 C T重点探测隧洞上方的围岩状况 ， 了解塌方 冒顶区 的形态 、 空洞分 布及影响范 围 卜1 2 ] ； T S P超前探测 隧道前方 的地质条件 ， 了解开挖面前方 的破碎带 、 软 弱夹层 、 富水带等不良地质体的位置 。 结合地面地形条件及洞内场地条件 ， 高密度电 法探测在地表布置了两条 3 m电极距 的剖面 ， 其 中 沿隧洞轴线布置 的纵剖面长 5 0 0 m， 另一条沿垂直 轴线方向布置的剖面长 3 6 0 m， 以 冒顶区 D K 7 9 8 0 3 为中心 向两侧各延伸 1 8 0 m。 地震 C T探测 剖面布 置在 隧洞 D K 7 97 0 5 9 6 5段右侧壁所处 的竖直平 面内。为保证观测系统 的完备性和可靠性 ， 使观测 区域 内的射线密度和射 线正交性达到观测精度的要求， 设计了两组观测系 统 第一组观测是山上放炮激发隧洞 内接收 ， 第二组 观测是将接收点和激发点都布置在山上 ， 整个观测 系统布置在 同一垂直面内。炮点排列长 2 5 0 m， 炮 间距 2～ 4 m， 共 1 1 0炮 。洞内接收排列长 1 9 0 m， 沿 隧洞右边墙布置在距仰拱标高 1 ． 5 m处， 道间距为 2 m， 9 6道接收。T S P探测的炮点设置在隧洞左边 墙 ， 共 2 4个 ， 炮间距离 1 ． 5 m， 深度 1 ． 5 m， 第 1 个炮 5期 肖宽怀 物探方法在隧洞超前探测中的应用 8 7 7 4 病害成因分析及治理建议 综合物探成果 图 4 清楚地揭示了探测段隧洞 围岩所处 的工程水文地质特征。隧洞探测区域处于 普渡河断裂带 ， 断裂带 内岩体破碎 ， 构造复杂 ； 断裂 带由多条大致平行的小 断裂组成 ， 隧洞轴线与构造 线呈大角度相交 ， 受断裂 构造影 响， 岩体被强 烈揉 皱 、 破碎 ， 围岩松散局部呈土状 ， 稳定性差 ， 隧洞所处 围岩工程水文地质条件极差。 隧洞区域地表常年有 流水 ， 隧洞 围岩地下水丰 富 ， 地下水对破碎 围岩的软化作用增强 了岩体 的流 塑性 ， 开挖过程 中易形成突泥 、 涌水 、 冒顶 。隧洞施 工开挖扰动在断层破碎带 内形 成较大范 围的松动 带 ， 松动带围岩重力失稳 、 沉陷发生坍塌 ， 山体非稳 定区上部围岩下陷导致地面塌陷而使隧洞 冒顶。 根据综合物探成果 ， 结合隧洞 区域 围岩工程水 文地质条件 ， 建议 隧洞病害治理应主要是恢复隧洞 顶部破碎松动区围岩稳定性 ， 同时增 加衬砌厚度和 强度 ； 同时， 针对具体区域 ， 采用加固拱圈以消除应 力集中区、 注浆加固以改善和加强隧洞基础 的稳定 性等措施 ； 建议设置地表排水系统 ， 防止雨水入渗而 影响整个山体的稳定性与隧洞的安全。 5结语 由于隧洞地 质灾害探测 的 目的物尺寸相对 较 小 ， 围岩 内部结构复杂 ， 地形和场地条件较差 ， 需要 结合地质灾害的特征 、 地形场地条件 和不 同物探方 法的特点 ， 选择适合的物探方法 ， 进行洞内观测与地 面探测相结合的综合探测 ， 才能达到探测 目的。综 合物探技术能加快地质 灾害诊断速度 ， 提高探测精 度 ， 是隧洞地质灾 害诊断与治理 的重要探测手段 。 物探方法与工程水文地质研究相结合 ， 在隧道地质 灾害诊断治理 中可以取得很好的效果。 参考文献 [ 1 ] 李大心． 地球物 理方法综 合应用与 解释 [ M] ． 武汉 ； 中 国地质 大学 出版社 ． [ 2] 王兴 泰． 工程与 环境物探 新方法新 技术 [ M] ． 北京 地 质 出版 社 ． 1 9 9 6 ． [ 3 ] 丁荣胜 ， 张殿成， 王仕昌， 等． 高密度电阻率法和地震映像法在 采空 区勘察 中的应用 [ J ] ． 物探 与化探 ， 2 0 1 0， 3 4 6 ． [ 4 ] 刘开云， 乔春生 ， 滕文彦． 上覆岩层组合运动的力学解析特征 [ J ] ． 工程地质学报 ， 2 0 0 3， 1 1 4 ． [ 5] 赵永 贵 ， 王起凡 ， 陈燕 民， 等． 地震 C T及其 地质解 释[ J ] ． 地 质 科学 ， 1 9 9 7 ， 3 2 1 ． [ 6] 成谷 ， 马在 田， 张宝金 ， 等． 地震层析成像 中存在的主要 问题及 应对 策略[ J ] ． 地球物理学进展 ， 2 0 0 3 ， 1 8 3 ． [ 7] 底青 云 ， 王妙月 ． 积分法三 维电阻率成 像 [ J ] ． 地球 物理学报 ， 2 0 0 1 ， 4 4 6 ． [ 8 ] 克莱鲍特． 地震成像理论及方法[ M] ． 许云， 译． 北京 石油工 业 出版社 ， 1 9 9 1 ． [ 9] 陈仲候 ， 王兴泰 ， 杜世 汉． 工程 与环境 物探教 程 [ M] ． 北京 地 质 出版社 ， 1 9 9 3 ． [ 1 O ]赵连锋 ， 朱介寿 ， 曹俊兴 ， 等 ． 有 序波前重建法 的射 线追踪 [ J ] ． 地球 物理学报 ， 2 0 0 3， 4 6 3 ． [ 1 1 ]孙宇， 肖宽怀， 赵永贵． 地震 C T勘探原理及其在公路隧道病害 诊断中的应用 [ J ] ． 工程地质学报 ， 2 0 0 3 ， 1 1 4 ． [ 1 2 ]肖宽怀 ， 刘浩 ， 孙宇 ， 等． 地震 C T勘探 在昆石 公路隧道 病害诊 断中的应用 [ J ] ． 地球物理学进展 ， 2 0 0 3 ， 1 8 3 ． [ 1 3 ]温树林 ， 吴世林． T S P在云南元磨 高速公 路隧道地 质超前预报 中的应用 [ J ] ． 地球物理学进 展， 2 0 0 3 ， 1 8 3 ． THE APPLI CATI oN oF GEoPHYS I CAL M ETHoDS To THE TUNNEL ADVANCED DETECTI oN X I A O K u a n ． h u a j 1 ， 1 ．F a c u l t y o fI n f o r m a t io n ，C h e n g d u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y i n g e o p h y s i c a l ，C h e n g d u 6 1 0 0 5 9， C h i n a； 2 ．C R C C I n v e s t m e n t c o m p a n y l i mi t e d ， 8 e ij i 1 0 0 8 5 5 ，C h i n a Ab s t r a c t I n t h e C h a n g k o u t u n n e l p r o j e c t c o n s t r u c t i o n o f Y u n n a n P r o v i n c e ， t h r e e k i n d s o f d a t a r e s p e c t i v e l y f r o m h i g h d e n s i t y e l e c t ri c me t h o d，s e i s mi c w a v e C T b e t w e e n t h e h o l e a n d t h e g r o u n d a n d a d v a n c e d f o r e c a s t we r e u s e d t o C a l T y o u t d e t e c t i o n a c c o r d i n g t o d i f f e r e n t g e o l o g i c a l p r o b l e ms ．T h e r e s u l t s o f t h e d e t e c t i o n c a n r e fl e c t q u i t e c l e a r l y v a rio u s g e o h a z a r d s ，s u g g e s t i n g t h a t ，a s b a s i c t e c h n i q u e s ，g e o - p h y s i c a l me t h o d s c a n p l a y i mp o r t a n t r o l e s i n t h e t u n n e l a d v a n c e d d e t e c t i o n ． Ke y wo r d s h i g h d e n s i t y e l e c t r i c me t h o d；s e i s mi c w a v e C T b e t we e n t h e h o l e a n d t h e gro u n d；a d v a n c e d f o r e c a s t ；t u n n e l a d v a n c e d e t e c t i o n 作者简介 肖宽怀 1 9 6 8一 ， 男 ， 高级工程师， 在读博士研究生， 主要从事工程物探技术方法的研究和应用。