苏ICP备112451047180号-6
摘要：高密度电法由于具有点距小、数据密度大、工作效率高的特点，能较直观、准确地反映地下电性异常体的形态，因此在工程地质方面尤其是隧道地质灾害预报中应用比较广泛，是在岩溶地区对隧道地质灾害预报较为准确的一种常用的地表物探技术。本文依托纳雍某隧道项目，基于高密度电法的工作原理，结合具体工程实例，进而对隧道地质灾害的预报进行勘测与成果分析，得出高密度电法在隧道地质灾害预报中的探测结果与开挖后揭露的地质情况吻合较好，且分析得出高密度电法在隧道较缓处的灰岩地层中应用效果较好。
关键词：高密度电法；隧道；地质灾害；预报；成果分析；应用
Application of high density electrical method in geological
disaster prediction of tunnel
HE Jiafan
(Guizhou hongxin chuangda engineering detection & consultation co. LTD, Guiyang,Guizhou,550001, China)
Abstract: Because of high-density electrical pitch small, large data density, high efficiency characteristics, can be more intuitive, accurately reflect the shape of the underground electrical anomalies, especially so in the tunnel geological engineering survey disaster forecasting used widely, karst areas in the tunnel geological disaster forecasting more accurate a common ground geophysical techniques. This article relies on a tunnel project Nayong based high-density electrical works, combined with specific examples of projects, and thus on the forecast of geological disasters in the tunnel to carry out investigation and the results of the analysis, the results of the detection of high-density electrical method in tunnel geological disaster forecasting and geological conditions after excavation revealed good agreement, and the analysis results limestone formations high-density electrical moderate in the tunnel at the application better.
Keywords: High-density electrical; Tunnels; Geological disasters; Forecasting; Outcome analysis; Application
引言
贵州是我国岩溶发育的主要地区之一，随着经济的发展，在岩溶地区修筑的公路隧道经常会遇到各种地质问题，特别在灰岩区域和各类岩性分界面上，常有隧道地质灾害的发生，有时不可避免的发生滑坡、崩塌堆积、隧道冒顶等地质灾害现象，而这些地质灾害在空间分布上都存在有不稳定岩土体，在隧道施工的人工活动干扰下，很容易发生地质灾害，故我们对于隧道地质灾害的预报的要求就越来越高，越来越精确。高密度电法具有点距小、数据密度大、工作效率高的特点，能较直观、准确地反映地下电性异常体的形态，在隧道地质灾害调查中应用比较广泛。因此，本文基于高密度电法的工作原理，依托纳雍段某隧道项目，经过现场初步分析隧道洞口区层间地质发育特征及发生冒顶、垮塌，垮塌物等地质灾害情况，结合工程实例，对隧道地质灾害的预报进行勘测与成果分析，研究高密度电法在隧道地质灾害预报中探测结果与应用效果，从而为高密度电法应用于贵州岩溶山区隧道地质灾害的预报提供科学理论依据与借鉴价值。
1高精度电法简介
高密度电阻率法是以常规直流电阻率法为基础，利用不同物质成分所具有的电性差异，在探测剖面上同时布置多个电极，通过地表不同电极距的设置，由人工向地下发送电流，使地下形成稳定的电流场，从而采集到地下不同深度的视电阻率值，再对蕴含有各种地质体信息的视电阻率值，采用计算机数据处理、解释及成图，从而推演出地质体的大小、形状、分布和特征，其测试原理见图1。
图1 高密度电法测试原理示意图 图2 高密度电法工作现场,参数设置
在野外工作探测过程中，如图2所示，利用高密度电法野外数据采集后，通过主机控制多路电极转换器经由电极系形成供电、测量的数据自动采集系统。数据采集完成后，通过通讯程序将原始数据传入计算机进行数据转换、地形校正、二维反演后输出二维地电断面图即完成整个采集与处理全过程。
高密度电法与常规电法相比，高密度电法通过多道电极转换开关自动转换测量电极，一次性测量，具有直观、点距小、数据密度大、高分辨率、工作效率高、高精度等特点，能较直观、准确地反映地下电性异常体的形态，通过转换装置控制电极间的不同排列组合，能够实现直流电法勘探中的各种装置形式的探测。
2工程实例
2.1研究区隧道地质环境背景
研究区隧道进口位于陡斜坡中部，坡体上局部为农用耕地，基岩大部分出露，植被局部发育，地貌类型属构造侵蚀-溶蚀型低中山地貌，隧道进口处纵坡自然坡度角25°～35°，为顺向坡，其表层粉质粘土，因溶沟溶槽发育，粉质粘土厚度变化大，基岩为灰岩夹钙质泥岩、灰岩，表层岩体节理裂隙、溶蚀裂隙、溶沟、溶槽发育，岩体较破碎，开挖处理不当易造成土层及强风化层滑塌，坡度较缓，处于坡脚汇水区域，地表水极易沿层间裂隙下渗，隐伏竖向岩溶管道较发育。
2.2隧道岩土体电性参数
根据测区野外岩土电阻率测量结果，测区主要岩土层的地球物理参数见表1。
表1 纳雍隧道进口区电性参数
岩性 电阻率ρs(Ω·m) 备注
覆盖层 70～300
灰岩 250～6000 受充填情况影响
由上表可知，测区内粘土与灰岩之间电阻率相差较大，在灰岩岩体内，随着岩石裂隙的发育程度、破碎程度、充填物含量的增加，电阻率都将急剧减小。这种物性差异，为利用电阻率法对测区覆盖层、岩体裂隙发育程度及岩溶发育情况进行勘察提供了前提。
2.3成果分析
根据岩土体电性参数利用高密度电法对隧道进行探测，左幅视电阻率等值线图见图3所示。从等值线图3可以得知，整条测线竖向溶蚀裂隙、节理裂隙发育。ZK121+795～ZK121+970段表层低阻区为覆盖层，平均厚约5米，最厚约15米。
图3 纳雍隧道进口左幅轴线ZK121+795～ZK122+190段视电阻率拟断面图
结合反演色度图（图4），推测ZK121+885～ZK121+915米段低阻异常为溶槽发育区，ZK121+985～ZK122+015米段顶板高程约1482米处有一低阻异常区，底部向下延伸未封闭，推测为溶蚀裂隙、节理裂隙发育密集区或岩溶发育区。
图4 纳雍隧道进口左幅轴线ZK121+795～ZK122+190段成果解释图
图5 纳雍隧道进口右幅轴线YK121+795～YK122+190段成果解释图
高密度电法测量结果结合现场地质情况综合分析，推测左洞进口开挖至ZK121+915段、ZK121+985～ZK122+020米段、右洞进口至YK121+905段岩溶发育，可能延伸至隧道标高，隧道开挖到该区段可能会有渗水、涌水甚至垮塌等现象。
根据上面成果解释图及日后隧道开挖揭露跟踪观察发现，在图4中溶槽溶沟发育处隧道发生垮塌，冒顶，地表形成一个塌陷坑(见图6）；隧道开挖至ZK121+995处附近溶蚀裂隙、节理裂隙密集发育；右幅进口YK121+890处附近隧道岩溶发育。这与高密度电法的探测结果基本一致，故分析得出高密度电法在隧道较缓处的灰岩地层中应用效果良好。
图6 纳雍隧道左幅轴线ZK121+925处地表塌陷、隧道垮塌
3结束语
高密度电法在隧道地质灾害预报中的应用有效的查明岩溶、崩塌堆积体、滑坡、隧道冒顶等地质灾害的空间特征，比传统钻探手段大大提高了精确度，极大地提高了公路地质灾害预报的可信度，得以让高密度电法在今后的隧道地质灾害预报过程中能够更广泛的应用。鉴于高密度电法在隧道地质灾害预报中的应用存在的不足，结合本次工程实例，在今后的应用过程中要加强超前预报工作，密切注意洞口至前方130米段岩溶发育情况；洞口段上部在施工中要加强地表砂浆锚杆和地表注浆对地层预加固，洞内严格按支护参数执行，特别注重超前支护措施的落实；特别是多雨且竖向岩溶较发育的灰岩区段，由于灰岩地层的特殊性，实际应用中应注意同其它物探成果的相互补充和比对分析，才能最终获得准确的地质灾害预报结果。
参考文献
[1] 刘晓东,张虎生等.高密度电法在工程物探中的应用[J]工程勘察.2001,(4):64～66.
[2] 冯乃琦,李颖,余珍友.高密度电法在安阳县西环路地质灾害调查中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报. 2007(02).
[3] 葛如冰,黄伟义等.高密度电法在灰岩地区的应用研究[J]物探与化探,1999,23(1):28～32.
[4] 王士鹏.高密度电法在水文地质和工程地质中的应用[J].水文地质工程地质,2000,(1):52～ 561.
[5] 江玉乐,康万福, 张楠等.高密度电法在岩溶勘察中的应用[J].成都理工大学学报(自然科学版),2007,34 (4):452～4551.