摘要：近年来，我国的隧道工程建设有了很大进展，在隧道工程建设的过程中，岩溶水害问题是隧道在施工和运营期的难题，需要充足的关于岩溶的地质信息，方可准确而有效的设计，从而减少岩溶突水灾害的发生。多种物探方法都应用于隧道的勘察中，其中重要有：浅层地震法，特点是对构造反应灵敏，受地形影响大；大地电磁测深，特点是勘探深度深、受地形影响小；联合剖面法，特点是分辨能力强、异常明显，但效率低；高密度电法，特点是信息量丰富、效率高；瞬变电磁法，特点是对低阻体的反应灵敏，受地形影响小。本文采用大地电磁测深、高密度电法和瞬变电磁法三种物探方法相结合，来探查溆怀高速燕子洞隧道的岩溶分布。综合物探方法可以探明充水溶洞的埋深、规模及影响范围，为开展隧道水害处理提供科学依据。
关键词：隧道物探；高密度电阻率法；综合分析
引言
随着我国经济的迅猛发展，地上交通也不断发展。作为地面交通主要组成部分的公路包括有隧道、桥梁等。而作为公路的重要组成部分，隧道是指在地层下修筑的一种工程建筑物，广泛地应用于除公路以外的其他地方，如国防，铁路等。随着社会不断进步发展，隧道在交通工程中所占的比例不断增加，因此对于隧道的工程质量也提出了更高的要求。
1隧道工程物探地球物理条件
隧道工程物探中，覆盖层是指松散低速层，包括第四系粘土层、全、强风化基岩。覆盖层纵波平均速度较低，一般在 600～1500m/s，弱、微风化基岩纵波速度一般大于2000m/s。覆盖层与弱、微风化基岩存在较在的波速差异，覆盖层与弱、微风化基岩间也一般存在明显电性差异，具备地震折射法、高密度电法勘察的地球物理前提。隧道段断裂构造用岩溶等不良地质体发育时，因为基岩破碎至波速明显降低，破碎含水性高而至明显低电性；基岩岩性变化时，岩性分界线两侧往往有明显波速或电性差异。具备应用地震折射波、高密度电法、大地电磁测深法（EH-4）勘察断裂构造等不良地质体及确定岩性分界的地球物理前提。
2综合物探方法技术
2.1大地电磁测深法
通过在野外利用磁棒和测量电极直接采集天然电磁场的信号，采集信号的频率是在 10 ～ 100000Hz 范围内。大地电磁场的探测深度与频率成反比，即高频信号的探测深度小，低频信号的探测深度大。根据地面测点上不同频率的观测值，即可提供该测点下随深度变化的电阻率值。该方法具有探测深度大、精度较高、地形影响小等优点。
2.2高密度电阻率技术
高密度电阻技术是一种全新的地质勘查技术，是由传统的电法基础衍生出来的，这种技术是根据岩土中地质的不同，介质存在的差异性，在现场勘查过程中，由勘察人员借助相应的勘查仪器对勘查地点施加电场，施加电场后，借助计算机技术获取有效的信息，检测到电流的分布及变化情况，判断地质的差异性和岩土的性质。要测量装置的位置、大小以及排列请况，可以借助精密的电阻率技术，还能借助电流的分布，监察到岩土的性质和地质的特点。
2.3 大地电磁测深法（EH-4）
EH-4 全称为 EH-4 连续电导率剖面仪，是一套应用大地电磁法原理的双源型电磁系统。EH-4 连续电导率剖面仪可使用人工电磁场和天然电磁场两种场源。既具有有源电探法的稳定性，又具有无源电磁法的节能和轻便，接收频点多，具有较高的分辨率，可探测具一定电性差异的地质构造和地层分层。
2.4地震勘探技术
地震勘探技术分为折射波发和反射波发两种，这两种方法主要根据反射波和折射波的时间场的时空布局规律，对反射波和折射波深度和地质结构加以说明，这两种方法对地震勘探技术具有长远的意义，借助介质的密度和弹性，推断地下地质结构的差异性和分布情况，这两种勘探技术的应用，与其他物探技术相比，对地震勘探的效果时极为明显的，勘探精度也明显提升，甚至可以达到地下数十千米的深度。但是这些方法也有一些缺点，对于整个勘探过程需要比较高的成本来维持，因此对于这些技术的使用成本非常高。随着科学的进步，地震勘探技术的发展，会出现更加精细的勘探要求，对地质的分析也会越来越细致，先进的技术是一切发展的根本，对于这些技术应用的基础上，要不断跟新知识，制定相关的流程，使得成本最大限度的减少，为地震勘查工作的发展做出贡献。
2.5瞬变电磁法
瞬变电磁法也称时间域电磁法，通过向地下发射一次脉冲电磁场，通过采集二次涡流场的数据，测量在断电后的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”。从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场主要是由深部的感应电流产生的，反映深部的电性分布。
2.6 磁法勘探技术
一般来说，岩土和矿石都是具有磁性的，这些磁性在一定的区域内产生相应的磁场，从而直接产生磁异常。磁法勘探技术，就是借助相关的仪器，发现和收集磁异常的情况，并将这些异常情况进行记录，然后针对地质构造进行研究，这种磁法勘探技术是物探技术中较为常用的一种方法，根据地质勘探工作的特点，在地质勘探工作中经常使用，并取得显著的效果。磁法勘探技术在实际应用中主要勘探地质，实施分区处理，也就是将有磁场异常的地区进行圈为靶区，然后在做具体的勘查与研究。在勘查的地区，研究地域地质情况，还需划分不同的岩土分布，制作区域地质填图。
3综合物探技术的选择原则
瞬变电磁法的工作原理是通过接地线源或者不接地回线向地下发射脉冲磁场。在脉冲磁场的一次的间歇中，利用接地电极或线圈来观测感应涡流场，是当前普遍应用的探测介质电阻率的物探方法。瞬变电磁法，有探测方便、装备简单、成本较低等优点，适用于对相关区域进行初步探测和大体范围确定。以此类比，我们得出对采空区的探索过程中，相关技术的选择原则如下所示：（1）高效快速低成本。进行探测技术选择时应当优先选取高效快速低成本的方法。在对铁路沿线采空区进行探测的过程中，应该首先选用综合弹性波探测技术。在详细勘探的过程中选用地震勘探方法，通过研究和观察相关的弹性波在地下岩层的传播规律，来完成相关地质的探测工作。（2）综合利用，取长补短。在技术的选用时应当选用多种方法对同一测区进行探测，增强其探测的可靠性，通过另一种物探方法来验证这一种探测结果的正确性，提高当前物探解释的可靠性和准确性。（3）提高采样密度，减少客观因素影响。为了进一步提高相关探测的保真度和分辨率，应当加大相关数据采集密度，增加野外接收和激发组合。在探测时采用单点接收单点激发的方法，减少时差的影响，提高相关采集的分辨率。
4综合物探技术和隧道工程的关系
综合物探技术渐渐地成了服务于隧道工程的一门技术，主要是面对隧道工程工作中一些存在的问题，通过综合物探技术可有效地找到这些问题，相关的工作人员可以针对这些问题，进行有针对性的分析，找到隧道工程中存在问题的根本原因，然后相关的工作人员对存在的问题进行处理。为了让其他人对综合物探技术和隧道工程之间的关系有更好的认识，我们把综合物探技术比喻成医生，而隧道工程中的问题就像是病人，通过医生对病人进行诊断，来发现病人的病症。在隧道工程的实际工作中，工作人员面临的重要问题有：复杂的参数，在隧道工程里，需要测量的参数非常多；在隧道工程里，面对的地质结构也很复杂，界面的划分也存在很多的问题等；在隧道工程里，形态的问题也很重要，比如不明地下物体、空洞、以及界面的分布形态、埋藏位置及深度。
5工程概况
5.1基本地质概况及地球物理特征
燕子洞隧道右线 YK129+443 处隧道底部右侧突然出现大量涌水现象，涌水量达 30 万 m 3 / 日，水流中伴有大小不一的卵（块）石及泥砂。大量的岩溶地下水将隧道底板连同路面及混凝土基层顶托破坏，水流奔涌而出，路面一时如汇集洪流的河道。隧道底部出现大幅隆起，隆起最大高度约0.70m，起讫桩号为 YK129+415 ～ YK129+465，长约50m。现场物探测试表明，场地内的土层，不同破碎程度的灰岩以及板岩等介质的地球物理特征参数，如表 1 所示。岩体、岩溶化岩体或节理基岩、土层、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶充填物等之间存在着明显的电阻率差异，如表 1 所示。
表 1 测区地下主要介质地电阻率数值表
5.2数据分析
（1）高密度电法资料。高密度电法视电阻率断面资料显示：高、低阻区接触面位置与折射低速异常段吻合，接触面倾向小里程。小里程段为相对低阻区，依据基岩波速与电性推断基岩为粉砂岩；大里程段高阻区为砂质板岩区。（2）大地电磁测深法和瞬变电磁法。根据成果解释图，图1、图2所示，测线 E1，低阻异常区有a：测线水平距离在110～200m高程200～280m；b：330 ～ 400m 高程 160 ～ 260m 范围内存在电阻率低阻异常区，分析为岩溶发育区，并在测线 120 ～ 140m 处高程210 ～ 225m、测线 345 ～ 365m 处高程 180 ～ 215m 范围内存在电阻率低阻异常区，推测为岩溶通道，富含水。测线 S1，低阻异常区有：c 水平距离大约在 545 ～ 600m 且高程 180 ～ 230 位置处；d：水平距离在 690 ～ 750m 且高程 180 ～ 240 位置处有电阻率低阻异常显示，分析为岩溶发育区，富含水。根据两条测线在水平位置，低阻异常区b、d 是相互验证的。（3）高密度电法和瞬变电磁法根据成果解释图，图3、图4所示，测线 G1，在测线270 ～ 290m 处高程 270 ～ 280m 位置有电阻率低阻异常显示，分析为岩溶发育区，富水。测线 S2 整条测线未见明显高低阻异常显示，说明测线内岩层较完整，岩溶发育较弱。测线 S3 在距离测线端 40 ～ 55m 高程 270 ～ 280m、70～90m高程240～260m范围内有电阻率低阻异常显示，分析为岩溶发育区，富水测线 G1 和测线 S3 是相互验证的。（4）大地电磁测深法和高密度电法根据成果解释图，图5、图6所示，测线 E3 的低阻异常区：a 测线水平距离 60 ～ 120m 高程 200 ～ 280m；b：测线水平距离 370 ～ 430m 高程 160 ～ 220m；c：测线水平距离 460 ～ 480m 高程 180 ～ 240m 范围内有电阻率低阻异常显示，分析为岩溶通道，富含水。测线 G2 在测线175～195m高程170～180m位置有电阻率低阻异常显示，分析为岩溶发育区，富水。测线 E3 的低阻异常区 b 和测线G2 是相互验证的。
图 1 大地电磁测深法 E1 测线成果图
图 2 瞬变电磁法 S1 测线成果图
图 3 高密度电法 G1 测线成果图
图 5 瞬变电磁法 S2、S3 测线成果图
6综合物探技术在隧道工程中的应用水平
综合物探技术因为其独到的优势，使得综合物探技术在岩土工程里应用时，可以不破坏其周围的自然环境而且还能够对目标进行有效的测量，对比传统的测量方法，在保护环境的同时也使得隧道工程的资金投入减少，这些因素也使得综合物探技术得到越来越广泛的应用。为了使隧道工程的勘测技术更上一层楼，我们需要不断地对技术优化，争取使隧道工程的勘测工作再得到整体的提高，这也就要求我们在实际工作中做到几下几点：在进行勘探时，相关的工作人员需要结合实际的情况来选择合适的技术对周围的环境进行勘测，保证勘测结果的准确性以及技术的可靠度；在实际的隧道工程勘测工作中，因为自然环境以及其他因素的原因，相关的工作人员如果只采用单一的勘测技术很难对各种数据彻底掌握，为了保证勘测信息的完整以及精确，需要采用多种技术进行勘测从而保证隧道工程进行得顺利；相关的工作人员在使用综合物探技术时，也要对剖面科学地布置，从而保证综合物探技术的质量有效地提高；工作人员在进行地质调查时，要科学地结合地质理论以及应用综合物探技术的经验，各个部门之间应加强交流，多沟通合作，才能对勘测的信息正确的分析，保证接下来隧道工程的施工质量。
结语
综上所述，随着科技技术的不断发展，物探技术的应用不断改进，物探技术主要应用在试验、勘探以及结果分析，广泛应用在地质灾害的勘查工作，物探技术的应用在这些年不断进步，侧重点也存在不同，将多种物探技术相结合，综合运用物探技术已经成为主要的勘探工作的主要方法，提高了我国工程地质勘查构造的质量水平。坚持合理化原则，利用地球物理特征、保障措施、资料高密度处理技术以及技术应用质量评价，综合提升物探技术在地质灾害勘察中的应用。
参考文献：
[1]周孝宇．综合物探方法在隧道勘察中的应用[J]．广东公路交通，2006 年增刊，总第 97 期：5-9.
[2]徐兴倩，苏立君，梁双庆.地球物理方法探测滑坡体结构特征研究现状综述 [J].地球物理学进展，2015（03）.
[3]张标东.综合物探方法在隧道地质工程勘查中的研究应用[J].科技创新与应用，2015（13）.
[4]赵旭.物探方法技术在地质找矿与资源勘查中的应用[J].西部资源，2017（04）.
[5]张桃荣，雷宛，林剑凯，田银川，尹美琳.综合物探法在矿山隧道勘查中的应用[J].世界有色金属，2018（20）：250-251.
[6]柴永进，唐善普，裴广龙.综合物探方法在高海拔深埋隧道勘察中的应用研究[J].路基工程，2018（05）：175-179.
[7]许广春.中浅埋隧道综合物探勘察模式研究[J].铁道工程学报，2018，35（08）：21-26+59.
[8]胡学维.岩土工程勘察中物探技术及数字化的发展趋势研[J].工程建设与设计，2019（04）：49-50.
[9]傅庆凯.综合物探方法在厦蓉高速扩建龙岩段邦山隧道塌陷病害勘察中的应用[J].福建交通科技，2019（01）：79-84.
[10]王高峰.综合地质勘探技术在井下陷落柱探测中的应用[J].当代化工研究，2019（02）：110-111.
论文作者:贾士平1,袁颜彪2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：物探论文; 隧道论文; 技术论文; 岩溶论文; 电阻率论文; 电磁论文; 高程论文; 《基层建设》2019年第25期论文;