高密度電法勘測(cè)在葵崗隧道施工中的應(yīng)用

高密度電法勘測(cè)在xx隧道施工中的應(yīng)用工程概況xx隧道為上下行分離式的四車(chē)道高速公路隧道，左右線全長(zhǎng)1400m。本隧道最大特點(diǎn)是地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道穿越紅粘土、煤、人工堆積體、溶洞、小煤礦采空區(qū)、涌水區(qū)等不良地質(zhì)。根據(jù)設(shè)計(jì)，S0襯砌段（I類(lèi)圍巖）采用CRD法開(kāi)挖、S2、S3襯砌段（II類(lèi)圍巖）采用短臺(tái)階法或臺(tái)階分部法開(kāi)挖，S4襯砌段（III類(lèi)圍巖）采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖，S5襯砌段（IV類(lèi)圍巖）采用全斷面法開(kāi)挖。其中I、II類(lèi)圍巖段采用人工手持破器開(kāi)挖，III、IV類(lèi)圍巖采用爆破法開(kāi)挖。每次進(jìn)尺為1—2榀鋼支撐間距。S2（II類(lèi)淺埋）襯砌段采用長(zhǎng)管棚，S0（I類(lèi)）、S3（II類(lèi)深埋）襯砌段采用超前小導(dǎo)管，S4（III類(lèi)）襯砌段采用超前錨桿，S5（IV）類(lèi)襯砌段不設(shè)超前支護(hù)措施。全隧道采用拱架、錨、網(wǎng)、噴、防水砼復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。任務(wù)提出xx隧道最大特點(diǎn)是地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道穿越紅粘土、煤、人工堆積體、溶洞、小煤礦采空區(qū)、涌水區(qū)等不良地質(zhì)。在施工過(guò)程中，xx隧道左線在K4+235-K4+197、K4+102-K4+063段出現(xiàn)坍塌，（當(dāng)時(shí)xx隧道施工開(kāi)挖完成350米）為了查明隧道附近的地下煤窯及其采空區(qū)等隱伏的不良地質(zhì)體的平面位置、埋深及規(guī)模，評(píng)估采煤異常擾動(dòng)區(qū)對(duì)隧道安全的影響，以便及時(shí)或提前隧道進(jìn)行必要的加固，保證剩余段隧道開(kāi)挖的安全和降底成本，減少不必要的國(guó)家資源浪費(fèi)。圖1xx隧道左線坍塌洞頂情況（K4+102-063段）高密度電法勘測(cè)方法原理高密度電法是日本地質(zhì)計(jì)測(cè)株式會(huì)提出并發(fā)展起來(lái)的一種新型的電阻率方法，由于高密度電法可以實(shí)現(xiàn)電阻率的快速采集和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，從而改變了電法的傳統(tǒng)工作模式。它集電剖面和電測(cè)深于一體，采用高密度布點(diǎn)，進(jìn)行二維地電斷面測(cè)量，提供的數(shù)據(jù)量大、信息多，并且觀測(cè)精度高、速度快，是尋找構(gòu)造破碎帶、土洞及溶洞最有效的物探方法之一。高密度電法勘探的前提條件是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異。和常規(guī)電法一樣，它通過(guò)A、B電極向地下供電（電流為I）然后測(cè)量M、N極電位差△U，從而求得該記錄點(diǎn)的視電阻率值ρs=K*△U/I。根據(jù)實(shí)測(cè)的視電率剖面進(jìn)行計(jì)算、處理、分析，可獲得地層中的電阻率分布情況，從而解決相應(yīng)的工程地質(zhì)問(wèn)題。4高密度電法勘測(cè)設(shè)備及工作方法4、1高密度電法勘探采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)WDJD-2型高密度電法儀。該儀器具有存儲(chǔ)量大、測(cè)量準(zhǔn)確快速、操作方便等特點(diǎn)，由60路電極轉(zhuǎn)換器控制，16種排列組合裝置，最大供電電壓900V，最大供電電流5A，可存儲(chǔ)400條剖面數(shù)據(jù)，可與計(jì)算機(jī)串行通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。4、2野外工作方法測(cè)線沿隧道左、右方向平行布置，左、右線各布置4條，線距10m，點(diǎn)距5m。測(cè)線定位采用精度全站儀進(jìn)行測(cè)量，以保證測(cè)線、測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。（詳見(jiàn)：xx隧道高密度電法工程布置平面圖）為了更好地選取合適的排列裝置和極距，在正式開(kāi)展外業(yè)工作前，在同一條剖面上進(jìn)行了方法試驗(yàn)對(duì)比。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，決定選取采集據(jù)量較多、測(cè)量精度較高的“α2排列”。測(cè)量極距采用1個(gè)極距，點(diǎn)距5m，排列長(zhǎng)度295m。野外測(cè)量數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行初步處理，作出初步的推斷解釋?zhuān)瑢?duì)異常點(diǎn)及突變點(diǎn)進(jìn)行檢查測(cè)量，以確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。4、3資料處理高密度電法資料處理先將儀器內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸軟件傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，進(jìn)行壞點(diǎn)刪除、地形校正、格式轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Surfer軟件，繪成視電阻率等值線圖。在等值線圖上根據(jù)視電阻率值的變化特征，結(jié)合鉆探、地質(zhì)調(diào)查資料作出地質(zhì)解釋?zhuān)詈罄美L圖軟件AutoCAD繪制出物探成果解釋圖。5高密度電法勘測(cè)方法在xx隧道檢測(cè)成果xx隧道特殊地質(zhì)主要為煤窿及采空區(qū)，主要分布于里程K3+700-K4+120范圍內(nèi)。由于是民采的小煤窯，開(kāi)采年代久遠(yuǎn)，煤窿及采空區(qū)分布縱橫交錯(cuò)，高低不一，崩塌擾動(dòng)，形態(tài)迥異，極其復(fù)雜。根據(jù)物探勘探成果推斷地下的煤窿及采空區(qū)綜合形成的采煤擾動(dòng)異常區(qū)。煤窿及采空區(qū)所在的地層一般為炭質(zhì)頁(yè)巖及煤層，松散，含水，在電法剖面啟動(dòng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)傳輸軟件啟動(dòng)高密度電法儀EAVESPROPPEREAVESPROPPEREAVESPROPPER傳輸原始數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)否壞點(diǎn)修正啟動(dòng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)傳輸軟件啟動(dòng)高密度電法儀EAVESPROPPEREAVESPROPPEREAVESPROPPER傳輸原始數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)否壞點(diǎn)修正輸入高程啟動(dòng)Surfer軟件數(shù)據(jù)網(wǎng)格化地形校正否?繪制視電阻率等值線圖繪制視電阻率等值線圖打印視電阻率等值線圖打印視電阻率等值線圖結(jié)合地質(zhì)資料推斷解釋巖土層位和視電阻率異常結(jié)合地質(zhì)資料推斷解釋巖土層位和視電阻率異常繪制解釋成果斷面圖是繪制解釋成果斷面圖格式轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)圖2：高密度電法解釋流程中表現(xiàn)為低阻異常，沒(méi)有坍塌且不含水的采空區(qū)在電法剖面中表現(xiàn)為高阻異常。隧道采煤擾動(dòng)異常區(qū)主要有：Z-1區(qū)：分布范圍LK3+730-LK3+746，標(biāo)高150-176m之間，異常中心位置位于處，距地表約42m，距隧道頂板約24m，該異常下邊界距隧道頂板約10m。Z-2區(qū)：分布范圍LK3+783-LK3+792，標(biāo)高150-191m之間，異常中心位置位于LK3+789處，距地表約36m，距隧道頂板約49m，該異常下邊界距隧道頂板約17m。Z-3區(qū)：分布范圍LK3+785-LK3+829，標(biāo)高在137-190m之間，異常中心位置位于LK3+840處，距地表約96m，距隧道頂板約6m ，該異常下邊界靠近隧道頂板位置，異常范圍較小。Z-4區(qū)：分布范圍LK3+842-LK3+854，標(biāo)高194-210m之間，異常中心位置位于LK3+848處距地表約38m，距隧道頂板約66m，該異常下邊界距隧道頂板約57m，異常范圍不大。Z-5區(qū)：分布范圍LK3+892-LK3+902，標(biāo)高162-208m之間，異常中心位置位于LK3+895處，距地表約法84m，距隧道頂板約31m，該異常范圍下邊界距隧道頂板約23m。Z-6區(qū)：分布范圍LK3+932-LK3+948，標(biāo)高169-200 m之間，異常中心位置位于LK3+940處，距地表約67m，距隧道頂板約42m，該異常下界距隧道頂板約30m。Z-7區(qū)：分布范圍LK4+031-LK4+023，標(biāo)高157-180m之間，異常中心位置位于LK3+996處，距地表約55m，距隧道頂板約23m，該異常下邊界距隧道頂板約法14m。Z-8區(qū)：分布范圍LK4+048-LK4+056，標(biāo)高160-175m之間，異常中心位置位于LK4+052處，距地表約42m，距隧道頂板約20m。 異常底部邊界距隧道頂板約18m。Z-9區(qū)：分布范圍LK4+075-LK4+123，標(biāo)高134-166m之間，異常中心位置位于LK4+100處，距地表約28m，距隧道頂板約10m，隧道開(kāi)挖部位于該異常下部范圍內(nèi)。圖3xx隧道小煤窯情況圖4高密度電法勘測(cè)在xx隧道剖面圖高密度電法勘測(cè)經(jīng)濟(jì)效益6、1經(jīng)濟(jì)對(duì)比。在采用高密度電法勘測(cè)段（350米），變更加固金額2759085元，未采用高密度電法勘測(cè)段（350米）變更加損失共12454475元，綜合考慮節(jié)余投資金額9695390元。6、2工期對(duì)比。對(duì)于xx隧道左線共長(zhǎng)700米，分進(jìn)出口同時(shí)施工，由于出口出現(xiàn)兩次坍塌導(dǎo)致出口開(kāi)挖才200米，進(jìn)口開(kāi)挖共500米。根據(jù)統(tǒng)計(jì)xx隧道左線出口兩次坍塌修復(fù)時(shí)間為7個(gè)月。6、3安全對(duì)比。通過(guò)采用高密度電法勘測(cè)預(yù)知隧道地質(zhì)做到有針對(duì)性地采取局部加強(qiáng)措施，大大的提高了隧道施工的安全度，減少突發(fā)事件。7高密度電法勘測(cè)推廣前景及改進(jìn)建議總結(jié)高密度電法勘測(cè)成果在實(shí)際施工中的應(yīng)用，我們認(rèn)為還有如下幾個(gè)方面有待加強(qiáng)：①對(duì)于在設(shè)計(jì)勘測(cè)中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況較復(fù)雜的隧道情況應(yīng)及時(shí)采納高密度電法勘測(cè)，防止出現(xiàn)坍塌或傷亡以后才采用。②采納高密度電法勘測(cè)的面盡量廣，對(duì)于xx隧道主要在隧道中線及周?chē)?0米、20米山頂采納，對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)，盡可能的在隧道開(kāi)挖面每20米沿隧道方向采用高密度電法勘測(cè)，可以更準(zhǔn)確地