综合物探法应用对提高高速公路隧道勘察的效果的研究

　　摘要：在介绍综合物探法在高速公路隧道勘察中应用背景的基础上，探讨了该方法在高速公路隧道勘察中的具体应用过程，包括浅层地震勘探、土壤氡气浓度测量、高密度电阻率测量、可控源音频大地电磁测探等。结果表明，综合物探法的应用，可有效提高高速公路隧道勘察的效果，确保隧道施工安全。

　　关键词：综合物探法； 高速公路； 隧道勘察；

　　1 引言

　　在高速公路隧道勘察设计阶段，经常会因为各种不良地质现象而导致高速公路建设质量受到影响，例如出现断层、裂隙、岩溶、滑坡等地质灾害，不仅会严重影响高速公路施工进度，而且也可能对后续的施工造成干扰，严重威胁人民群众的生命安全。通过综合物探法，能够对隧道工程的沿线地质环境进行全面勘察，及时预防各种不良地质灾害的发生，明确隧道轴线通过地段是否存在隐伏构造以及隐伏构造的具体位置和产状，从而进一步保障安全施工。

　　2 高速公路隧道勘察中综合物探法的具体应用

　　2.1 浅层地震勘探

　　浅层地震勘探不需要事先采集试样，也不会对岩体的连续性造成破坏，可以直接对土层的工程地质条件进行判断。由于地震学的方法非常简单，而且应用效果比较好，在隧道勘探中被广泛应用。近些年来，地震勘探等工程物探方法在许多领域得到了广泛的应用，其中折射波法和反射法是两个基本方法，能够对工程地质分层等进行全面的勘察。折射法是从震源所发出的地震波，以不同入射角投射到地下某水平界限时，由于入射角会不断增大，直至90°，沿该界面滑行后会引起新的波动，称为折射波。

　　反射法是通过捕捉两种不同介质反射波信号作为主要的勘测依据，通过人工激发地震子波沿射线方向向地下传播，直至遇到地层界面，将反射波反射回地面，通过对反射回的信号进行记录，能够准确获得地震反射性记录。如图1所示，通过建立地震地质模型能够将获得的地震波数据利用计算机进行采集与处理，根据地质信息条件进行分析和解释，最终实现勘察的目的。地震反射法的主要流程包括解编、预处理、叠前滤波、干扰切波、速度分析、信道信息设置和修饰处理等。

　　图1 反射法原理 

　　2.2 土壤氡气浓度测量

　　由于岩层内部存在明显的断裂带，会产生大量的氡气，与完整的基岩存在明显的浓度差异，通过对岩层中的土壤氡气浓度进行检测可以对整个岩层的破裂情况进行准确判断。在氡气浓度测量时，首先应该将测量的浓度值进行记录，并且输入到电脑中，利用软件自动绘制浓度曲线图。根据曲线图中数值的变化情况，结合钻探地质调查等进行解释，从而绘制出物探成果图。如果出现局部浓度过高的情况，必须通过音频电磁探测的结果对氡气异常形成的机理进行分析，判断引起的原因，是断裂构造导致还是岩石破碎导致。

　　2.3 高密度电阻率测量

　　高密度电阻率测量主要通过主机、多级电路转换器和电极三部分共同完成。通过利用多路电极转换器，能够对电极的供电状况进行准确判断，而主机能够利用通讯电缆和供电电缆等对电极供电存储的情况进行分析，获得测量数据，最终将测量数据的结果存入主机。利用通讯电缆可以将原始的测量数据传输给计算机。通过专用的计算机软件，可以将数据软件转化为特定的格式，并且对畸变点进行剔除和校正，从而形成电阻率等值图。由此可见，高密度电阻法其应用成本非常低、效率更高，而且所输出的信息形式丰富多样，可以方便解释，有效提高勘察的整体效果。

　　高密度电阻率测量能够对地下介质的电性差异进行妥善处理，高密度电阻率法的测量原理与常规电阻率法测量原理相同，即主要通过A、B两个电极向地下供电测量M、N电极之间的电位差，从而获得视电阻率。由于高密度电阻法的密度和电极数量比常规电阻率法的要高，如图2所示，可以结合工程项目的实际情况对电极的排列形式和测试点进行有效转化，保证数据的处理效果。

　　图2 高密度电阻率计算流程   

　　通过对地下电阻率的具体分布条件进行准确判断，高密度电阻率法可以利用二维进行断面测量，同时还能够具备剖面法和测算法的功能。通过一次性布设电极就能够完成勘探，可以有效避免电极设置过多而造成的彼此干扰问题，还能够通过多种电极排列方式来获得相关信息，确保电极排列的准确性。在数据采集和收录过程中，能够实现全自动化或半自动化，有效减少因为人工操作问题而引发的误差[4].例如，本次物探高密度电阻率成像法探测布置了2条剖面，其中出口端沿隧道轴线剖面布置在CYK63+400-CYK64+670段，与CSAMT探测剖面重合了400m.剖面长1 270m,点距10m,共布置电极128个，探测深度为300m;辅助剖面布置在线路CYK63+500-CYK64+770段左侧400m左右，剖面长1 270m,点距10m,共布置电极128个，探测深度为350m.

　　2.4 可控源音频大地电磁测探

　　在可控源音频大地电磁测量时，主要是通过对原始数据噪声监听，然后将数据格式转换计算建立初始模型，保证每一条深曲线的一维光滑模型反演，并且最终输出高电阻率断面图，在静态状态下可以沿着侧线设计某种低通滤波的空间滤波，产生压制静态的效果。在初始模型构建时，应该对给定测线起始测深点的初始模型进行正演计算，在正演曲线与实测曲线之间，对两者的差值进行分析，如果差值误差较小，则可以直接将正演计算的结果存储，并且作为下一个紧邻测试点的初始模型，重复前两步的步骤。如果差值比较大，则必须对模型进行修改，然后重新计算正弦曲线和实测曲线之间的误差，直至差值缩小到标准范围之内，最后根据正演计算结果的模型绘制电阻率断面图，将所有的处理资料输出。

　　可控源音频大地电磁测探是一种利用接地水平电偶源为信号源的电磁测深法，可控源音频大地电磁测探技术的工作效率比较高，一次发射能够同时获得7道电厂和1道磁场。抗干扰能力极强，勘测的深度范围非常大，可以深达2km以上。横向分辨率高，可以对整个断层的情况进行灵敏判断。

　　3 结语

　　随着高速公路隧道建设数量不断增多，对高速公路隧道施工的要求也在不断提高。如果没有采取合理方法做好隧道勘察，很容易忽视隧道周围的破碎带等不良地质，给整个高速公路隧道施工造成严重影响。综合物探法有很多，不同的方法具有不同的勘测特点。在该项目中，通过综合物探的应用，有效确保了项目的顺利实施，避免了各种病害的出现，为后续隧道工程的施工提供了重要参考资料。

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