高密度电法在葵坝公路隧道工程地质勘察中的应用

　　[摘要]葵坝起于延安路东段与环城东路交叉口，往北直接与环城东路相接，不进入葵涌街道。从葵涌向东北沿罗屋田水库以南山脚行进，再向东在火烧天峰山岭段设长隧道一座(隧道长4590m)穿越山岭，进入精细化工园区，终点与园区规划路网中的东一路与北三路交叉口相接，道路全长6.525公里。本文从葵坝公路工程地质条件出发，对高密度电法在公路工程地质勘察中的应用作了介绍，结合天峰山岭段隧道勘探结果，得出了高密度电法在公路工程地质勘察应用中的若干结论。
　　[关键词]高密度电法；公路；地质勘察；应用
　　l、引言
　　葵坝路全线均位于生态环境良好的鸡公、企石、钓神山山系中，施工期间路基开挖，边坡防护，隧洞开凿、植被砍伐将产生大量的临时弃土并在一定面积范围破坏现状良好的山体植被，若不及时清运临时并采取一定的水土保持治理方案，不仅影响景观，破坏生态环境，在雨季还容易引发水土流失。此外，还有施工噪声、扬尘、施工人员的生活污水、垃圾等对道路沿线环境也有一定的影响。其中，有些影响是永久性的，有些影响将随施工期的结束而结束，且可以通过一定的环保措施得以恢复和缓解。项目施工期间除具有公路建设项目的常规的建设影响外，主要是长距离隧洞开挖过程存在的涌水、岩爆、岩石放射性等环境风险以及运营过程中危险品泄漏的环境风险。
　　为探明现场的地质状况，为设计提供依据，仅用钻探难以达到效果，因此必须借助物探方法。地震方法速度慢，价格昂贵；传统电法信息量小，效率低。近年来发展的高密度电法，它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，二维地电断面测量，提供的数据量大，信息多，观察精度高，速度快，且探测深度灵活。通过在葵坝公路隧道工程地质勘察中的应用表明：高密度电法是一种行之有效的方法。
　　2、高密度电法的基本原理
　　高密度电阻率法实际上是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法，基本原理与普通电阻率法相同，仍然是以岩土体导电性差异为基础的一类电法勘探。在现场测量时，将全部电极设置在一定间隔的测点上，然后用多芯电缆将其连接到程控式多路电极转换器，使电极布设一次完成。测量时由程序控制而动作，从而实现电极排列方式、极距和测点的快速转换，准确快速地采集大量数据，数据的采集基本实现了自动化，从而可以获得较丰富的地电结构信息。利用与该系统配套的系列高级电法处理软件，对采集的数据进行各种处理及结果图示，使解释工作更加方便与直观。
　　3、观测仪器及技术指标
　　采用重庆WGMD-III型分布式二维高密度激电测量仪器，其主要技术指标如下：
　　电压通道：土6V
　　测量精度：Vp≥lOmV时，±0.5%±1个字
　　Vp≤lOmV时，±1%±1个字
　　电流通道：5A
　　测量精度：I0≥lOmV时，士0.5%土1个字
　　J，≤lOmV时，±1%土1个字
　　视极化率测量精度：±1%土1个字
　　对50Hz工频干扰（共模干扰与差模干扰）：压制优于80dB
　　输入阻抗：≥50Mfl
　　最大供电电压：800～900V
　　最大供电电流：±5A
　　仪器电源电流：≤55mA
　　仪器电源：1号电池8节
　　工作温度：-10～+50℃，95%RH
　　体积：310mm×210mm×210mm
　　重量：6kg
　　以WJDJ-2型多功能数字直流激电仪为测控主机，配以两台WDZJ-1型多路电极转换器构成WGMD-2型高密度电阻率(电CT)测量系统。
　　4、观测方法
　　一般采用固定断面扫描测量，最常用的电极装置为α排列(温纳装置AMNB)、β排列(偶极装置ABMN)、y排列(微分装置AMBN)，也可以采用三极装置等。测量时，一次将60～120根电极（可做供电电极又可做测量电极）按固定点距布设在测线上，通过多芯电缆与多极电路转换器连接，在主机控制下可实现电极排列方式、极距及测点的扫描测量。该方法一次测量可完成一条固定断面下方的16(19)～39条剖面、552(570)～2340个测点的数据采集工作。
　　5、勘探结果
　　5.1测量数据处理及解释
　　依据RES2DINV最小二乘法计算机反演计算程序的正、反演计算结果，进行综合分析对比，剔除因地形或电极周围不均匀体所引起的干扰异常，去伪存真，根据岩性的电性特征，选择合理的等值线间隔和色彩，最终形成地质解释剖面示意图。
　　5.2隧道勘探成果
　　隧道实测电CT成像断面为：入口横断面，实际放线长度600m，隧道有效解释长度近100m，共采集570个测点的数据；出口横断面，实际放线长度600m，隧道有效解释长度近100m，共采集570个测点的数据；纵断面，长度为900m，1140个数据。该隧道共实测4个断面，采集2280个测点的数据。
　　入口横断面电阻率CT成像图，表层为坡积物，电阻率变化较大；下部为基岩，但岩性不太完整，可见明显的裂隙，左侧为一条明显的断层。
　　出口横断面电阻率CT成像图，表层为坡积物，电阻率变化较大；下部为基岩，岩性相对较完整。
　　6、结论
　　(1)在工程的初步勘察阶段，辅以高密度电法测探首先对场地基岩的岩性、风化均匀程度、风化变化规律及结构构造发育情况进行评价，再根据地层的实际情况采用传统可靠的勘探手段进行针对性验证是可行的。
　　(2)作为一种间接的勘探手段，高密度电法勘探结果的解释又具有多解性，需要利用直接勘探手段，诸如钻探、井探等加以验证，才能提出符合实际的解释结果。笔者认为：其多解性主要是由于影响其结果的复杂性造成的，要提高解释结果的准确性，需要进一步研究地层的导电性差异与其影响因素之间的关系。
　　7、建议
　　葵坝路工程全线以长隧洞为主，施工期及运营期均存在一定的环境风险。包括运营期危险品车辆的泄漏风险、施工期隧洞的涌水、岩爆和岩石放射性等风险。
　　1. 对于这些风险，本报告均提出相应的风险防范措施，主要是：
　　2. 建议葵坝路的长隧道工程应考虑建立竖向通风井。
　　3. 在隧洞内设置应急设施和报警系统。包括摄像头和火灾感应器以及紧急停车带。
　　4. 严格按照规范要求，开展超前地质预报，做到先探后掘。加强对隧道监测，发现重大事故隐患或地质异常情况，必须认真分析，科学判断，及时采取有效的工程安全技术防范措施。
　　5. 对于富水地层,岩溶裂隙很发育,断层破碎带及储水构造多,在隧洞开挖中常遇到地下水涌出,工程施工时有地下水要及时排除,要完善抽排水设施,建立防、截、堵、排、抽相结合的综合措施,及时将地下水排出洞外。
　　6. 建议委托有辐射检测和评价资质的单位进行全面的放射性检测和评价，并提出相应的防护措施。施工单位应严格落实提出的放射性防护措施。
　　7. 在距离葵涌河最近的路段附近50米范围内建设防撞栏以及提醒司机警惕和限速、减速、注意安全等路标。
　　8. 建立风险事故应急预案
　　9. 鉴于东侧隧道口为坝光社区，建议隧道内设置通风竖井，以缓解隧道口排气对坝光社区的大气环境影响。
　　10. 目前，广东省最长的公路隧道－双和公路彩虹岭隧道已经竣工。该项目鹤山市双和公路鹤城至宅梧段的彩虹隧道总长为5.068km，本工程在下一步初步设计阶段的通风、照明、综合防灾设计建议参照彩虹岭隧洞。
　　作者简介：韩伟良（1980-）男、河北保定人，主要从事市政道路勘察及路基设计工作。
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