高密度电法在深埋隧道层间裂隙水探测中的应用

摘要：在深埋隧道施工过程中，由于勘察设计的局限性和隧道围岩地质条件的复杂性，不良地质地段准确位置之间不可避免的存在误差，进而引发隧道内塌方、涌水、涌泥等地质灾害，对隧道施工造成极大的影响及危害。某隧道施工过程中，DK123+672处发生涌水，为确保隧道施工安全，使用高密度电法对掌子面前方地质情况进行了准确及时的预报，并以此为依据进行动态设计，确保了隧道施工安全，达到了较好的预报效果。

关键词：高密度电法；隧道工程；层间裂隙水；工程应用

The application of high-density electrical method on the detection of layer fissure water in deep tunnel

Abstract: During the construction of deep tunnel as the survey and design limitations and the complexity of geotechnical conditions there exits some errors for the exact location of adverse geological sites. Subsequently, these will lead to tunnel collapse, water burst and mud burst which influence the safety construction of the tunnel. During the construction of a tunnel there existed water burst in the section of YK123+672. To keep the safety of the construction the high-density electrical method was used to forecast the geological conditions ahead the tunnel face. On the basis of the this the safety of the tunnel construction was kept.

Key word: high-density electrical method; tunnel construction, layer fissure water; engineering application

中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

1 引言

由于隧道区域地质条件的复杂性和勘察设计的局限性，难以对复杂的地质情况作出准确的微观把握，从而造成地质勘探资料往往与实际情况不符，特别是不良地质地段准确位置之间不可避免存在误差，为及时掌握掌子面前方的不良地质情况，采用地质超前预报来预测隧道掌子面前方不良地质情况，达到控制掌子面前方不可见险情显得尤为重要[1-6]。

隧道地质超前预报由来已久[7]，超前预报的方法也有很多，目前探测裂隙水的技术方法主要有隧道地质超前预报系统(TSP)、水平声波剖面(HSP)法、陆地声纳法、探地雷达(GPR)法、超前钻孔法和超前平导法等几种[8]。高密度电法具有采集数据密度大，数据反演成果反映剖面和深度双重性质，横向、纵向分辨率高的特点[9]。本文主要介绍高密度电法工作的基本原理、高密度电法的预报方法及其在隧道施工中的应用。

2 工程背景

某隧道全长约7500 m，起讫桩号为DK118+963 ~DK126+487，隧道最大埋深约878 m，属特长深埋隧道。隧道区属构造剥蚀、侵蚀中低山深切沟谷地貌区，地形切割较深，沟谷斜坡地貌发育，峰顶呈浑圆状，丘脊宽缓，山岭穿越区地形切割较强，山间沟谷发育，沟谷峡窄。

隧道区地下水主要为基岩裂隙水，基岩岩组属区内相对隔水层，但其浅部风化裂隙发育，局部存在构造破碎带，为地下水赋存提供了物理空间，主要接受大气降水垂直入渗补给，通过侧向渗流向地形较低的沟谷地带排泄，受裂隙发育程度，充填物等因素制约，贮水空间有限。

2011年5月25日下午14时，该隧道出口右线DK123+672发生涌水，从掌子面拱顶处及右拱肩处两处探孔喷射而出，涌水量较大，具有一定的压力，估测涌水量达150m3/h。

图1 DK123+672处涌水

Fig.1 Water inrushing at DK123+672

由于隧道反坡开挖，且涌水处离洞口2769m，落差46.85m，远距离抽水给排水带来较大困难。该处围岩为三级互层状长石石英砂岩和泥质粉砂岩，地质勘测资料中隧道计算总涌水量为608 m3/d，远小于隧道实际涌水量，造成隧道发生涌水时，排水能力不足，致使掌子面处发生大范围积水，至5月27日，洞内积水至DK123+762，距掌子面90m，且洞内水位仍在不断上升。为尽早排除洞内积水，并掌握掌子面前方层间裂隙水的含量，尽早恢复正常施工，拟采用高密度电法对掌子面前方裂隙水含量进行预测。

3 高密度电法探测原理

高密度电阻率法是以岩土体导电性差异为物理基础的一种勘探方法，通过研究在人工电场作用下介质导电流的分布规律，推断一定深度范围内不同电性地质体引起的异常特征，从而达到地质解释的目的。通过在掌子面布置一定数量的电极，按照一定的序列，自动供入直流电（A、B 电极），测量电极（M、N 电极）测量两个电极间的电势差，从而计算出视电阻率剖面。通过对视电阻率剖面进行反演计算，得到掌子面前方围岩电阻率剖面，从而达到对掌子面前方地质情况探测的目的。

高密度电法对含水体的判断依据：对含水构造表现为低阻，对完整围岩表现为高阻。

4 高密度电法测线探测成果

4.1高密度电法测线布置

本次预报采用重庆奔腾生产的超级数字直流电法仪（WDA-1）系统，在掌子面布置两条测线，均采用施伦贝谢尔装置。测线一布置30 根电极，距离底板1.5m，1#电极位于左边墙，30#电极位于右边墙；测线二布置15 根电极，距离底板6m，1#电极位于左边墙往右6m，15#电极位于右边墙，如图2所示。

图2 测线布置图

Fig.2 Arrangement plane of survey line

4.2 高密度电法探测成果

通过对视电阻率数据进行反演处理，得到掌子面前方地质体的二维电阻率剖面图，图3为测线一的反演结果，图4为测线二的反演结果。

综合测线一和测线二的反演结果，推断掌子面前方的地质情况如下：

（1）距离左边墙 8.4m 和9.6m 位置附近（图3、图4中圆圈所示），存在导水裂隙；

（2） 在距离左边墙 5.2m 附近，存在较明显的岩层分界界面（如图3中黑线所示），结合地质情况，推断为泥质粉砂岩与长石石英砂岩的界面。

5 开挖验证

结合高密度电法的探测结果，经指挥部、设计院及施工单位商定，自6月中下旬开始施工，施工期间隧道涌水位置如下表1所示。从表1中裂隙水涌出位置变化情况及开挖情况可知，高密度电法探

图3测线一处理成果图