高密度电阻率法在公路隧道勘察中的应用

高密度电法在城市隧道勘察中的应用

隧道勘察是建设城市基础设施的必要过程之一，但在城市中进行隧道勘察常常会面临空间狭小、交通密集等问题。因此，如何有效的进行城市隧道勘察成为一个重要问题。高密度电法技术是一种非侵入式的、高效的地球物理勘探技术，可用于隧道勘察的地质条件分析和支护设计。本文将探讨高密度电法在城市隧道勘察中的应用。

1. 高密度电法简介

高密度电法是一种电阻率测量方法，是将电极排列在地面上，通过电极之间注入电流并测量电位差来确定地下岩土体在不同深度的电阻率分布情况。这种方法适用于各种地质环境，能够获得连续的、非侵入性的地下电阻率分布，具有高效、高分辨率、高精度等特点。

（1）地质条件分析

城市隧道勘察过程中需要对隧道穿越的地质情况进行全面的分析。传统的地质勘探方法需要进行大量的钻探和取样工作，时间和成本都非常昂贵。而高密度电法可以快速地得到地下岩土体的电阻率分布情况，进而推断地下岩土结构情况和地质分布，有效降低了钻探取样的次数和难度，减少了勘探成本，同时也能够使得地质分析更加全面和准确。

（2）隧道支护设计

高密度电法能够有效的揭示地下岩土体的分布情况和结构特征，根据电阻率测量结果可以推断出隧道周围地质情况，使隧道支护设计更加准确和全面。通过高密度电法测量，我们可以发现隧道穿越的地下存在的不同岩土体层，并能够推断其厚度、深度、位置等参数。这些参数为支护设计提供了很好的前提条件，支护设计考虑到地下岩土体不同层的电阻率差异，决定了不同的支护形式，有效的降低了隧道设计和施工成本。

（1）非侵入性

高密度电法是一种非侵入性的勘探方法，不需要进行地下开挖或者钻探等操作，不对地下环境造成影响，并且测量得到的数据精度高，得出的结果准确可靠。

（2）高效

高密度电法可以在短时间内获得地下岩土体的电阻率分布数据，相比于传统的地质勘探方法需要大量的钻探和采样工作，高密度电法可以节省大量的时间和资源。

论公路工程地质勘查方法的应用

摘要：目前，公路地质勘查的方式繁多，且都有着各自的特点和作用，为了实现对不同方法的综合使用，提高公路地质勘查工作的水平。本文结合工程实例，对不同的勘查方法及应用进行了简要的阐述。

关键词：公路；地质勘查；方法；综合运用

1 工程概况

某公路工程全长约140km，是贵州省公路网的重要组成部分，也是所在地区前往其他省份的唯一快速汽车通道。公路穿越的地形包括丘陵区、低山区、山间盆地区等。其中，低山丘陵区在公路全长中所占比例约为85%，高差相对较大，地形坡度在25°～45°之间，尤其是某一路段需要穿过山脉，地形条件极其复杂。由于这段路线地形陡峭，且以隧道和桥梁为主，因此给勘察工作带来了极大的挑战。

2 地质情况

2.1 地质特征

区域内的构造活动较为强烈，岩浆侵入面积较大，次级构造极为发育。同时，线路的中段区域表现为背、向斜相接合部位。区域性构造方向与构造发育形迹基本相同，以北东向为主，北西向网络状构造体系少量存在，岩石破碎、断层发育、风化强烈。路线穿越的地层较多，岩性复杂，依次为寒武系、志留系、中上泥盆统、白垩系与第四系。中段燕山期和花岗岩大面积出露，西段变质岩广泛分布，东段沉积岩广泛分布。岩性包括砂岩、片岩、板岩、泥灰岩、粉砂岩等多种类型。

2.2 水文地质

沿线地下水主要包括基岩风化层孔隙裂隙水、第四系冲洪积砂-

卵砾石层孔隙潜水、灰岩岩溶水、基岩裂隙水等。地层、地形等因素对地下水的排泄条件和补给影响较大，其中，岩溶发育、断层破碎地段是本次勘察工作的重点和难点，也是整个线路中的重点地段。

3 勘查方式

针对线路所在区域地质构造复杂、地形条件交叉、地形单元多、水文地质条件复杂、地层岩性多变、植被发育等特点，除了常规的勘察方式外，工作人员还针对性地选择了勘察方法。

3.1 遥感技术

在线路的对比和选择阶段，对遥感技术（即rs技术）进行综合应用，可以收到非常理想的效果。该技术的图像具有全面性、真实性、宏观性等特点，能够为不良地质、地质构造、地形的有效识别提供依据，且能够消除覆盖层、植被、地形等带来的不利影响，通过对图片的分析即可获得区域内的工程地质、水文地质、环境地质、地层、地质构造等多方面资料，避免在项目实施过程中遭遇特殊性岩土或不良地质，不仅为安全、优质的施工奠定了坚实的基础，也让工作人员的选线得到了有效的数据支持。

讨论高密度电阻率法在地质勘探中的应用

随着勘探技术的不断发展，电阻率法技术也随之提高，现已被广泛用到地质勘探当中。其中，高密度电阻率法具有很多优点，譬如获取信息大而且速度快，测点密度高及分辨率高等，在现如今地质勘探的使用当中，取得了较为理想的效果，因此这种勘探方法应该逐步进行推广，使之合理被使用。

标签： 高密度;电阻率发;地质勘探;应用

一、前言

高密度电阻率法是在常规直流电法的基础上通过观测系统的电极排列而形成的一种直流电法勘探新技术。通过对电极装置位置的改变，收集水平和垂直方向上地质体的相对视电阻率，通过视电阻率的差异反演出地下地质体的分布情况，从而帮助解决不同的地质问题。相对于常规电阻率方法，高密度电阻率法具有以下优点：电极布设一次完成，这使数据采集系统有较高精度和抗干扰能力;能进行多种电极方式的测量，获得的资料更加丰富;野外数据采集、收录实现了自动化和智能化;数据处理、成像显示实时一体化。随着经济的不断发展，高密度电阻率法被推广到许多地质工程领域，由于其应用范围广泛，物理勘探技术为国家经济发展做出了有力贡献，因此它和人们的生活密切先关，其作用也不可忽视。

二、高密度电阻率法及其工作原理

1、高密度电阻法

高密度电阻法已被国内外广泛运用于各种领域，譬如，隧道开挖方案可行性、堤坝隐患监测、污染物侵蚀分布、高速公路勘探及地下水位探测等方面，而且许多专家先后都做了深入研究，结果说明高密度电阻法在这些领域当中，为其提供了准确实际意义上的服务，起到了良好的效果，因此其重要性不言而喻。

2、高密度电阻法的工作原理

高密度电阻率法根据现场环境地质调查及水文工程需要而研制开发出的一种电探探测系统，见图1，包括数据的采集、资料处理两部分。高密度电阻率法实现了数据的快速采集与分析处理，从而改变了电法勘探的传统的低效运作模式，大幅度提高了工作效率，勘探的智能化程度向前迈进了一步。

高密度电阻率法与常规直流电法相同，以探测地下目标体与围岩间电性导差异为基础的一种地球物理勘探方法。当向地下施加直流电时，在地表利用相应仪器观测、分析电场分布情况，通过研究人工施加电场的分布规律可较为真实的反应地质状况。（如图1）

科技信息　工程技术　

高密度电法在隧遥溶　虫涌水调查【ｌ】硇应用　

贵州省交通科学研究院　梁’栋　贵州省煤田地质局地质勘察研究院　黄鑫　［摘　要］隧道涌水是隧道施工中常见而又危害甚广的事故之一，特别对于碳酸岩地区，地下水的赋存、运移形式尤为复杂，容易出现　突发性涌水事故。本文介绍了高密度电阻率法的基本原理、勘察方式，并将其运用于隧道岩溶涌水调查实例中，探测效果良好。　【关键词】溶蚀涌水　地表陷落　高密度电阻率法　１．高密度电阻率法的工作原理　高密度电法是以地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异为　基础，人工建立地下稳定直流电场，依据预先布置的若干道电极采用预　定装置排列形式进行扫描观测地下电场的分布特点和变化规律，从而　查明地下地质构造、寻找有用矿产和解决相关地质问题的一种直流电　法勘探方法。　高密度电法实际上是一种阵列勘探方法，它在二维空间内研究地　下稳定电流场的分布，野外测量时，将数十个电极一次性布设完毕，每　个电极既是供电电极又是测量电极　。通过程控式多路电极转换器选　择不同的电极组合方式和不同的极距间隔，用供电电极（Ａ、Ｂ）向地下　供直流（或超低频流）电流，同时在测量电极（Ｍ、Ｎ）间观测电势差　（ＡＵｍｎ），并计算出视电阻率（ｐｓ），各电极同时或不同时沿选定的测线　按规定的电距间隔移动，其主要组成及测量流程如图１所示。　

图ｉ高密度电法工作系统　１．１常见装置介绍及选择　高密度电法最初研究的排列方式主要有３种：　、Ｂ和＾ｙ，现在排列　方式已发展到十几种。根据Ｄｒ－Ｍ＿Ｈ＿Ｌ０ｃｋ［３～，ｏｔ装置对于电性的垂向变化　十分敏感，此外该装置还能在测量中最大程度地压制干扰，增强有效信　号，而且受地形变化影响小，电测剖面形态比较利于解释。因此，在地形　相对较开阔，亦或是地形起伏较大以及对垂向探测精度要求较高的一　般选用　装置，其排列方式及断面扫描方式如图２所示，即保持电极距　不变，逐渐增大间隔系数，从左至右，从上至下扫描纪录数据。　Ａ　Ｍ　Ｎ　Ｂ　●—◆●—．．●—　●—　●—　●—　●—　●—　●—　●—　●　●◆●◆◆◆●　●◆●－．－－￣￣－－－＇ｌｔ＂●　●◆●◆●叫－．●　●　●　●　图２高密度电法温纳装置排列及断面扫描示意图　１．２应用领域及特点介绍　高密度电法原理成熟，在矿产资源勘探、地质构造、水文地质、工程　灾害地质、考古、岩溶洞穴探测等各领域得到了广泛应用，解决了大量　实际问题，创造了较好的社会效益及经济效益。与常规直流电法相比，　高密度电法具有成本低、效率高、信息丰富等优点，可探测岩溶、洞穴、　断层、破碎带、路基状态、道碴陷槽、采空区、翻浆冒泥和地质界线的产　状等，用途广泛　。所有电法的专业处理、反演解释软件均可安装在通　用计算机上来完成，电法主机可以通过ＲＳ一２３２端口，结合配套数据接　收软件与通用计算机进行数据通讯，将所测电法数据传到计算机中进　行更高级的处理和解释。　２．探测实例　本次探测为对隧道涌水段地表进行了物探勘察，旨在查明隧道涌　水原因以及涌水段隧道地质状况，以保证隧道施工安全，为设计变更提　供依据，探测目标最大埋深约３Ｏ米。探测中使用ＷＤＪＤ一３型高密度电　法仪及一台多路电极转换器，采用电池箱供电，共使用６Ｏ根电极，电极　间距３．５米，则ＡＢ／２为１０３．２５米，排列总长度２０６．５，根据经验公式，探　－－－——３２２．－－——　测深度在２９．５～３４．５米之间（即１／６～Ｉ／７最大排列之间）。测线布置尽量　垂直于地层走向，测线间距８米，供电时间５ｓ，温纳装置，然后检测各电　极接地电阻，以查明是否存在某些电极接地不紧密或漏接，若测试通过　则选择进入采集状态。采集过程中仪器通过多路电极转换器每次自动　接人４根电极进行测试，保持ＡＭ＝ＭＮ＝ＮＢ不断增加隔离系数完成剖面　扫描，总共采集５５２个数据，该过程历时约３Ｏ分钟。　２．１探测区域地质概况　本次探测区域为一溶蚀槽谷，槽谷底部分布了较厚的覆盖层（主要　为耕种土，农作物以小麦、油菜为主），地表目前有３处陷落洞，深浅不　一，本区地势较为平坦；探测范围左侧为一小山丘，基岩出露，以灰岩为　主；探测范围右侧为农田，紧邻乡村公路。本段下伏围岩主要为三叠系　下统永宁镇组第四段（Ｔｌｙｎ４）中厚层状白云岩、泥质白云岩与永宁镇组　第三段（Ｔｌｙｎ３）灰岩、白云岩岩组。　２．２数据处理流程　数据处理是高密度电法的室内工作部分，将数据导入计算机，经预　处理，地形校正，参数设置，正反演，成图几个步骤后输出最终结果，并　对之做地质解释。其中数据预处理是用于剔除电阻率明显异常点（通常　指因接地电阻过大、电极与大缆接触不良等造成的坏点）；调整反演参　数，如阻尼系数，改变层厚度，模型细化等，可根据实测数据情况进行调　整；地形改正，当数据中存在地形数据时，在反演过程中会自动消除地　形起伏带来的影响；最后进行数据的正反演，根据原始数据建立模型进　行正演，再对比正反演结果，若在误差允许范围内，则输出反演结果。　２＿３成果解释　选用其中两条测线数据结果如图３所示，各测线探测深度约为　３Ｏ米，反演求得待测区域视电阻率值介于３０～１５００欧・米之间，图中　黑色曲线上方地质体导电性能良好，视电阻率值一般在２００欧・米以　下，结合测试现场地表特征，推测对应地质体为地表潮湿耕种土，厚度　在２～１４米之间，因地表作物差异，雨水下渗不均匀，导致地表局部有　小的团状低阻异常；此外，图中团状高阻异常较发育，视电阻率在　１２００欧・米以上，推测为局部塌陷区，土层松动，导致局部视电阻率值陡　增；三条测线中部（约８０ｍ～１３０ｍ之间），围岩视电阻率值均相对两侧　较低，覆盖层厚度较厚，推测其地下水含量较为丰富，围岩受溶蚀作用　较强，层间泥质较为发育，因隧道开挖破坏了隔水通道，地下水外涌带　走大量层间泥质引起地表局部塌陷。