高密度電法在清平水庫(kù)引水隧洞塌方中的探測(cè)

林太強(qiáng)，陸才昆

（1廣西土木勘察檢測(cè)治理有限公司，南寧 530221；2廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，南寧 530023）

高密度電法在清平水庫(kù)引水隧洞塌方中的探測(cè)

林太強(qiáng)1，陸才昆2

（1廣西土木勘察檢測(cè)治理有限公司，南寧 530221；2廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，南寧 530023）

介紹了清平水庫(kù)補(bǔ)水工程引水隧洞的工程地質(zhì)情況及隧洞開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)的塌方和突泥涌水情況。論述了應(yīng)用高密度電法對(duì)隧洞塌方段（花崗巖地區(qū)）進(jìn)行探測(cè)的方法和成果，基本查明了產(chǎn)生塌方的構(gòu)造風(fēng)化帶的規(guī)模和空間展布，為塌方處理提供地質(zhì)資料。

花崗巖；引水隧洞；塌方；突泥涌水；清平水庫(kù)

1 概況[1]

清平水庫(kù)補(bǔ)水工程引水隧洞長(zhǎng)6 664.0 m，隧洞圍巖為燕山晚期（γ35）侵入巖斑狀黑云母花崗巖，隧洞沿線地表水較為豐富，發(fā)育6條較大規(guī)模沖溝，豐水期形成明流。隧洞位于地下水位以下，根據(jù)鉆孔資料，全風(fēng)化為中等透水性，強(qiáng)風(fēng)化為弱透水性，弱微風(fēng)化為微～極微透水性。除全風(fēng)化洞段或節(jié)理極為發(fā)育且上覆巖體較薄洞段外，其余洞段一般不會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模涌水、涌泥現(xiàn)象。

YS5+600.0～YS6+579.2 m段洞身段巖性為灰白色雜黑色中粒黑云母花崗巖，微風(fēng)化，為塊狀～次塊狀結(jié)構(gòu)，巖石堅(jiān)硬，節(jié)理發(fā)育，局部裂隙相互切割，巖體破碎，在洞頂及兩側(cè)有可能形成不穩(wěn)定塊體影響洞室穩(wěn)定。屬于穩(wěn)定性差圍巖為主，局部基本穩(wěn)定圍巖，圍巖類(lèi)別以Ⅲ類(lèi)為主，局部Ⅱ類(lèi)。局部節(jié)理密集帶或小的擠壓破碎帶部位為不穩(wěn)定圍巖，圍巖類(lèi)別屬Ⅳ類(lèi)，施工開(kāi)挖時(shí)應(yīng)注意此類(lèi)巖體的支護(hù)。

施工單位從隧洞出口往隧洞進(jìn)口方向開(kāi)挖，當(dāng)開(kāi)挖至YS5+655 m時(shí)出現(xiàn)隧洞塌方，從隧洞拱頂偏左側(cè)突泥涌水，塌方體為水夾砂質(zhì)土和碎塊石，塌方體沿隧洞往外移動(dòng)約30 m。多次處理塌方體未果后，施工方及業(yè)主要求設(shè)計(jì)院提供產(chǎn)生塌方的構(gòu)造風(fēng)化帶的規(guī)模和空間展布。

2 工作布置

隧洞是城門(mén)洞型2.7 m×3 m，地面高程約250 m，隧洞底高程176 m，初步選擇采取高密度電法來(lái)勘探。經(jīng)分析認(rèn)為隧洞塌方突泥涌水原因可能是斷層破碎帶經(jīng)過(guò)該洞身段，從隧洞拱頂偏左側(cè)突泥涌水的施工開(kāi)挖情況分析，初步判斷斷層破碎帶從出口方向往進(jìn)口方向且與隧洞軸線小角度相交。初步判斷斷層破碎帶的走向后，即可以先布置一條剖面與其大概垂直，且測(cè)線要經(jīng)過(guò)一段已開(kāi)挖隧洞段，借此判斷塌方體的物性特征，及與圍巖的區(qū)分情況。鑒于塌方體沿隧洞往外移動(dòng)約30 m，因此第一條剖面布置經(jīng)過(guò)隧洞掌子面往下游20 m的位置。待第一條剖面野外采集數(shù)據(jù)、初步處理解釋成果后判斷測(cè)線方向是否需要調(diào)整。若不需調(diào)整則沿隧洞軸線往進(jìn)口方向平行第一條剖面布置多條剖面追蹤引起隧洞塌方突泥涌水的塌方源體的空間位置，圖1是實(shí)際勘探的物探平面布置及成果解釋示意圖。

圖1 物探平面布置及成果解釋示意圖

本次電法測(cè)試沿隧洞軸線布置1條剖面，布置4條剖面與隧洞軸線斜交。隧洞軸線50 m范圍內(nèi)施工方野外實(shí)測(cè)18個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)及高程，剖面兩端沒(méi)有測(cè)量坐標(biāo)及高程，因此各條剖面的平面位置和剖面有坐標(biāo)及高程的按實(shí)測(cè)值標(biāo)示，剖面兩端以示意形式標(biāo)示。

3 成果分析[2]

下面先對(duì)第一條剖面的成果進(jìn)行分析，判斷選用勘探方法的有效性，核對(duì)采用的工作參數(shù)合理與否。

3.1 W1～W1＇剖面

W1～W1＇剖面與隧洞軸線斜交，剖面300 m樁號(hào)在隧洞軸線K5+675投影位置。剖面布設(shè)60個(gè)電極，電極間距為10 m。結(jié)合地表調(diào)查分析視電阻率等值線圖（見(jiàn)圖2），剖面勘探深度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)2處異常。

圖2 W1～W1＇剖面視電阻率斷面等值線圖

（1）在剖面180～340 m埋深12～92 m處，此處異常電性特征是幾個(gè)低阻閉合體構(gòu)成一個(gè)大的低阻異常體，且低阻異常體有向兩側(cè)淺部延伸的豁口，低阻異常體兩側(cè)的豁口投影到地面是沖溝，結(jié)合地表調(diào)查分析推測(cè)此處低阻異常體為構(gòu)造破碎帶風(fēng)化成砂狀土的反映，或者是花崗巖沿巖體裂隙不均勻風(fēng)化后形成的全、強(qiáng)風(fēng)化體的反映。

（2）在剖面290～310 m埋深60～75 m處，異常電性特征是低阻閉合體，上下兩側(cè)是高阻體，結(jié)合已知的隧洞開(kāi)挖情況分析，推測(cè)此處低阻異常體為隧洞充填水夾砂質(zhì)土和碎塊石的反映，此處低阻異常體對(duì)充填隧洞有較明顯放大效應(yīng)。

異常（2）充填水夾砂質(zhì)土和碎塊石的隧洞的低阻反映與異常（1）的低阻體空間上貼得較近，但又沒(méi)有直接貫通，符合隧洞開(kāi)挖情況。低阻異常體（1）是引起隧洞塌方突泥涌水的物質(zhì)源，本文把此處低阻異常體暫表示為隧洞塌方源體。從已知情況分析選用高密度電法對(duì)此勘探任務(wù)有效合適，采用的工作參數(shù)合理，能判斷塌方體的物性特征，區(qū)分目標(biāo)體與圍巖，剖面的布線方向不需調(diào)整。為了追蹤隧洞塌方源體的空間位置經(jīng)過(guò)隧洞施工掌子面平行W1～W1＇剖面布置W2～W2＇剖面。

3.2 W2～W2＇剖面

W2～W2＇剖面與隧洞軸線斜交，剖面300 m樁號(hào)在隧洞軸線K5+655（施工掌子面）投影位置。結(jié)合地表調(diào)查分析視電阻率等值線圖（見(jiàn)圖3），剖面勘探深度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)1處異常，異常在剖面190～350 m埋深8～98 m處，此處異常電性特征是幾個(gè)低阻閉合體構(gòu)成一個(gè)大的低阻異常體，且低阻異常體有向兩側(cè)淺部延伸的豁口，低阻異常體兩側(cè)的豁口投影到地面是沖溝，結(jié)合地表調(diào)查分析推測(cè)此處低阻異常體為構(gòu)造破碎帶風(fēng)化成砂狀土的反映，或者是花崗巖沿巖體裂隙不均勻風(fēng)化后形成的全、強(qiáng)風(fēng)化體的反映。

隧洞塌方體從隧洞拱頂偏左側(cè)涌下，從視電阻率等值線圖分析，充填水夾砂質(zhì)土和碎塊石的隧洞的低阻反映位于低阻異常體的右下角，且與低阻異常體直接聯(lián)通，符合隧洞開(kāi)挖情況，且兩者的空間位置能說(shuō)明隧洞塌方體的來(lái)源。

圖3 W2～W2＇剖面視電阻率斷面等值線圖

W1～W1＇剖面和W2～W2＇剖面的視電阻率等值線圖對(duì)隧洞和隧洞塌方源體反映很好，對(duì)兩者的空間位置及相對(duì)關(guān)系反映也很好，且可以換算隧洞埋深與縱坐標(biāo)AB/2間的深度校正系數(shù)。為追蹤隧洞塌方源體在隧洞施工掌子面往進(jìn)口方向是否還存在及其空間位置，在隧洞施工掌子面往進(jìn)口方向平行W2～W2＇剖面間隔20、40 m布置W3～W3＇剖面和W4～W4＇剖面。限于篇幅關(guān)系，本文就不對(duì)這兩條剖面進(jìn)行詳細(xì)分析。從視電阻率等值線圖分析隧洞塌方源體在隧洞設(shè)計(jì)高程延伸到W4～W4＇剖面逐漸尖滅，為此以隧洞軸線K5+655（施工掌子面）投影位置為中心沿隧洞軸線往隧洞進(jìn)、出口方向布置W5～W5＇剖面復(fù)核隧洞塌方源體沿隧洞軸線的空間展布特征。

3.3 W5～W5＇剖面

W5～W5＇剖面從出口方向沿隧洞軸線往進(jìn)口方向布置，剖面300 m樁號(hào)在隧洞軸線K5+655（施工掌子面）投影位置。結(jié)合地表調(diào)查分析視電阻率等值線圖，剖面勘探深度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)1處異常，異常在剖面250～350 m埋深6～86 m處，此處異常電性特征是幾個(gè)低阻閉合體構(gòu)成一個(gè)大的低阻異常體，且低阻異常體有向小樁號(hào)側(cè)（出口方向）淺部延伸的豁口，低阻異常體小樁號(hào)側(cè)的豁口投影到地面是沖溝，結(jié)合地表調(diào)查分析推測(cè)此處低阻異常體為構(gòu)造破碎帶風(fēng)化成砂狀土的反映，或者是花崗巖沿巖體裂隙不均勻風(fēng)化后形成的全、強(qiáng)風(fēng)化體的反映。

圖4 W5～W5＇剖面視電阻率斷面等值線圖

結(jié)合地表調(diào)查分析電法測(cè)試的5條剖面，每條剖面的低阻異常體推測(cè)為構(gòu)造破碎帶風(fēng)化成砂狀土的反映，或者是花崗巖沿巖體裂隙不均勻風(fēng)化后形成的全、強(qiáng)風(fēng)化體的反映。每條剖面的低阻異常體都有一個(gè)特點(diǎn)是異常體有向淺部延伸的豁口，且豁口投影到地面是蓄水的沖溝，即這些低阻異常體與沖溝有水力聯(lián)系。從W1～W1＇剖面和W2～W2＇剖面的視電阻率等值線圖和已知的隧洞開(kāi)挖情況可知，此低阻異常體是引起隧洞塌方突泥涌水的物質(zhì)源，分析推測(cè)是花崗巖破碎風(fēng)化后形成的構(gòu)造風(fēng)化帶。

根據(jù)5條剖面的位置和低阻異常體的位置范圍及埋深勾畫(huà)了構(gòu)造風(fēng)化帶投影到平面的范圍，并按隧洞底高程176 m平切構(gòu)造風(fēng)化帶的范圍（見(jiàn)圖1）。根據(jù)平切圖，從樁號(hào)K5+655（施工掌子面）往進(jìn)口方向還有約50 m的隧洞段處在構(gòu)造風(fēng)化帶范圍內(nèi)。根據(jù)W1～W1＇剖面反映充填隧洞的異常具有放大效應(yīng)，反映構(gòu)造風(fēng)化帶的低阻異常體也有放大的效應(yīng)，即構(gòu)造風(fēng)化帶在隧洞段延伸寬度小于50 m；即從樁號(hào)K5+655（施工掌子面）往進(jìn)口方向還有小于50 m的隧洞段可能出現(xiàn)突泥涌水，或者這小于50 m的隧洞段是水夾砂質(zhì)土和碎塊石的構(gòu)造風(fēng)化帶。

4 結(jié)論與評(píng)價(jià)

后來(lái)從地質(zhì)專(zhuān)業(yè)了解到施工反饋信息是從施工掌子面往進(jìn)口方向約30多米隧洞巖土是水夾砂質(zhì)土和碎塊石，物探推測(cè)成果與隧洞實(shí)際開(kāi)挖情況吻合。應(yīng)用結(jié)果表明高密度電法對(duì)于探測(cè)產(chǎn)生塌方的構(gòu)造風(fēng)化帶的規(guī)模和空間展布效果理想，為隧洞塌方處理及隧洞開(kāi)挖的施工設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)。

[1] 廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.廣西賓陽(yáng)縣清平水庫(kù)補(bǔ)水工程初設(shè)報(bào)告地質(zhì)章節(jié)[R].南寧：廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2012

[2] 廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.廣西賓陽(yáng)縣清平水庫(kù)補(bǔ)水工程隧洞塌方處物探成果[R].南寧：廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2014

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Application of high-density resistivity method in diversion tunnel landslide prospecting of Qingping Reservoir

LIN Tai-qiang1,LU Cai-kun2
（1.Guangxi Civil Engineering Survey,Testing and Treatment Co.Ltd.,Nanning 530221,China;2.Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

An introduction was made on the engineering geological conditions of the diversion tunnel of Qingping Reservoir Water Replenishment Project.Landslide,water and mud gushing occurred in the course of tunnel excava?tion.The landslide section in granite region was prospected by high-density resistivity method.The authors present?ed the prospecting method and results.The scale and spatial distribution of structural weathering zone that caused the landslide were basically ascertained,providing geological basis for landslide treatment.

Granite;diversion tunnel;landslide;mud and water gushing;Qingping Reservoir

P631.3

B

1003-1510（2016）02-0037-03

2016-01-19

林太強(qiáng)（1976-），男，廣東高州人，廣西土木勘察檢測(cè)治理有限公司工程師，學(xué)士，從事工程物探工作。