何灿高 王杰 张美多

1 工程概况

某在建水利枢纽工程由挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物及输水建筑物组成，其中位于右岸的输水隧洞，长约570 m，设计洞径3 m，隧洞中心线高程480 m，采用钻爆法分别从进口和出口位置相向掘进，进口掘进至桩号450 m时，位于桩号405～425 m的施工板房水泥地基出现坍塌现象；出口掘进至桩号550 m调压井位置发现溶洞，隧洞暂停掘进。位于左岸的帷幕灌浆明灌段因发现溶洞，设计位置变更。

工程区覆盖层包括黏土、碎石土等；右岸岩体以寒武系清虚洞组第1段薄层灰岩居多，溶蚀岩体相当发育；左岸岩体主要为中厚层至厚层灰岩，岩层产状较平缓。为查明隧洞未开挖段及帷幕灌浆改线段地质状况，决定采用高密度电法、地震折射波法的综合物探方法进行探测。

2 物探方法介绍

2.1 高密度电法

高密度电法是以介质的电阻率差异为基础的一种勘探方法。对于本工程而言，覆盖层、溶蚀灰岩、泥质充填型溶洞电阻率相对较低，相对完整灰岩电阻率相对较高，具备开展高密度电法探测的前提条件。

现场测试采用温纳装置，基本电极距为5 m，视场地情况单一排列一般布设52～60根电极，电极隔离系数为16～19，最大供电电压360 V，当测线较长时，采用重复30根电极方式连续观测。

高密度电阻率法探测深度可按下式估算：

式中 h——深度，m；

L——供电极距，m。

2.2 地震折射波法

地震折射波法是以介质的弹性差异为基础的一种勘探方法。对于本工程而言，覆盖层地震波速较低，下伏灰岩地震波速较高，具备开展地震折射波法探测的前提条件。

现场测试采用相遇时距曲线观测系统，道间距5 m，11道观测，锤击震源。

资料解释使用“t0法”进行解释，方法步骤如下：

绘制相遇时距曲线 t1（x）、t2（x），确定各时距曲线所反映的地层数，利用追逐时距曲线扩展相遇段，计算表层有效速度v1和互换时间t。

由时距曲线相遇段应用式（2）、（3）分别计算并绘制θ（x）曲线、t0（x）曲线。

下伏地层折射界面纵波速度v2利用式（4）计算得出。进而利用公式（5）计算测线上各检波点处目的地层折射界面埋深h（x）。

式中t1（x）——激发点1正向时距曲线观测时间，s；

t2（x）——激发点2正向时距曲线观测时间，s；

t——相遇时距曲线互换时间，s；

v1——折射界面上伏介质平均波速，m/s；

v2——折射界面滑行波速，m/s；

h（x）——折射界面深度，m。

3 探测成果

3.1 右岸输水隧洞探测

限于现场工作条件隧洞探测只布设高密度电法测线，在地表沿隧洞中心布置测线wsd3，在隧洞桩号510 m位置与隧洞方向夹角54o方向布设测线wsd1，在隧洞桩号435 m位置近垂直洞线方向布设测线wsd2，各测线电阻率断面图如图1所示，结合地质资料及开挖情况分析如下。

图1 输水隧洞高密度测线电阻率断面图

测试范围内3条测线电阻率断面呈现2层结构，上层电阻率相对较低，20～150 Ω·m，对应粉质黏土、碎石土等覆盖层；下层对应灰岩，其中相对完整基岩电阻率一般大于600 Ω·m，溶蚀岩体、泥质充填型溶洞电阻率一般小于200 Ω·m。

测线wsd1覆盖层电阻率20～150 Ω·m，在测线距离130～180 m较厚，为10～12 m，其余位置一般小于5 m；下伏较完整灰岩电阻率600～2 000 Ω·m，基岩电阻率低于200 Ω·m区域推测溶蚀（泥质充填的溶槽、溶蚀裂隙等）发育，测线距离240～260 m低阻区域发育溶洞，隧洞位置（高程480 m）处于溶蚀岩体中，岩体质量较差。

测线wsd2覆盖层电阻率20～150 Ω·m，覆盖层总体较薄，一般小于5 m；下伏较完整灰岩电阻率600～2 000 Ω·m，溶蚀岩体分布较广，电阻率低于200 Ω·m。测线距离80～110 m、高程490～500 m间存在一低阻异常区域，推测该处发育有泥质填充的溶洞；测线距离120～150 m、高程约495 m以下亦有垂向泥质充填溶洞发育，且该溶洞为其左侧所发育溶洞或溶蚀深槽的排泄通道；测线距离180～220 m、高程约505 m以下亦存在低阻异常区域，推测该处发育有泥质填充的溶洞。

测线wsd3覆盖层电阻率20～150 Ω·m，在隧洞桩号470～530 m、610～670 m处较厚， 10～12 m，其余位置一般小于5 m；下伏较完整灰岩电阻率600～2 000 Ω·m，桩号390～425 m、高程495～515 m间推测碎石土或泥质充填溶洞发育，该段地表施工板房在隧洞开挖后出现坍塌；桩号430～445 m、高程495 m以上，桩号540～560 m、高程480 m以上低阻区域，推测发育有泥质填充的溶洞，洞线所在高程桩号460～550 m间电阻率在500 Ω·m等值线附近，推测该区间洞线在溶蚀区岩体附近或者影响范围内，岩体质量较差，开挖安全隐患较大；桩号450～470 m洞线高程以下位置电阻率有降低趋势，推测为隐患区域。

综合分析认为，隧洞未开挖段（桩号450～550 m）溶蚀区岩体附近或者范围内，岩体质量较差，开挖安全隐患较大，附近未发现较大溶洞（洞径大于3 m）发育。

3.2 左岸帷幕灌浆明灌段改线探测

左岸帷幕灌浆明灌段布设高密度电法测线wsd4、wsd5，并在设计线路段（5#与6#之间、4#与5#之间）选取局部测段布设地震折射波法测试。

wsd4、wsd5线高密度电阻率断面图如图2所示，地震t0法解释综合时距曲线分别如图3、4所示，覆盖层与下伏基岩电阻率接近、地震波速差异较大，地震资料用于确定覆盖层界面，高密度资料用于探测深部结构。

wsd4线覆盖层电阻率较低，一般50～500 Ω·m，在测线距离42～102 m（5#与6#连线）间覆盖层相对较厚，层厚7.7～8.3 m，地震波速600～800 m/s；下伏灰岩电阻率200～7 000Ω·m，地震波速约3 200 m/s，随埋深增大电阻率逐渐变大，推测由浅至深岩体逐步从强风化过度到微新状，测试范围内在5#与6#点间的基岩内未见明显构造、溶洞等发育的迹象。

图2 惟幕灌浆改线段高密度测线电阻率断面图

wsd5线覆盖层电阻率变化较大，为50～3000Ω·m，在测线距离95～145 m（5#与4#点）间覆盖层相对较厚，层厚为7.0～10.5 m，且随测线距离变大有变厚趋势，地震波速600～800 m/s；下伏灰岩地震波速约2 400 m/s，电阻率200～7 000 Ω ·m，且从上到下电阻率由低逐渐变高，推测由浅至深岩体逐步从强风化过度到微新；测试范围内在5#与4#点间基岩内未见明显构造、溶洞等发育迹象，但推测在测线距离90～120 m间有溶蚀深槽发育。

图3 wsd4线地震解释综合时距曲线

图4 wsd5线地震解释综合时距曲线

4结语

水利水电工程勘察的实践表明，在存在物性（电阻率、地震波速）差异的前提下，高密度电法、地震折射波法在覆盖层厚度、基岩面形态、岩溶等探测中具备良好的效果。工程地质条件的的多样性、复杂性以及物探成果的多解性，单一方法往往较难解决问题，采用综合物探方法从多个物性参数角度多方位解译工程地质问题，提高探测精度。