隧道地面塌陷區(qū)綜合物探技術(shù)的研究分析

摘要：隧道工程復(fù)雜多變，情況特殊，在勘察當(dāng)中需要選擇適宜的綜合物探技術(shù)，提高地質(zhì)勘察效率和精度，為隧道工程的勘察設(shè)計(jì)和安裝施工提供重要支撐。論文以沈丹客專于家?guī)X隧道工程為例，針對工程地面塌陷問題開展綜合物探技術(shù)研究，清晰揭示了不良地質(zhì)體，有效查明了地面的塌陷原因。

關(guān)鍵詞：隧道勘察，綜合物探技術(shù)，地面塌陷

隨著我國鐵路大規(guī)模建設(shè)及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隧道工程中的物探技術(shù)也隨之提高和拓寬，許多新技術(shù)、新方法如探地雷達(dá)技術(shù)、面波勘探技術(shù)、高密度電法、高密度地震影像法技術(shù)等都在實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果，在隧道斷層、軟弱破碎帶、溶洞、涌水涌泥等問題勘察中發(fā)揮著愈來愈重要的作用。論文以沈丹客專于家?guī)X隧道工程為例，針對工程地面塌陷問題開展綜合物探技術(shù)研究，清晰揭示了不良地質(zhì)體，有效查明了地面的塌陷原因。

1沈丹客運(yùn)專線于家?guī)X隧道工程概況

沈丹客運(yùn)專線于家?guī)X隧道穿越遼東低山區(qū)，隧道起訖里程為DK110+560-DK115+235，全長4675 m。洞身最大埋深約276 m，最小埋深約25 m，沿線地形起伏較大。隧道范圍內(nèi)丘間溝谷內(nèi)表層多為第四系上更新統(tǒng)坡殘積（Q3d1+e1）粗角礫土覆蓋，隧道洞身通過地層主要為元古代遼河群里爾峪組（Ptlhlr）大理巖、大石橋組（Ptlhlr）大理巖及蓋縣組（Ptlhlr）板巖等地層。

2地面塌陷及隧道施工概況

2.1地面塌陷概況

2013年7月19日-7月24日間，本地發(fā)生數(shù)次較強(qiáng)降雨，于家?guī)X隧道線路上方及附近地面陸續(xù)發(fā)生塌陷現(xiàn)象。地面塌陷主要出現(xiàn)在DK114+300-DK114+700隧道兩側(cè)的村莊及耕地內(nèi)，距隧道中線垂直距離最遠(yuǎn)達(dá)69.3 m。各地面塌陷坑均發(fā)生在隧道開挖過后一定時(shí)期內(nèi)，并集中出現(xiàn)在較強(qiáng)降雨期間。大部分塌陷分布在低注地段的沖溝附近，個(gè)別塌陷發(fā)生在溝谷一側(cè)的緩坡地帶。據(jù)調(diào)查和村民反映，居民房屋區(qū)未見塌陷及房屋裂縫。典型塌陷坑主要塌陷特征如圖1和圖2所示：

2.2隧道施工概況

地面塌陷區(qū)分布與隧道線路距離較近，因此，對隧道施工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2012年5月及7月，于家?guī)X隧道掌子面分別施工至里程DK114+552和DK114+535時(shí)，掌子面右側(cè)均出現(xiàn)溶洞，第一次洞寬2m，洞高4.5m，洞深3.9m。充填松散狀泥砂及少量塊石，直徑為0.1-0.4 m，最大塊徑0.6m，有少量的渾濁的地下水沿洞壁流出。第二次溶洞寬約4.5m，面向掌子面深約3 m，高約5. 5 m。對出現(xiàn)的溶洞采用了引排水、混凝土回填、注漿等處理措施，但由于持續(xù)降雨，水量比較大，且此段為淺埋段，受地面降水補(bǔ)給影響較大，溶洞塌腔體內(nèi)充填物及洞頂松散體繼續(xù)塌落涌出，至2012年6月18日塌落才基本穩(wěn)定，溶洞頂塌方高度約15m，并有大量出水。如圖3圖4所示：

圖3第一次出現(xiàn)濟(jì)洞（DK114+552） 圖4第二次出現(xiàn)濟(jì)洞及洞頂塌落物（DK114+535）

3綜合物探技術(shù)勘察的應(yīng)用分析

為了查明草祁公路與于家?guī)X隧道交叉處及附近公路路基的安全隱患區(qū)域，同時(shí)查明房屋周邊是否會(huì)產(chǎn)生巖溶坍陷，危及房屋安全，開展了于家?guī)X隧道附近地面塌陷探查的物探工作。

3.1物探工作布置

根據(jù)該區(qū)域地形、巖性及地下水補(bǔ)給充足等特點(diǎn)，采用高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)法、地震映像法及激發(fā)極化法開展了綜合物探勘察工作。野外使用AGI高密度電法儀和SIR-20地質(zhì)雷達(dá)（100MHz天線）、NZ-72地震儀、GDD激電儀開展采集工作。高密度電極裝置類型為反向斯倫貝謝及偶極裝置，電極距為2m，每個(gè)排列108-144根電極，設(shè)計(jì)勘探深度40 m左右，供電時(shí)間1.2s。地質(zhì)雷達(dá)采樣長度300 ns，10m一個(gè)標(biāo)記。地震映像法采用60 Hz檢波器，點(diǎn)距1 m，偏移距1 m0激發(fā)極化法采用偶極一偶極裝置開展工作，方波形式供電，供電時(shí)長2m，信號(hào)供電周期8s，供電電流大于0.5A。

3.2綜合物探勘察成果

結(jié)合現(xiàn)場地形、地面特征及已知資料對各測線進(jìn)行分析，從物探剖面上共發(fā)現(xiàn)高密度電法異常6處、探地雷達(dá)法異常17處、地震映像法異常29處、激發(fā)極化法異常6處。根據(jù)物探成果，物探異常主要分布在溝谷低注地帶，沿沖溝兩側(cè)條形區(qū)域和在已發(fā)生塌陷的區(qū)域內(nèi)分布頻次相對較高，尤其在DK114+570附近草祁公路與隧道交叉地段及DK114+600處隧道中線東側(cè)高家堡村7戶居民院落附近物探異常較為明顯。物探異常主要解釋為溶蝕裂隙發(fā)育區(qū)和塌陷區(qū)異常。

根據(jù)物探成果，在異常區(qū)域布置了鉆探，通過鉆探揭示物探異常處鉆孔巖心多為塊狀和短柱狀，說明巖溶裂隙相對較發(fā)育，而揭示出溶洞的13-ZBD-505和13-ZBD-506等兩鉆孔均在溝谷低注地帶，屬物探異常明顯且塌陷坑出現(xiàn)頻次較高的區(qū)域，這也證實(shí)了地面塌陷多發(fā)育在溝谷內(nèi)溶蝕裂隙及溶洞較為發(fā)育的地段。

4隧道工程地面塌陷原因分析

通過現(xiàn)場調(diào)查、綜合物探勘察及鉆探成果，初步分析了塌陷原因，分析表明：

（1）隧道開挖之前，此地從未發(fā)生過地面塌陷，而隧道開挖以后，地面塌陷才成群地發(fā)生，這說明地面塌陷的發(fā)生確與隧道施工存在一定的聯(lián)系。

（2）地下水位較高，地面水主要沿河床以溪流的形式向下游排泄，地下潛流發(fā)育較弱，對土體的潛蝕作用也相對較弱，很難形成較大規(guī)模的土洞和地面塌陷。

當(dāng)隧道開挖以后，地下水向隧道內(nèi)排泄，導(dǎo)致地下潛水位降低，在巖溶裂隙、溶洞發(fā)育地段，形成較為集中的排水通道，并使地下水與地面徑流聯(lián)通，形成地下潛流。隨著時(shí)間的推移和隧道的不斷排水，地下潛流在流經(jīng)的土石分界處將土體逐漸沖蝕帶走而形成土洞。在集中降雨期間，地面徑流和地下潛流突然增強(qiáng)，對土體的沖蝕作用明顯加劇，土洞迅速擴(kuò)大。加之降雨對土體的軟化作用，從而導(dǎo)致地面塌陷在較強(qiáng)降雨期間成群發(fā)生。因此，可以推斷，隧道施工開挖改變了地下水的流動(dòng)及其水動(dòng)力條件，汛期集中降雨加劇了地下水運(yùn)動(dòng)，故誘發(fā)了地面塌陷。

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【作者簡介】房俊超（1981.04-）男，陜西商洛人，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，就職于中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司。