同度物探综合物探法在隧道岩溶探测中的应用

弄莫隧道地质条件与地球物理方法选用

弄莫隧道位于都安县红河村上楼屯附近，隧道走向约为245°。隧道区属岩溶峰丛地貌，山峰陡峻较大，地形起伏较大，山体连绵起伏。拟建隧道穿越多座山体，谷地和山地高程约207~492m，相对高差约为285m，隧道洞身埋深较大，埋深约316m。隧址范围内无大的地表水体，水流量受大气降雨影响较大。

隧址区地层斜坡多被第四系全新统残坡积层红黏土覆盖，山体上部基层裸露，为二叠系下统茅口阶灰岩、二叠系下统栖霞阶灰岩及石炭系中统灰岩。弄莫隧道分布于都安-马山背斜一带，轴向北西325～335°，延伸大约35公里，背斜核部为中石炭统，翼部有上石炭统、下二叠统组成，背斜南西翼倒转，倒转倾角85°，局部直立，其余产状正常，一般倾角约45°。

本次预报范围（桩号YK363+585～YK363+685）岩性为微风化灰岩，裂隙稍发育，岩体总体较完整，局部较破碎，岩质坚硬。围岩稳定性较好，跨度5-10m可稳定数月，可发生局部块体位移及小～中塌方，地下水动态随季节变化大，雨季洞内以滴水状出水为主。

（1）TST

TST采集系统主要由高精度地震主机、三分量检波器及连接线缆，炸药震源等几部分组成。TST地震波法观测系统沿隧洞两侧围岩布置，如图3所示，S为检波器孔位，P为震源孔位，L为***排检波器到掌子面的距离，W为横向偏移距，L0=4m为道间距，L2=16m为炮间距，D1=1.8m为孔深。

图3 TST现场布置图

TST观测坐标需要较准确的位置测量，位置坐标进入资料处理过程，关系到速度和位置的计算精度。由于实际打孔存在一些偏差，本次观测中各检波点和激发点的实测桩号坐标如图4所示。

图4 弄莫隧道右洞进口TST桩坐标数据

地质雷达

测线布置如图5所示。

图5 掌子面雷达测线示意图

综合预报结果比对

TST的处理结果是地质偏移图像和速度分布图像，如图6，还需要结合地质资料进行地质解释，如表1。地质偏移图像横坐标是隧洞的里程，误差不超过10%，纵坐标是隧洞横向宽度，以隧洞中心线为零点。速度曲线横坐标是隧洞里程，纵坐标为速度值。地质偏移图像中的红蓝条带代表围岩中的岩石反射界面，红色代表岩体由软变硬的反射界面，蓝色代表岩石由硬变软的界面。速度扫描得到的围岩波速，是岩体埋深状态下的速度Vpr，它反应未开挖时岩体力学性状。波速高表示岩体完整致密、弹性模量高；波速低表示岩体松散破碎，弹性模量低。如果有岩溶存在，波速应该降低。岩溶的预报应考虑上述资料，综合分析：在偏移图像中有蓝色反射界面，且波速图中有低速带。图6中，波速图像与地质构造图像有很好的对应性。构造偏移图像中反射条纹密集的地段，结构复杂、存在岩溶发育，在波速图像中对应位置为低波速带；构造条纹少的地段，围岩均匀致密，波速图像中对应高波速带。

雷达预报结果，如图6所示，预报里YK363+573~YK363+633，在左边墙YK363+595~YK363+605、YK363+610~YK363+625，右边墙YK363+610~YK363+620，存在多组负反射界面，推断为充填型溶洞或溶蚀裂隙发育带。

图6 TST地质超前预报与雷达结果对比图

（从上往下依次是：TST偏移图像、围岩波速曲线、雷达图像）

表1 弄莫隧道TST预报结果

开挖验证

开挖验证结果表明：实际洞身围岩与TST预报结果基本一致，与原设计勘察结果存在出入，如图7所示。TST预报结果显示掌子面前方66m范围内存在多组红蓝相间条纹，反射层发育，推断为充填型溶洞或溶蚀裂隙发育带。67 ~ 82m范围内，反射层较少，表明岩体结构完整坚硬。其中10-40米区域的三个溶洞群与雷达预报成果一致。开挖验证了预报的准确性。

图7 开挖验证