巖溶勘探，一般條件下是采用物探方法沿線路進(jìn)行帶狀探查，確定異常發(fā)育區(qū)后進(jìn)行鉆探驗(yàn)證來評(píng)價(jià)巖溶的發(fā)育程度和規(guī)模。但在宜萬沿線地形切割劇烈、自然坡度較大、隧道埋深大的條件下進(jìn)行巖溶勘探，采用什么方法、應(yīng)注意一些什么問題、諸如地形等干擾因素對(duì)觀測結(jié)果的影響、勘探深度能否達(dá)到深埋隧道的要求、深埋隧道的巖溶異常特征和勘察效果以及對(duì)異常特征的認(rèn)識(shí)和分析等問題，都是以往巖溶勘探中沒有遇到的，而國內(nèi)外少有在復(fù)雜地形條件下地面巖溶勘察的成功先例，因此鐵路建設(shè)對(duì)隧道工程中的巖溶問題，一般都是在施工中揭示后再采取相應(yīng)措施。

表3-4隧道與構(gòu)造的關(guān)系

隧道名稱褶皺部位洞身與斷裂的關(guān)系
白云山隧道隧道位于黃陵背斜的南東翼，為一單斜構(gòu)造隧道穿越天陽坪斷裂
八字嶺隧道隧道穿越大陸坡向斜、尖山嶺背斜、穿心坪向斜隧道主要穿越夏莊斷裂(F1)、大石包斷裂(F2)、八字嶺斷裂(F3)、木龍埡斷裂(F4)、尖山坡斷裂(F5)、金龍坪斷裂(F6)和F7斷裂
野三關(guān)隧道隧道主要穿越二溪河向斜和石馬壩背斜隧道主要穿越孫家坪斷裂(F18)、葉朝灣斷裂(F17)、水洞坪斷裂(F16)、大坪斷裂(F12)等，其中F18斷裂對(duì)隧道影響最大
大支坪隧道隧道穿越養(yǎng)長河背斜和唐坪向斜隧道相交于支井河斷裂(F2)、小風(fēng)埡斷裂(F3)、向家坪斷裂(F4、F5、F7)、團(tuán)包斷裂(F8)和F9斷層
魯竹壩2號(hào)隧道主要位于龍鳳壩背斜的西北翼的單斜地層中隧道斜交建始-恩施斷裂帶
云霧山隧道隧道斜穿白果壩背斜隧道穿越白果壩斷裂
馬鹿箐隧道隧道位于金子山復(fù)向斜中四方洞向斜南東翼的單斜地層中隧道區(qū)內(nèi)未見大的斷裂構(gòu)造
金子山隧道隧道位于金子山復(fù)向斜的主向斜內(nèi)隧道穿越F1、F2斷層
齊岳山隧道隧道穿越齊岳山背斜隧道穿越大小斷裂共15條，其中得勝場逆斷層(F11)對(duì)隧道施工影響最大
別巖槽隧道隧道穿越方斗山背斜隧道主要穿越茨竹埡斷裂(F1)

由于巖溶與其圍巖的物性差異主要是電阻率差異，因此探查巖溶的主要物探方法局限于傳導(dǎo)類電法和電磁波法。對(duì)于隧道勘探，由于地形條件差，一般采用高密度電法，但它的勘探深度淺、分辨率低。電磁波法最早用于隧道工程勘察是鐵一院在秦嶺隧道應(yīng)用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行斷層和巖性界線的探查;渝懷線圓梁山隧道嘗試過采用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行深埋巖溶的勘察，通過文獻(xiàn)檢索，國內(nèi)外都沒有巖溶隧道工程勘察的報(bào)道，對(duì)于宜萬鐵路這樣復(fù)雜地形條件下的深埋巖溶隧道工程，更是沒有先例。

一、物探方法類型及方法選擇

(一)傳導(dǎo)類電法

傳導(dǎo)類電法是以各種直流電法為主，在我國獲得比較廣泛應(yīng)用的有電阻率法、充電法和自然電場法以及激發(fā)極化法等。在電阻率法中又可分為電阻率剖面法、電測深法和高密度電法等。在地形條件較好時(shí)一般應(yīng)用直流電測深法，當(dāng)?shù)匦斡幸欢ㄆ鸱鼤r(shí)采用高密度電法。

表3-5主要暗河一覽表

續(xù)表3-5

(1)直流電測深法

圖3-18直流電測深法的裝置形式示意圖

1)直流電測深法的裝置形式和特點(diǎn)

直流電測深法的裝置形式如圖3-18所示，其特點(diǎn)是保持測量電極MN的位置固定，在不斷增大供電電極距的同時(shí)，逐次進(jìn)行觀測。在實(shí)際工作中，由于AB極距不斷加大，若 MN的距離始終保持不變，則ΔUMN將逐漸減小，以至于無法觀測。因此，隨著供電極距AB的加大，需要適當(dāng)?shù)丶哟驧N距離，以保證順利進(jìn)行觀測。通常要求滿足以下條件：

≤MN≤

隨著供電電極距加大，所觀測的視電阻率測深曲線反映了地下不同電性的巖層隨深度的分布情況。

2)直流電測深法裝置下的電場分布特征

若地下為均勻介質(zhì)，則四極電測深的電場分布如圖3-19(a)所示。從圖可以看出，電流自A極出發(fā)，流經(jīng)地下介質(zhì)到達(dá)B極，此時(shí)測量電極MN所測得的視電阻率ρS與地下介質(zhì)的電阻率相等。若地下圍巖中賦存良導(dǎo)體時(shí)，電測深的電場分布如圖3-19 (b)所示。由于良導(dǎo)體吸引電流使地下的電場分布產(chǎn)生明顯的畸變，測量電極MN附近的電流密度明顯小于均勻介質(zhì)情況下的電流密度，所測得的視電阻率明顯低于圍巖電阻率，呈現(xiàn)低阻特征。若地下圍巖中賦存高阻巖體，電測深的電場分布如圖3-19 (c)所示。由于高阻巖體排擠電流，使得測量電極MN附近的電流密度比均勻巖石條件下大，因而所測得的視電阻率明顯高于圍巖電阻率，呈現(xiàn)高阻特征。

圖3-19直流電測深法裝置下的電場分布示意圖

(a)均勻巖石;(b)圍巖中賦存良導(dǎo)體;(c)圍巖中賦存高阻巖體

3)直流電測深法的應(yīng)用條件和效果

直流電測深是應(yīng)用最廣泛的巖溶探查方法，宜萬鐵路現(xiàn)場試驗(yàn)證明，在復(fù)雜地形條件下，直流電場發(fā)生嚴(yán)重畸變并沒有辦法改正，不能區(qū)分出有用地質(zhì)信息;同時(shí)供電極距在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上等間隔布置，它依靠供電極距的延長來增加勘探深度，極距越長分辨率越低;因此它只適用于相對(duì)平緩的山間谷地中對(duì)淺埋巖溶進(jìn)行勘探。圖3-20是云霧山隧道茅壩槽谷地的直流電測深等視電阻率圖，較好地反映了覆蓋層的變化和灰?guī)r的起伏形態(tài)，但在宜萬鐵路能夠應(yīng)用并取得效果的地方并不多，即使如此，有效勘探深度不超過200m，不能提供隧道圍巖的巖溶發(fā)育特征。

圖3-20云霧山隧道CK281+450橫斷面電測深等視電阻率圖

(單位：Ω·m)

(2)高密度電法

1)高密度電法的特點(diǎn)

高密度電法是高密度電阻率探測法的簡稱，高密度電阻率探測方法是近幾年來開發(fā)研制出的一種新型的直流電法探測系統(tǒng)，是基于垂向直流電測深與電測剖面法兩個(gè)基本原理的基礎(chǔ)上，通過高密度電法測量系統(tǒng)中的軟件，控制著在同一條多芯電纜上布置連結(jié)的多個(gè)(60～120)電極，使其自動(dòng)組成多個(gè)垂向測深點(diǎn)或多個(gè)不同深度的探測剖面，根據(jù)控制系統(tǒng)中選擇的探測裝置類型，對(duì)電極進(jìn)行相應(yīng)的排列組合，按照測深點(diǎn)位置的排列順序或探測剖面的深度順序，逐點(diǎn)或逐層探測，實(shí)現(xiàn)供電和測量電極的自動(dòng)布點(diǎn)、自動(dòng)跑極、自動(dòng)供電、自動(dòng)觀測、自動(dòng)記錄、自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)存儲(chǔ)。通過數(shù)據(jù)傳輸軟件把探測系統(tǒng)中存儲(chǔ)的探測數(shù)據(jù)調(diào)入計(jì)算機(jī)中，經(jīng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理后，可自動(dòng)生成各測深點(diǎn)曲線及各剖面層或整體剖面的圖像。

高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系三部分組成。多路電極轉(zhuǎn)換器通過電纜控制電極系各電極的供電與測量狀態(tài);主機(jī)通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令、向電極供電并接收、存貯測量數(shù)據(jù)，其工作框圖如圖3-21所示。

圖3-21高密度電法結(jié)構(gòu)示意圖

高密度電阻率勘探技術(shù)的運(yùn)用與發(fā)展，使電法勘探的智能化程序大大向前邁進(jìn)了一步。由于高密度電阻率法所具備的上述優(yōu)勢，因此相對(duì)于常規(guī)電阻率法而言，它具有以下特點(diǎn)：

①電極布設(shè)是一次完成的，這不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)測量奠定了基礎(chǔ)！

②能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測量，因而可以獲得較豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。

③野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，不僅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

④可以對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線形態(tài)，脫機(jī)處理后還可以自動(dòng)繪制和打印各種成果圖件。