瞬变电磁仪在隧道断层赋水探测中的应用研究
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)属时间域电磁感应方法[1]。其工作方法是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用另一回线或探头接收由地下
瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)属时间域电磁感应方法[1]。其工作方法是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用另一回线或探头接收由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场(按指数规律衰减)。按不同的延迟时间测量二次感应电动势U(t)，就得到了二次场随时间衰减的特性曲线，用发射电流归一化后成为U(t)/I特性曲线。二次场的大小与地下地质体的电性有关：低阻地质体的感应二次场衰减速度较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。根据二次场衰减的特征，可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，从而可以解决如断层、溶洞等地质问题[2-5]。
1 工程概况
贵州省六(六盘水)威(威宁)线第LWTJ7土建标段玉舍隧道洞身中部里程桩号 TZK18+020(TYK18+038)处发育区域性平移断层 F，隧道两盘地层均为侏罗系中下统砂泥岩地层，断层破碎带宽约40 m、影响带宽约200 m(TZK18+100-TZK18+075，长 210.336 m，TYK18+150-TYK18+096，长199.012 m，中间有断链)；因受构造挤压，岩体极破碎至破碎、泥质胶结、透水性强。为初步探明F断层破碎带、影响带岩体赋水情况，决定对F断层隧道通过段进行地表瞬变电磁法物探。
玉舍隧道F断层隧道通过段纵穿两高山鞍部相接地带，属剥蚀中山地貌单元；隧道左右幅洞轴线通过段地形起伏较大，山间常流水溪沟发育，乔木、灌木茂密及荆棘丛生，物探测线布设困难；TYK18+170-TYK18+027段右侧 20～100 m范围内耕植地相连成片、地形平缓，残坡积土层厚、基岩局部裸露，该处物探场地规整、条件良好。
图1 地表瞬变电磁法物探段定位图
2 测线布置
结合现场地貌地形条件、隧道洞轴线走向及断层位置等情况，于玉舍隧道右幅TYK18+170-TYK18+027段右侧 20～100 m范围布置物探测线，测线编号为1-1′，由小桩号向大桩号方向探测长度约110 m；本次探测采用由澳大利亚制造的terraTEM进行地表物探，采用中心回线装置采集数据，点距10 m，发射天线为边长45 m×45 m 的自制单匝回线，接收回线面积约1 000 m2，发射周期为40 ms，发射电流10 A，叠加次数32；探测最大深度约150 m，见图2～图5。
图2 terraTEM瞬变电磁仪主机照
图3 terraTEM瞬变电磁仪接受器照
图4 terraTEM瞬变电磁仪回线布设照
图5 terraTEM瞬变电磁仪现场采集照
3 数据处理及分析
电磁法数据经微机配套软件除噪、处理及成图后，具体生成1-1′测线视电阻率反演色度图与1-1′视电阻率等值线图，见图6、图7。对于瞬变电磁法成果图7中TYK18+190-TYK18+250段0～150 m深度范围内低阻异常带，结合地表地形及地表水情况、地层结构、地下水发育情况、F 断层位置及性质等因素综合分析，推测1区为含水型断层破碎带、断层影响带，断层破碎带富水，且断层破碎带内围岩完整程度伴随深度加深变差、水体含量递增；结合玉舍隧道设计说明，区域性平移断层F隧道通过段两盘地层均为侏罗系中下统(J1+2)砂泥岩地层，断层破碎带宽约40 m、影响带宽约200 m(TZK18+100-TZK18+075，长210.336 m，TYK18+150-TYK18+096，长199.012 m，中间有断链)；2区断层破碎带构造挤压作用强烈，岩体极破碎至破碎、泥质胶结、透水性强，推测可能出现规模性涌水段主要为断层破碎带，建议加强支护措施。
图6 1-1′测线视电阻率反演色度图
图7 1-1′测线视电阻率等值线图
4 瞬变电磁仪探测结果应用
4.1与隧道开挖揭示地层对比
当隧道施工至TYK18+000段时进入断层影响范围，隧道开挖揭示隧道断层影响段的地质情况为：围岩为中风化层及强风化泥岩，局部夹砂岩，本段岩体风化强烈，节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂结构，薄至中厚层块状构造，有覆盖层孔隙水和基岩裂隙水，雨季呈淋雨状出水，隧道开挖无支护时受震动后易产生塌方冒顶，且由于下伏基岩为软质岩，抗风化能力弱。
隧道开挖揭示地层与瞬变电磁仪探测结果基本一致，显示出瞬变电磁仪探测在隧道断层赋水情况时的准确性。
4.2在隧道支护设计中的应用
TYK18+170-TYK18+027段原设计采用S-Vc支护。具体参数为：超前支护为直径42 mm、壁厚4 mm超前小导管，长4.0 m，间距40 cm×240 cm(环向×纵向)，每循环33根，初期支护采用I18型钢拱架(间距80 cm)，直径6.5 mm钢筋网(间距20 cm×20 cm)，24 cm厚C20喷射混凝土，直径25 mm中空注浆锚杆(长3.5 m，间距为80 cm×120 cm)，二次衬砌为45 cm厚C30素混凝土，隧道采用预留核心土法开挖。
文章来源：《物探与化探》 网址: http://www.wtyht.cn/qikandaodu/2021/0210/429.html