巖溶勘探，一般條件下是采用物探方法沿線路進行帶狀探查，確定異常發(fā)育區(qū)后進行鉆探驗證來評價巖溶的發(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行巖溶勘探，采用什么方法、應注意一些什么問題、諸如地形等干擾因素對觀測結果的影響、勘探深度能否達到深埋隧道的要求、深埋隧道的巖溶異常特征和勘察效果以及對異常特征的認識和分析等問題，都是以往巖溶勘探中沒有遇到的，而國內外少有在復雜地形條件下地面巖溶勘察的成功先例，因此鐵路建設對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措施。

表3-4隧道與構造的關系

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類電法和電磁波法。對于隧道勘探，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用可控源音頻大地電磁法進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行深埋巖溶的勘察，通過文獻檢索，國內外都沒有巖溶隧道工程勘察的報道，對于宜萬鐵路這樣復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)傳導類電法

傳導類電法是以各種直流電法為主，在我國獲得比較廣泛應用的有電阻率法、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。在地形條件較好時一般應用直流電測深法，當?shù)匦斡幸欢ㄆ鸱鼤r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

直流電測深法的裝置形式如圖3-18所示，其特點是保持測量電極MN的位置固定，在不斷增大供電電極距的同時，逐次進行觀測。在實際工作中，由于AB極距不斷加大，若 MN的距離始終保持不變，則ΔU_MN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?shù)丶哟驧N距離，以保證順利進行觀測。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，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)，流經地下介質到達B極，此時測量電極MN所測得的視電阻率ρ_S與地下介質的電阻率相等。若地下圍巖中賦存良導體時，電測深的電場分布如圖3-19 (b)所示。由于良導體吸引電流使地下的電場分布產生明顯的畸變，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)圍巖中賦存良導體;(c)圍巖中賦存高阻巖體

3)直流電測深法的應用條件和效果

直流電測深是應用最廣泛的巖溶探查方法，宜萬鐵路現(xiàn)場試驗證明，在復雜地形條件下，直流電場發(fā)生嚴重畸變并沒有辦法改正，不能區(qū)分出有用地質信息;同時供電極距在對數(shù)坐標上等間隔布置，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平緩的山間谷地中對淺埋巖溶進行勘探。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

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基本原理的基礎上，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的多個(60～120)電極，使其自動組成多個垂向測深點或多個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，對電極進行相應的排列組合，按照測深點位置的排列順序或探測剖面的深度順序，逐點或逐層探測，實現(xiàn)供電和測量電極的自動布點、自動跑極、自動供電、自動觀測、自動記錄、自動計算、自動存儲。通過數(shù)據(jù)傳輸軟件把探測系統(tǒng)中存儲的探測數(shù)據(jù)調入計算機中，經軟件對數(shù)據(jù)處理后，可自動生成各測深點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、多路電極轉換器、電極系三部分組成。多路電極轉換器通過電纜控制電極系各電極的供電與測量狀態(tài);主機通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉換器發(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高密度電法結構示意圖

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

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

②能有效地進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于地電斷面結構特征的地質信息。

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

④可以對資料進行預處理并顯示剖面曲線形態(tài)，脫機處理后還可以自動繪制和打印各種成果圖件。