小结ATM法在隧道工程中的运用

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1atm法基本工作原理

ATM法工作原理为假定大地电磁场为一种平面波，沿铅锤方向涉入地下，通过观察地下天然电磁信号，获得地下介质体的信息，即电场信号和磁信号，然后将这些信息进行处理，最终得到关于地下深度地层的电阻率值。大地音频电磁测探法进行野外布极和数据采集时，其电极布置通常采用“+”形方式，不仅能较好的克服表层电流场不均匀影响，而且还可消除共模干扰，如遇特殊地形等情况，还可采取“T”或.“L”形的布极方式；电极各磁棒应严格与对应方向保持一致，最后用土将其埋实。

2资料与方法

雷电天气产生在向大地传播时，感应作用，地下具有不断传播同时还可反射回地面的特点，根据趋肤深度公式，当频率越低时电磁波传播的深度越深，由此通过观测地表电场（Ex、Ey）及磁场（Hx、Hy）信号获知地下相关信息，然后将这些相关信息换算得出地下电阻率，从而达到铁路隧道工程勘探中对地下介质体电性特征的研究目的，计算公式分别为：ρr=0.2T│Z2│，│Z│=│Ex/hy│=│Ey/Hx│。其中ρr代表介质视电阻率；T代表电磁波周期；Z代表波阻抗；Ex、Ey、Hx、Hy表示地面上相互正交地磁场分量的振幅。趋肤深度计算公式为：P=（1/2π）λ=（1/2π）√10ρr（KM）。

3应用实例

测区属中低山峡谷地貌，地面高程670~1100m，相对落差达400m多，山势险峻，沟壑纵横，自然坡度为20°~45°，冲沟多为缓“V”字型，坡面之辈发育良好；地表水主要是常年流水沟及季节性较强的沟水，水量受季节影响显著，地下暗河较多，主要有第四系土层孔隙潜水、岩溶水、基岩裂隙水等。测区隧道洞身距离地表高达700m以上，断裂结构很多，上覆第四系全新统坡残积粉质粘土，下伏基岩为三叠系下统铜街子组二段页泥岩、水页泥岩、砂岩、灰岩等，一段泥灰岩夹泥岩一二段页岩夹泥灰岩、灰岩，三段灰岩、泥灰岩夹泥页岩，飞仙关组四段页泥岩夹泥灰岩、灰岩；二叠系上统灰岩、硅质岩夹页岩、煤层，下统灰岩夹泥岩、煤层，志留系中上统页岩夹砂岩、燧石灰岩和断层角砾。在测区岩体电性参数统计中，粉质粘土、破碎带及岩溶发育体电阻率≤50Ω·m，断层破碎带、较破碎岩体及软弱、含水岩体电阻率为50~150Ω·m，完整岩体电阻率为150~3000Ω·m；由这些数据可看出，测区内地下截止电性差异明显，适宜开展ATM法进行勘探。数据分析处理。利用新一代大地电磁仪V8配套软件进行探测，所得ATM数据采用大地电磁处理和解释软件经后期反演处理解释后由时间域数据转换为频率域数据，然后再将数据曲线进行飞值处理，使曲线变得圆滑，利用极化模式识别，进行静位移校正和空间滤波，最后再利用一维和二维反演成像处理，在数据采集过程中，通常要采取多种措施以保证数据采集质量，受地表不均匀体存在的影响，采集数据无法避免出现一定的偏差，这种误差直接反映现象就是曲线图的畸变，这种效应成为“静态效应”，其特征为原始曲线整个频段内发生等距平移，有很多毛刺，致使大地电磁视电阻率曲线解释困难，必须消除“静态效应”不利影响。解释推断。测区为隧道通过地区断层最发育地段。在ATM二维反演断面图与成果图上很清楚的看到，在隧道洞身段整体电阻率较低，推断断层带及周围岩石岩性较为破碎，岩溶较为发育，主要岩性为页岩夹灰岩、煤层和灰岩夹泥岩；其中段形成一条明显的条状低阻带，电阻率均＜50Ω·m，推断出F2是一条规模较大的区域性大断裂，与地质推断出的某逆断层F1位置基本一致；同时受F1影响，段在隧道洞身附近形成一条低阻带，袋内电阻率值偏低，表明断层带岩体极破碎和软弱，岩溶极发育；段，隧道洞身部分电阻率值较高，等值线均匀分布，岩体相对完整。由此解释推断出，铁路工程隧道通过断层时，出现突发性水、泥灾害可能性较大，施工过程中应提前做好防护措施加以防范。在另一ATM二维反演电阻率断面和成果图上可以看出，隧道洞身段，其中的PDZ-TJS-04为钻孔位置，钻孔反映出的基岩岩性为泥灰岩、炭质灰岩、页岩和石灰岩，钻孔探测验证结果基本上与AMT成果保持一致。并根据该图显示，结合已知的测区地质资料推断出，段主要岩性属夹泥灰岩、页泥岩、炭质灰岩、页泥岩夹泥灰岩、灰岩，整段隧道电阻率值相对偏低，岩溶发育，岩性比较破碎；段形成一条电阻率值极低的条带状低阻带，电阻率均＜50Ω·m，推断此断层带为F3断层，周围岩石富水，岩溶较发育，工程性质较差，施工过程中应做好该隧道段的提前地质预报，及时防范施工中通过隧道断层时可能出现的突水、突泥灾害事件发生。

作者：甄大勇单位：中国中铁二院成都地勘岩土公司