岩溶勘探，一般条件下是采用物探方法沿线路进行带状探查，确定异常发育区后进行钻探验证来评价岩溶的发育程度和规模。但在宜万沿线地形切割剧烈、自然坡度较大、隧道埋深大的条件下进行岩溶勘探，采用什么方法、应注意一些什么问题、诸如地形等干扰因素对观测结果的影响、勘探深度能否达到深埋隧道的要求、深埋隧道的岩溶异常特征和勘察效果以及对异常特征的认识和分析等问题，都是以往岩溶勘探中没有遇到的，而国内外少有在复杂地形条件下地面岩溶勘察的成功先例，因此铁路建设对隧道工程中的岩溶问题，一般都是在施工中揭示后再采取相应措施。

表3-4隧道与构造的关系

隧道名称褶皱部位洞身与断裂的关系
白云山隧道隧道位于黄陵背斜的南东翼，为一单斜构造隧道穿越天阳坪断裂
八字岭隧道隧道穿越大陆坡向斜、尖山岭背斜、穿心坪向斜隧道主要穿越夏庄断裂(F1)、大石包断裂(F2)、八字岭断裂(F3)、木龙垭断裂(F4)、尖山坡断裂(F5)、金龙坪断裂(F6)和F7断裂
野三关隧道隧道主要穿越二溪河向斜和石马坝背斜隧道主要穿越孙家坪断裂(F18)、叶朝湾断裂(F17)、水洞坪断裂(F16)、大坪断裂(F12)等，其中F18断裂对隧道影响最大
大支坪隧道隧道穿越养长河背斜和唐坪向斜隧道相交于支井河断裂(F2)、小风垭断裂(F3)、向家坪断裂(F4、F5、F7)、团包断裂(F8)和F9断层
鲁竹坝2号隧道主要位于龙凤坝背斜的西北翼的单斜地层中隧道斜交建始-恩施断裂带
云雾山隧道隧道斜穿白果坝背斜隧道穿越白果坝断裂
马鹿箐隧道隧道位于金子山复向斜中四方洞向斜南东翼的单斜地层中隧道区内未见大的断裂构造
金子山隧道隧道位于金子山复向斜的主向斜内隧道穿越F1、F2断层
齐岳山隧道隧道穿越齐岳山背斜隧道穿越大小断裂共15条，其中得胜场逆断层(F11)对隧道施工影响最大
别岩槽隧道隧道穿越方斗山背斜隧道主要穿越茨竹垭断裂(F1)

由于岩溶与其围岩的物性差异主要是电阻率差异，因此探查岩溶的主要物探方法局限于传导类电法和电磁波法。对于隧道勘探，由于地形条件差，一般采用高密度电法，但它的勘探深度浅、分辨率低。电磁波法最早用于隧道工程勘察是铁一院在秦岭隧道应用可控源音频大地电磁法进行断层和岩性界线的探查;渝怀线圆梁山隧道尝试过采用可控源音频大地电磁法进行深埋岩溶的勘察，通过文献检索，国内外都没有岩溶隧道工程勘察的报道，对于宜万铁路这样复杂地形条件下的深埋岩溶隧道工程，更是没有先例。

一、物探方法类型及方法选择

(一)传导类电法

传导类电法是以各种直流电法为主，在我国获得比较广泛应用的有电阻率法、充电法和自然电场法以及激发极化法等。在电阻率法中又可分为电阻率剖面法、电测深法和高密度电法等。在地形条件较好时一般应用直流电测深法，当地形有一定起伏时采用高密度电法。

表3-5主要暗河一览表

续表3-5

(1)直流电测深法

图3-18直流电测深法的装置形式示意图

1)直流电测深法的装置形式和特点

直流电测深法的装置形式如图3-18所示，其特点是保持测量电极MN的位置固定，在不断增大供电电极距的同时，逐次进行观测。在实际工作中，由于AB极距不断加大，若 MN的距离始终保持不变，则ΔUMN将逐渐减小，以至于无法观测。因此，随着供电极距AB的加大，需要适当地加大MN距离，以保证顺利进行观测。通常要求满足以下条件：

≤MN≤

随着供电电极距加大，所观测的视电阻率测深曲线反映了地下不同电性的岩层随深度的分布情况。

2)直流电测深法装置下的电场分布特征

若地下为均匀介质，则四极电测深的电场分布如图3-19(a)所示。从图可以看出，电流自A极出发，流经地下介质到达B极，此时测量电极MN所测得的视电阻率ρS与地下介质的电阻率相等。若地下围岩中赋存良导体时，电测深的电场分布如图3-19 (b)所示。由于良导体吸引电流使地下的电场分布产生明显的畸变，测量电极MN附近的电流密度明显小于均匀介质情况下的电流密度，所测得的视电阻率明显低于围岩电阻率，呈现低阻特征。若地下围岩中赋存高阻岩体，电测深的电场分布如图3-19 (c)所示。由于高阻岩体排挤电流，使得测量电极MN附近的电流密度比均匀岩石条件下大，因而所测得的视电阻率明显高于围岩电阻率，呈现高阻特征。

图3-19直流电测深法装置下的电场分布示意图

(a)均匀岩石;(b)围岩中赋存良导体;(c)围岩中赋存高阻岩体

3)直流电测深法的应用条件和效果

直流电测深是应用最广泛的岩溶探查方法，宜万铁路现场试验证明，在复杂地形条件下，直流电场发生严重畸变并没有办法改正，不能区分出有用地质信息;同时供电极距在对数坐标上等间隔布置，它依靠供电极距的延长来增加勘探深度，极距越长分辨率越低;因此它只适用于相对平缓的山间谷地中对浅埋岩溶进行勘探。图3-20是云雾山隧道茅坝槽谷地的直流电测深等视电阻率图，较好地反映了覆盖层的变化和灰岩的起伏形态，但在宜万铁路能够应用并取得效果的地方并不多，即使如此，有效勘探深度不超过200m，不能提供隧道围岩的岩溶发育特征。

图3-20云雾山隧道CK281+450横断面电测深等视电阻率图

(单位：Ω·m)

(2)高密度电法

1)高密度电法的特点

高密度电法是高密度电阻率探测法的简称，高密度电阻率探测方法是近几年来开发研制出的一种新型的直流电法探测系统，是基于垂向直流电测深与电测剖面法两个基本原理的基础上，通过高密度电法测量系统中的软件，控制着在同一条多芯电缆上布置连结的多个(60～120)电极，使其自动组成多个垂向测深点或多个不同深度的探测剖面，根据控制系统中选择的探测装置类型，对电极进行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序，逐点或逐层探测，实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中，经软件对数据处理后，可自动生成各测深点曲线及各剖面层或整体剖面的图像。

高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系三部分组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极的供电与测量状态;主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令、向电极供电并接收、存贮测量数据，其工作框图如图3-21所示。

图3-21高密度电法结构示意图

高密度电阻率勘探技术的运用与发展，使电法勘探的智能化程序大大向前迈进了一步。由于高密度电阻率法所具备的上述优势，因此相对于常规电阻率法而言，它具有以下特点：

①电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础！

②能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。

③野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出现的错误。

④可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。