本发明涉及工程地质勘察，尤其涉及基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法。
背景技术：
1、灰岩地区地质地貌条件复杂，而且易受地质构造、地下水等因素影响，在灰岩区域进行铁路工程建设的潜在风险大。灰岩地区铁路建设风险的发生发展具有特殊性，尤其当以隧道工程穿过且存在灰岩夹层时，受制于测绘与钻探手段的局限性，凭钻探难以判断灰岩夹层的空间位置和岩溶发育程度，因此对于工程地质选线而言，因无法准确查明地质条件，难以提前绕避或制定针对性的防护措施，工程风险大。目前，针对隧道工程的灰岩夹层及其岩溶发育情况的探查，一般采用钻探结合二维物探剖面成果进行综合分析，难以准确查明灰岩夹层的空间分布规律，探查岩溶发育程度的准确性较差，分析判别有误易造成设计措施针对性不强，易引发工程事故，影响工程建设。因此，研究出一种具有三维属性、可准确反映灰岩夹层规律、揭示岩溶发育程度的综合勘察方法成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提出了基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，在隧道工程灰岩夹层的勘察工作，解决了常规钻探结合二维物探剖面分析岩溶空间分布和发育程度精度差的缺点，为隧道工程地质选线和现场施工提供了精准依据。
2、本发明的技术方案是这样实现的：
3、本发明提供了基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，包括如下步骤：
4、s1：收集隧址区的区域地质资料，对区域地质资料进行分析和初步判断，得到岩溶发育区域；
5、s2：在隧址区选择典型地段进行高密度电阻率测试，建立不同岩土体的电阻率值数据库；
6、s3：根据隧址区的隧道走向设计测线布置方案，基于测线布置方案测试隧址区的二维剖面电阻率，得到二维剖面电阻率数据；
7、s4：根据不同岩土体的电阻率值数据库对二维剖面电阻率数据进行预处理，并构建三维地质模型，根据三维地质模型和岩溶发育区域提取三维异常体和可溶岩三维地质体；
8、s5：对三维异常体和可溶岩三维地质体进行钻探验证，根据验证结果修正岩溶发育区域，并更新三维地质模型；
9、s6：结合更新后的三维地质模型指导工程地质选线。
10、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s1包括：
11、s11：收集隧址区的区域地质资料，包括区域地质图、地质报告、钻孔资料以及辅助资料；
12、s12：根据区域地质资料，制定调查计划，基于调查计划进行现场地质调查，包括实地踏勘、地形地貌调查、建立影像资料库；
13、s13：整理和标准化钻孔数据，并绘制钻孔柱状图，基于钻孔柱状图分析灰岩层特征及分布，初步判断岩溶发育程度；
14、s14：根据区域地质图和钻孔数据建立gis项目，在gis图层中勾画灰岩层的分布范围，并利用插值方法估算灰岩层厚度分布；
15、s15：根据地形特征、钻孔资料和现场地质调查结果，标注潜在的岩溶发育区域，并使用不同的符号或颜色表示岩溶发育程度的差异；
16、s16：根据步骤s14和步骤s15，生成灰岩分布范围图，并制作岩溶发育区域分布图。
17、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s2包括：
18、s21：基于区域地质资料，选择隧址区内的典型地段；
19、s22：在典型地段内进行岩土体采样，其中，采样点覆盖隧址区内的所有岩土体类型；
20、s23：对采集的样本进行高密度电阻率测试，计算各类岩土体的电阻率值，并绘制箱线图显示电阻率分布特征；
21、s24：获取不同岩土体的电阻率范围参考标准，根据测试结果和参考标准，确定各类岩土体的电阻率范围，以建立不同岩土体的电阻率值数据库。
22、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s3包括：
23、s31：设计测线布置方案，物探测线平行于隧道轴线方向，物探测线之间的间距为d，按照间距d布置n条物探测线，其中，测线布置方案覆盖岩溶发育区域；
24、s32：使用gps或全站仪定位物探测线的位置，按间距d在设计的物探测线位置布置电极，并记录每个电极的坐标；
25、s33：采用高密度电阻率仪进行多轮电阻率测试，取多轮测试结果的平均值作为电阻率数据；
26、s34：基于电极的坐标形成隧址区的剖面数据，结合电阻率数据和剖面数据生成二维剖面电阻率数据。
27、在上述技术方案的基础上，优选的，间距d为10-20m。
28、在上述技术方案的基础上，优选的，在电阻率测试过程中，若当前轮次的电阻率值出现异常，则定位出现异常的地段，加设物探测线，将该地段的物探测线之间的间距d设为3-5m。
29、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s4包括：
30、s41：导入测线地形数据，根据地形校正算法对二维剖面电阻率数据进行校正，并利用滤波算法去除噪声，得到初步处理后的二维剖面电阻率数据；
31、s42：采用反演算法对初步处理后的二维剖面电阻率数据进行反演计算，输出反演后的二维剖面电阻率数据；
32、s43：将反演后的二维剖面电阻率数据与不同岩土体的电阻率值数据库进行对比，使用统计方法量化差异，标记差异显著的区域；
33、s44：对差异显著的区域进行校正，并返回步骤s42，直至反演结果与电阻率值数据库达成一致，输出处理后的二维剖面电阻率数据；
34、s45：将处理后的二维剖面电阻率数据输入matlab，创建结构体数组，每个结构体对应一个二维剖面；
35、s46：根据结构体的范围，确定x、y、z方向的网格范围，并设置网格分辨率，将所有处理后的二维剖面电阻率数据合并到一个三维点集中，三维点集中的每个点包括其x、y、z坐标以及对应的电阻率值，利用插值算法对三维点集进行线性插值，得到三维体素数据；
36、s47：设置异常体的电阻率阈值，根据异常体的电阻率阈值在三维体素数据中提取等值面，将等值面包围的区域作为初步异常体，其中，等值面为电阻率值相同的点的集合；对初步异常体进行连通性分析，将相连的区域归为一个异常体，得到三维异常体；
37、s48：设置灰岩体的电阻率范围，根据等值面方法初步提取灰岩体，使用三维形态学方法优化提取结果，并对优化提取结果进行连续性分析，识别灰岩夹层，即可溶岩三维地质体。
38、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s47中，连通性分析的过程为：
39、s471：将三维体素数据转换为二值数据，将初步的异常体上的数据点赋值为1，三维体素数据中的其他数据点赋值为0；
40、s472：创建一个与三维体素数据相同大小的标记矩阵，初始值全为0；设置空的列表list，用于存储待处理的体素；
41、s473：对于每个未被标记的初步异常体内的体素，赋予其新的唯一标签，并将该体素加入list；
42、s474：当list非空时，从list中取出一个体素，检查其相邻体素，对于每个位于初步异常体内且未被标记的相邻体素，赋予其相同的标签，并将其加入list；
43、s475：重复步骤s474，直至list为空；
44、s476：重复步骤s473-s475，直至所有初步异常体内的体素均被标记，输出标记矩阵，其中每个体素的值为其所初步异常体的标签；
45、s477：将具有相同标签的体素归为一个三维异常体，完成连通性分析。
46、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s5包括：
47、s51：分析三维异常体和可溶岩三维地质体的空间分布，选择代表性位置，包括电阻率异常明显的区域、可溶岩分布区域和模型边界区域；
48、s52：采用回转钻进法在代表性位置进行岩芯钻探，记录岩芯特征，并分析岩芯中可溶岩的分布特征和岩溶发育程度；
49、s53：根据岩芯钻探结果，调整岩溶发育区域的边界，更新可溶岩三维地质体的空间分布，并标注岩溶发育程度，以更新三维地质模型，其中，岩溶发育程度分为强发育、中等发育和弱发育。
50、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s6包括：
51、对于岩溶发育程度为中等发育及以上的岩溶发育区，在平面上进行绕避；
52、若隧道需穿过岩溶发育程度为中等发育及以上的岩溶发育区，则线路设置为大角度、短距离，以快速通过岩溶发育区；
53、根据可溶岩三维地质体的空间分布，优化线路纵断面，选择隧道从岩溶垂直渗流带通过；
54、对于灰岩夹层未见岩溶发育的区域，仍进行绕避。
55、本发明的方法相对于现有技术具有以下有益效果：
56、（1）解决了常规钻探结合二维物探剖面分析岩溶空间分布和发育程度精度差的缺点，实现了对隧道工程中灰岩夹层岩溶发育的三维探查，为隧道工程地质选线和工程设计施工提供了精准依据；
57、（2）实施过程中无需进行大量现场钻探即可确定灰岩夹层岩溶分布，缩短了勘察周期，减少了工程投资，经济适用，具有重要的社会经济意义及实用价值；
58、（3）所提出的综合勘察方法施工简单，易于操作，又科学合理地解决隧道工程灰岩夹层地段勘察难度高的问题，具备广泛应用于工程勘察的良好前景。
1.基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，步骤s1包括：
3.如权利要求1所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，步骤s2包括：
4.如权利要求1所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，步骤s3包括：
5.如权利要求4所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，间距d为10-20m。
6.如权利要求4所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，在电阻率测试过程中，若当前轮次的电阻率值出现异常，则定位出现异常的地段，加设物探测线，将该地段的物探测线之间的间距d设为3-5m。
7.如权利要求4所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，步骤s4包括：
8.如权利要求7所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，步骤s47中，连通性分析的过程为：
9.如权利要求7所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，步骤s5包括：
10.如权利要求9所述的基于三维电阻率的灰岩夹层地段隧道工程综合勘察方法，其特征在于，步骤s6包括：
