地震法在某公路隧道勘察中的應(yīng)用

■陳開華 馬偉

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì) 江蘇 連云港222023）

地震法在某公路隧道勘察中的應(yīng)用

■陳開華 馬偉

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì) 江蘇 連云港222023）

伴隨我國社會(huì)的不斷發(fā)展，我國高速公路建設(shè)數(shù)量逐漸增多，從東部走入西部，從平原走進(jìn)山區(qū)，公路隧道將越來越多地被修建。要確保工程建設(shè)的整體質(zhì)量，對(duì)公路隧道勘查工作的實(shí)施極為重要。要確保公路隧道勘察的整體質(zhì)量，相關(guān)工作人員必須選擇正確的勘察方法。實(shí)踐表明，在公路隧道勘察中應(yīng)用地震法進(jìn)行勘察能夠取得良好的勘察效果。本文主要研究淺層地震P波折射法在某公路勘察中的應(yīng)用效果。實(shí)踐表明，在公路勘察中所使用的眾多勘察方法中，淺層地震P波折射法是最常用的一種方法。公路隧道勘察中，需要與公路路線工程項(xiàng)結(jié)合展開勘察工作，并通過淺層地震P波折射法查明基巖埋深情況、將基巖波速中的運(yùn)用情況確定下來，這在保證查明低速帶與劃分隧道圍巖類別方面有著積極的意義?？梢姂?yīng)用淺層地震P波折射法對(duì)公路隧道進(jìn)行勘察的重要性之所在。

公路隧道淺層地震P波折射法地震法公路建設(shè)勘察應(yīng)用

隨著近年來我國公路建設(shè)數(shù)量的逐漸增加，公路隧道勘探技術(shù)也隨之發(fā)展起來。如今，在公路隧道勘探中最常用的集中勘探方法為：地震法、磁法、電法以及地質(zhì)雷達(dá)等技術(shù)方法，這些技術(shù)方法在公路隧道勘探中取得了一定的成效。其中，地震法的應(yīng)用頻率最高，其原因在于，該勘探方法能有效分辯出隧道的不同物性的圍巖及各種軟弱結(jié)構(gòu)面，并且集折射波法、反射波法、以及面波法等技術(shù)特點(diǎn)于一身。折射波法具有便捷簡(jiǎn)單、高效、初至波較易被識(shí)別、資料解釋容易等方面的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)的存在，決定了地震法在眾多對(duì)到勘探方法中地位，地震法的應(yīng)用，在近地表地質(zhì)研究中起著重要的作用，其地位不可取代。

1 淺層地震折射波法的內(nèi)涵與工作原理探究

1.1 淺層地震折射波法的內(nèi)涵

淺層地震折射波法主要指，通過地震波折射原理的利用，對(duì)淺層擁有過波速差異的地層或者構(gòu)造等展開相應(yīng)探測(cè)工作的一種地震勘探方法[1]。實(shí)踐表明，在淺層地震勘探中，淺層地震折射波法是其中一種重要的工程勘察方法，該方法被廣泛地應(yīng)用工程勘察的多個(gè)領(lǐng)域，可用于對(duì)覆蓋層(或低速層)的厚度、基巖面起伏、巖體風(fēng)化情況、斷層和古河道的分布等進(jìn)行探測(cè)，解決相關(guān)的工程地質(zhì)問題。

1.2 淺層地震折射波法的工作原理

淺層折射波法地震勘探在使用的過程中，主要利用人工激發(fā)的地震波在地下介質(zhì)中的傳播，在穿過擁有不同介質(zhì)的分界面過程中，波原來的傳播方向?qū)?huì)發(fā)生改變，并且出現(xiàn)折射的現(xiàn)象。如果下層介質(zhì)的波速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上層介質(zhì)的波速的時(shí)候，并且波的入射角與臨界角相同，那么此時(shí)折射波將會(huì)沿著分界面以下層介質(zhì)中的速度進(jìn)行“滑行”。該種沿著界面?zhèn)鞑サ摹盎小辈▽?huì)導(dǎo)致界面的上層質(zhì)點(diǎn)出現(xiàn)振動(dòng)的情況，同時(shí)以折射波的形式將波傳至到地面上。而工作人員通過地震儀測(cè)量折射波索道地面的觀測(cè)整體時(shí)間與震波距離，便能夠較容易的得出折射界面的整體埋藏深度。在相關(guān)工作人員采集地震波的過程中，需要將地震波的實(shí)踐記錄下來，并且對(duì)相位與振幅等信息展開詳細(xì)的分析與解釋，最終將介質(zhì)的界面速度與埋深數(shù)據(jù)計(jì)算出來。

2 野外工作各個(gè)工作環(huán)節(jié)的分析

在野外工作中，各個(gè)工作環(huán)節(jié)工作的實(shí)施極為重要。相關(guān)工作人員必須做到以下幾點(diǎn)：

2.1 測(cè)線布置

首選需要工作人員高度重視測(cè)量和測(cè)線的布置工作。在工程勘察任務(wù)中，需要通過測(cè)量組利用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)線，以此完成地震測(cè)線的布設(shè)工作，同時(shí)將設(shè)計(jì)所預(yù)定的測(cè)線布置在相應(yīng)的工作區(qū)域內(nèi)，并且在端點(diǎn)位置上將測(cè)線號(hào)與樁號(hào)埋設(shè)注明，同時(shí)還需要在測(cè)線的交點(diǎn)、地形起伏點(diǎn)以及轉(zhuǎn)折點(diǎn)做好相應(yīng)的標(biāo)識(shí)[2]，為野外工作的順利實(shí)施做好充分的前期準(zhǔn)備，在做好測(cè)量和測(cè)線布置工作的基礎(chǔ)之上，完成野外工作，在野外工作完成以后，還需要提交相應(yīng)的各個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的樁號(hào)與高程。

2.2 儀器準(zhǔn)備及校準(zhǔn)

還需要重視所使用的儀器設(shè)備情況。這要求工作人員一方面需要確認(rèn)儀器性能是否正常，另一方面需要工作人員對(duì)所使用的儀器設(shè)備，尤其用于接收地震波的設(shè)備，其性能需要與檢測(cè)器性能一致，工作人員必須確保所使用的儀器能夠處于良好的工作狀態(tài)之下。一旦檢波器有問題出現(xiàn)，那么一切數(shù)據(jù)將會(huì)失去意義，甚至?xí)蛔鲝U[3]。為此，工作人員在實(shí)施野外工作前，必須對(duì)檢波器的工作性能進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，確保每個(gè)部位與環(huán)節(jié)都能夠處于正常的工作狀態(tài)之下。

第一，工作人員需要檢查檢波器是否對(duì)地震波產(chǎn)生明顯的反應(yīng)情況，如果信號(hào)強(qiáng)度比較弱、沒有信號(hào)或者噪聲信號(hào)出現(xiàn)了異常大的情況，那么在日常工作中則不能夠繼續(xù)使用；

第二，工作人員還需要確保所使用的每一個(gè)檢波器的起跳能夠達(dá)到?jīng)]有延遲或者延遲達(dá)到所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。如果在該方面存在著與該條件不符合的現(xiàn)象，則需要工作人員將檢波器更換掉，之后重復(fù)上述工作步驟，直到所使用的每一個(gè)檢波器起跳時(shí)間與波形都能夠基本保持一致為止，只有這樣，才能夠確保后續(xù)工作的正常實(shí)施。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)采集

工作人員要做好野外數(shù)據(jù)采集工作。在開展淺層地震P波折射法勘察時(shí)，在確保原始數(shù)據(jù)真實(shí)可靠的情況下，依據(jù)相關(guān)的物資勘察技術(shù)規(guī)范，將質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)[4]。一般而言地震波的激發(fā)會(huì)選擇炸藥爆炸或重錘擊打的方法，至于激發(fā)能量往往需要通過一定的測(cè)試來確定，在本次中由于隧道埋深不大，故使用重錘擊打的方法。在我們埋置檢波器時(shí)，要注意盡量保持位置的準(zhǔn)確性以及與地面要有良好的接觸，并且要將檢波器安置牢固，埋置的條件最好保持一致性。當(dāng)有些地區(qū)遇到影響導(dǎo)致采集的地質(zhì)不良的情況，我們應(yīng)采取以下措施：

第一，在我們安置檢波器時(shí)，要避免測(cè)試區(qū)域表層軟質(zhì)土和地表植被發(fā)育比較茂盛的地區(qū)，這樣的地表土耦合度對(duì)于檢波器來說，會(huì)影響檢波器的接受效果。在遇到這樣的地表土環(huán)境的情況下，我們需將雜草清除干凈，并將土踩實(shí)之后再進(jìn)行安裝檢波器。

第二，電纜是容易因?yàn)槭艹睂?dǎo)致漏電，在我們安裝過程中如遇到雨后施工或遇到稻田地的情況，我們可以將檢波器直接焊接在電纜上，并且要做密封處理或者專門在此地區(qū)做加工密封式檢波器電纜串。以確保安全并且不會(huì)影響地震信號(hào)的采集效果。

第三，對(duì)于那些局部地形存在較大起伏的地段，往往會(huì)給資料的處理解釋帶來一定程度的影響。那么通過野外測(cè)量定點(diǎn)期間[5]，對(duì)地形的突變起伏情況進(jìn)行嚴(yán)格、詳細(xì)的記錄，并且在處理與解釋資料的過程中不斷的校正修改，確保資料的完善性。

2.4 測(cè)試質(zhì)量檢查

需要安排工作人員對(duì)所記錄的資料進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，從而確保能夠及時(shí)的將地震記錄模糊不清、壞道超出要求等一些與實(shí)際規(guī)定不符合的記錄問題挖掘出來，并且安排其進(jìn)行重新測(cè)量工作。在此工作期間，還需要保證各記錄道的波形、振幅以及振動(dòng)延續(xù)度保持相似的狀態(tài)，同時(shí)也需要確保相位一致，這樣一來，公路隧道勘探工作便能夠得到良好的資料保障。另外，工作人員需要在連續(xù)排列的街頭布設(shè)重復(fù)道，確保折射波初至數(shù)據(jù)的可靠性，并不斷提升該可靠性。與此同時(shí)，工作人員還需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的兩個(gè)端點(diǎn)炮相遇互換的時(shí)間進(jìn)行仔細(xì)觀察，確保其互換的時(shí)間差小于5ms，并且能夠一直保持在該范圍內(nèi)為最佳狀態(tài)。

2.5 資料整理與解譯

最后工作人員需要做好數(shù)據(jù)處理工作。淺層地震P波折射法的數(shù)據(jù)在處理的過程中，需要通過軟件將波的初至?xí)r間讀取出來，之后將時(shí)距的曲線畫出來，最后將物探地質(zhì)解釋剖面圖繪制出來，而要完成以上工作，工作人員必須做好以下幾點(diǎn)工作：

第一，對(duì)于外業(yè)采集所采集的原始數(shù)據(jù)，需要對(duì)部分展開遠(yuǎn)距離的追逐激發(fā)記錄工作。通常地震波的傳播距離比較遠(yuǎn)，并且在溝谷的影響之下，折射初至波的能力處于比較小的狀態(tài)之下，但是在此期間，能夠采取讀取第一相位波峰或者波谷所獲得的折射波時(shí)間；

第二，在讀取波的初至?xí)r間過程中，工作人員可以通過原始記錄的方式進(jìn)行讀取，同時(shí)也能夠在監(jiān)視屏上將波的初至?xí)r間讀取出來。實(shí)踐表明，直接讀取初至?xí)r間存在著較大的而困難，那么在此時(shí)便需要對(duì)初至波的極致時(shí)間進(jìn)行讀取，并求取相位較正量展開初至校正工作；

第三，需要分析與對(duì)比不同追逐距離的原始記錄初至?xí)r間，一般而言，時(shí)距曲線擁有較好的變化趨勢(shì)，這表明追逐炮距離已經(jīng)超出“盲區(qū)”的范圍，這便要求工作人員在處理室內(nèi)資料的過程中，篩選出與之相適應(yīng)的原始記錄對(duì)其進(jìn)行計(jì)算解釋。追逐炮的記錄需要將兩次記錄波形相似并且時(shí)距曲線處于平行狀態(tài)為主要形式。

第四，當(dāng)工作人員繪制了時(shí)距曲線以后，需要依據(jù)時(shí)間的互換相等性，堅(jiān)持追逐時(shí)距曲線平行性原則、截距時(shí)間相等性的原則展開嚴(yán)格的檢查工作。如果時(shí)距曲線中的個(gè)別道出現(xiàn)突變的情況，則工作人員需要與相同地段的相遇或者追逐時(shí)距曲線情況進(jìn)行對(duì)照。又或者可以將班報(bào)中的相關(guān)說明作為基礎(chǔ)，將突變的原因查明，在必要的時(shí)候還需要工作人員展開相應(yīng)的修正工作，從而確保所得數(shù)據(jù)信息的精確率與準(zhǔn)確性。

3 地震法在某公路隧道勘察中的應(yīng)用淺議

需要工作人員采集相關(guān)數(shù)據(jù)。這要求工作人員通過觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。在公路隧道勘察的過程中，工作人員需要依據(jù)自身不同的工作任務(wù)，選擇不同的觀測(cè)系統(tǒng)，并通過該觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的采集。而本文所研究的公路隧道勘察，需要采用相遇追逐的觀測(cè)系統(tǒng)，換言之應(yīng)用相遇觀測(cè)系統(tǒng)與追逐觀測(cè)系統(tǒng)的組合。這需要在觀測(cè)剖面的兩端實(shí)施激發(fā)工作，在得到一組相遇時(shí)距曲線以后，需要將激發(fā)點(diǎn)對(duì)稱地各移動(dòng)一段距離，之后對(duì)其進(jìn)行分別激發(fā)，最后得到一組追逐的相遇時(shí)距曲線。而為了能夠更加深入的了解表層橫向速度變化情況，可以增設(shè)一個(gè)中間激發(fā)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)收集的全面性。

本次野外工作對(duì)該路段隧道工程的勘察工作采用了P波折射淺層地震法相遇追逐觀測(cè)系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)的工作參數(shù)為:

采樣間隔:0.25ms采樣點(diǎn)數(shù):1024點(diǎn)

記錄長度:256ms接收道數(shù):24道

道間距:5m激發(fā)方式:18磅錘擊

排列長度:115m追逐距離:40---70米

24道淺層地震勘探儀接收和記錄地震波。

激發(fā)點(diǎn)布設(shè):在排列兩端各布置激發(fā)點(diǎn)，為取得較為清晰可靠的折射波資料，采用分段追逐激發(fā)各方式，在地形起伏變化較大處加密激發(fā)點(diǎn)。

室內(nèi)數(shù)據(jù)處理

隧道淺層地震勘察資料采用t0差數(shù)時(shí)距曲線法解釋，以求取基巖的界面速度和埋藏深度。

該隧道工程淺層地震勘查外業(yè)采集的原始一記錄，大部分折射波初至都較清晰，能夠直接讀取時(shí)間數(shù)據(jù)，但局部地段的遠(yuǎn)偏移跟追逐激發(fā)的記錄，由于波傳播距離較遠(yuǎn)，并因溝谷的影響，折射波能量較小，干擾波能量相對(duì)較大，通過數(shù)字濾波和增益控制等方法處理后，壓制了干擾波，使記錄上折射初至波較為清晰。

通過對(duì)原始記錄中的波組對(duì)比和識(shí)別，讀取基巖頂面折射波的初至?xí)r間，經(jīng)過同一界面的時(shí)距曲線的相遇連接，繪制同一界面的時(shí)距曲線，計(jì)算出強(qiáng)風(fēng)化基巖底面的埋深和界面速度，從而有效地劃分了巖層的風(fēng)化程度和圍巖類別。同時(shí)判斷是否存在軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的滑動(dòng)面或潛在滑動(dòng)面。

4 總結(jié)

本文主要從三個(gè)大的方面著手，分析了地震法在某公路隧道勘查中應(yīng)用的整體情況。在整篇文章分析中明確，當(dāng)前公路隧道勘察中已經(jīng)廣泛的應(yīng)用地震法進(jìn)行勘察，并取得了一定的勘察成效。其原因在于，地震法在眾多的勘察方法中，存在著一定的優(yōu)點(diǎn)，如工作程序較為簡(jiǎn)單、所得到的數(shù)據(jù)信息擁有較高的精確性等等，這些優(yōu)點(diǎn)的存在，決定了地震法在公路隧道勘察中的整體地位。但需要注意的是，工作人員在應(yīng)用該方法進(jìn)行勘察的過程中，往往需要堅(jiān)持一定的原則，并且在做好野外前期準(zhǔn)備的工作基礎(chǔ)之上，實(shí)施后續(xù)工作，只有這樣，才能夠保證公路隧道勘察工作實(shí)施的有效性與科學(xué)性。

[1]鄒延延.淺層地震折射波法在某高速公路隧道勘察中的應(yīng)用 [J].西部探礦工程, 2006,18(8):175-177.

[2]周竹生,蔣晶晶,徐建明等.PS測(cè)井在公路隧道勘察中的應(yīng)用 [J].工程地球物理學(xué)報(bào), 2004,1(5):395-398.

[3]王壇華,陳劍平.綜合快速超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在高速公路隧道施工中的應(yīng)用 [J].北方交通,2008,(1):131-134.

[4]肖寬懷,劉浩,孫宇等.地震CT勘探在昆石公路隧道病害診斷中的應(yīng)用 [J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2003,18(3):472-476.

[5]孫宇,肖寬懷,趙永貴等.地震CT勘探原理及其在公路隧道病害診斷中的應(yīng)用 [J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2003,11(4):440-444.

P619[文獻(xiàn)碼]A

1000-405X（2016）-12-294-2

陳開華(1963～)，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)礦產(chǎn)與工程勘察工作中的地球物理勘探工作。