隧道勘察效果中淺層地震折射波法的應(yīng)用

程 旭 波

(山西省地勘局二一四地質(zhì)隊，山西 運城 044000)

隧道勘察效果中淺層地震折射波法的應(yīng)用

程 旭 波

(山西省地勘局二一四地質(zhì)隊，山西 運城 044000)

結(jié)合工程實例，介紹了利用淺層地震波法對隧道圍巖地質(zhì)條件進行勘測的技術(shù)，并對淺層地震折射波法的完善措施作了討論，促使地震折射波法在隧道勘測當(dāng)中發(fā)揮更好的作用，為勘測設(shè)計提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

隧道勘測，淺層折射，資料，準(zhǔn)確

在隧道勘察當(dāng)中，最好的方法就是淺層地震折射法，廣大的物探工作者都對淺層地震探測法十分的青睞，因為它有著極高的精度和極高的效率。它可以提供巖土動力學(xué)參數(shù)，也可以提供巖性變化圖；它可以提供地質(zhì)構(gòu)造剖面圖，也可以提供測區(qū)內(nèi)地質(zhì)層位的斷裂分布圖。而在工程地質(zhì)問題的解決上，淺層地震折射波法更是拿手。本文以淺層地震折射波法在牛嶺隧道勘察中的應(yīng)用為例，探究隧道勘察效果中淺層地震折射波法的舉措。

1 牛嶺隧道概況

牛嶺隧道位于福建省龍巖市長汀縣G319牛嶺隧道附近，進口端屬于龍巖市長汀縣大同鄉(xiāng)白頭布，進口樁號：NL01，大地坐標(biāo)(X=2 860 477.089 0，Y=425 416.202 0)；出口端屬于龍巖市長汀縣大同鄉(xiāng)白頭布，出口樁號：NL02，大地坐標(biāo)(X=2 860 201.083 0，Y=426 190.094 0)。隧道長度約821.82 m，屬于山嶺隧道。在西氣東輸三線天然氣管道東段工程福建龍巖牛嶺隧道施工之中，地質(zhì)情況復(fù)雜，為了有效保障隧道施工安全可靠性，利用高密度法、淺層地震波法等，加強對圍巖地質(zhì)條件的全面探測，并且給勘察設(shè)計提供相應(yīng)的依據(jù)[1]。在福建省龍巖市長汀縣G319牛嶺隧道勘察中，利用淺層地震波法進行勘察，為勘察設(shè)計提供了重要的依據(jù)。最后的結(jié)果表明，淺層地震折射波法在隧道勘察中起到了至關(guān)重要的作用。

2 淺層地震波法的應(yīng)用

關(guān)于牛嶺隧道勘察任務(wù)，主要是查明牛嶺隧道以及出口經(jīng)過區(qū)域的地質(zhì)情況，以完整基巖和風(fēng)化帶的劃分為基礎(chǔ)，最終查明潛在的斷裂帶。實踐中，因風(fēng)化帶為疏松物質(zhì)，上層風(fēng)化帶地震波速以及電阻率等通常都低于地震波速度、電阻率；如果基巖斷裂、裂隙，則構(gòu)造位置的巖石相對比較破碎，較之于完整的基巖而言，震波速度、電阻率等均低于完整基巖狀態(tài)下的地震波速度、電阻率?；诖?，采用地震勘探法可有效探測斷裂、裂隙地質(zhì)構(gòu)造，并且對風(fēng)化帶、基巖進行劃分[2]。利用地震波的折射原理，具有較強的橫向分辨能力，同時對淺層具有波速差異的地層或構(gòu)造進行探測，與高密度電法綜合探測，起到了較好的綜合作用。

以淺層地震折射波勘測方法具有工作效率高、地質(zhì)資料直觀的特點，淺層地震折射波法能夠快速的獲取豐富的地質(zhì)信息，在相關(guān)圖像的重新建立之后，清晰地反映出相關(guān)地質(zhì)的結(jié)構(gòu)類型，這一切都是淺層地震折射波法的功勞，為工程勘探帶來了極大的便利。淺層折射波法勘探，能夠快速的確定基巖起伏程度和基巖的深度。如果勘測區(qū)域的基巖較為完整，則適用于淺層地震折射波法對其進行勘探。

在福建省龍巖市長汀縣G319牛嶺隧道勘察工作當(dāng)中，用淺層地震折射波法進行勘探，取得了比較好的效果?；谄拭鎴D、電阻率斷面圖，并根據(jù)異常反應(yīng)特點推斷解釋破碎帶分布情況，這對日后的隧道設(shè)計起到了非常重要的促進作用[3]。在鐵路、高速公路的隧道勘測當(dāng)中，地震折射波法可以發(fā)揮很大的作用，它不僅在確定隧道洞身圍巖和覆蓋層的厚度方面起著比較好的作用，而且還在查找破碎帶的位置、構(gòu)造和規(guī)模等方面起著比較好的作用。淺層地震折射波測試采用美國生產(chǎn)的專有地震儀器，以及我們國內(nèi)生產(chǎn)的新型檢波器、炸藥震源。從應(yīng)用實踐來看，其共有24道采樣，而且每道間距大約在5 m，采用全頻段接收方式，間隔大約0.25 ms；同時，有1 024個采樣點，而且記錄的長度大約為256 ms，實現(xiàn)了零延時[4]。

3 在隧道勘察效果中淺層地震折射波法的舉措

通過對隧道勘察資料的對比分析可以看到，隧道測線地層包括的速度介質(zhì)有兩層，其中下層為基巖，由花崗巖和凝熔灰?guī)r構(gòu)成，上層的介質(zhì)主要是風(fēng)化層和土層，該層的波速較緩和。相對來說，下層的彈性波速比較快，變化也非常大，上下層分界面比較明顯。

3.1 有效整理折射資料

整理折射資料是折射波勘探工作中的一個非常重要的環(huán)節(jié)，它的主要內(nèi)容是密切結(jié)合地震折射波的動力學(xué)特點，確保初至?xí)r間的正確拾取。折射資料的整理講究其準(zhǔn)確性，在折射資料整理的過程中，要考慮到各方面的因素，因為風(fēng)速、折射面夾角等等都會對折射資料整理的結(jié)果產(chǎn)生影響。在隧道的勘探當(dāng)中，地震折射波法的成功最初就是依靠折射資料整理的準(zhǔn)確性、及時性，當(dāng)然也和折射資料的解釋有很大的關(guān)系，只有做好折射資料整理，才能進而精確的作出折射資料解釋分析，最終使淺層地震折射波法取得成功。

3.2 折射資料解釋方面的舉措

折射資料的解釋是在折射資料的整理之后的，與折射資料的整理密不可分、同樣重要。如何提高折射資料解釋精度，要用到長排列追逐相遇相聚差數(shù)法。根據(jù)野外記錄繪制相遇時距曲線，通過復(fù)合排列對界面重復(fù)觀測，并且利用追逐時距曲線的呼喚點、平行性等反復(fù)進行對比，這樣可以準(zhǔn)確識別、追蹤基巖界面。解釋時，應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合工程擬建地點的地質(zhì)情況，特別是在推斷斷層、速度突變段時，一定要仔細檢查和確保初至?xí)r的準(zhǔn)確度[5]。

4 對淺層地震折射波法的完善

地震折射波法在解決各種地質(zhì)問題中得到了廣泛的應(yīng)用，其效果也非常好，可以說沒有淺層地震折射波法，就沒有隧道探測的成功，但是在淺層地震波法的應(yīng)用當(dāng)中，也出現(xiàn)了一些無法解決的問題，這就說明淺層地震折射波法也存在一些不足之處，為了使地震折射波法更好的應(yīng)用到隧道勘測當(dāng)中，必須對地震折射波法進行完善。

4.1 采集原始數(shù)據(jù)要求初至清晰

要想改善地震折射波法，必須首先使采集到的原始數(shù)據(jù)初至清晰，在地震的記錄當(dāng)中，必須與隧道的連續(xù)相一致，不得超過1/5；當(dāng)遠炮炮檢距超過盲區(qū)時，盲區(qū)估計一定要根據(jù)近炮最遠道到達時間來確定。

4.2 注意坡度和折射界面傾角

當(dāng)?shù)匦纹露茸兇蟮臅r候，就是危險的前兆，這時，相關(guān)人員必須進行及時的地形改正，同樣的，當(dāng)折射界傾角變大的時候，這也預(yù)示著會有潛在的危險，相關(guān)人員也應(yīng)及時的進行穿透波校正，從而避免危險的發(fā)生。

4.3 掌握資料解釋時距曲線規(guī)律

資料解釋過程中，時距曲線表現(xiàn)出如下規(guī)律：即采用t0差數(shù)時，利用時距曲線法進行反演時，排列重復(fù)道的t0時間之差應(yīng)當(dāng)控制在5 ms范圍之內(nèi)；在相遇互換過程中，應(yīng)當(dāng)確保其不超過5 ms；而且同側(cè)近、遠炮時距曲線應(yīng)當(dāng)在盲區(qū)出現(xiàn)以后，保持平行。對于兩遠炮時距曲線張口而言，通常由大變小，相交后再由小變大[5]。

4.4 資料采集選用合適觀測系統(tǒng)

資料采集中選用合適的觀測系統(tǒng)對整個隧道勘測都是十分有利的，因為沒有合適的觀測系統(tǒng)，就會對觀測以及勘察結(jié)果造成影響，根據(jù)測線內(nèi)隧道工程地質(zhì)探測的了解，應(yīng)選用復(fù)合長排列追逐相遇時距觀測系統(tǒng)，選用復(fù)合長排列追逐相遇時距觀測系統(tǒng)，能夠更加容易的取得鐵路隧道探測的成功。

4.5 布置檢波器應(yīng)嚴格與實際里程相對應(yīng)

在檢波器布置過程中，應(yīng)當(dāng)確保其與實際里程對應(yīng)，究其原因主要是因為地形起伏相對較大，而且構(gòu)造相對比較復(fù)雜的地區(qū)應(yīng)當(dāng)注意測線傾角[6]。注意這里說的是嚴格對應(yīng)，檢波器的布置是以實際里程為準(zhǔn)的，如果數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，對檢波器的布置會有影響，也會影響隧道探測的成功率，必須得到重視。

5 結(jié)語

淺層地震折射波法是一種快速的勘探手段，淺層地震折射波法必須與地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)探索相融合，才能發(fā)揮出巨大的作用，在一些特殊的地質(zhì)勘察當(dāng)中，也可以適當(dāng)與高密度電法相結(jié)合，兩種方法的結(jié)合帶來的力量會更強大，在隧道的勘察過程中相互驗證，相互扶持，相互轉(zhuǎn)化，彼此取長補短，最終快速的完成隧道的勘察。相信隨著科技的不斷進步、淺層地震折射波法的不斷改善，隧道勘探工作將會進行的越來越順利，成功率將會越來越高。

[1] 曾 國,崔德海,劉 杰,等.地震折射波法和高密度電法在隧道勘察中的應(yīng)用[J].物探與化探,2009,33(5):608-612.

[2] 時彥芳.綜合物探方法在馬石店隧道勘察中的應(yīng)用[J].山東國土資源,2010,26(8):22-24.

[3] 時彥芳.綜合物探方法在福建省龍巖市長汀縣G319牛嶺隧道勘察中的應(yīng)用[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì),2011,33(2):121-124.

[4] 趙德亨,田 鋼,王幫兵，等.淺層地震折射波法綜述[J].世界地質(zhì),2005,24(2):188-193.

[5] 熊昌盛,顧漢明,陳毅敏,等.提高淺層地震折射波法在隧道勘察效果的舉措[J].工程地球物理學(xué)報,2004,1(5):452-456.

[6] 宋國陽,劉國爭.淺層地震折射波法技術(shù)應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2009,28(10):134-136.

Applicationoftunnelsurveyeffectinshallowseismicrefractionwavemethod

CHENGXu-bo

(ShanxiGeologySurveyBureauNo.214GeologyTeam,Yuncheng044000,China)

Combining with engineering examples, the paper introduces technology of surveying tunnel surrounding rock geology conditions with shallow seismic wave method, discusses its improving measures, so as to improve its role in tunnel survey, which has provided some guidance for survey and design.

tunnel survey, shallow refraction, data, accuracy

1009-6825(2014)33-0179-02

2014-09-14

程旭波(1987- )，男，助理工程師

U452

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