淺層地震折射波法在某隧道中的應(yīng)用

曾樹新 廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團股份有限公司

一、基本概況

（一）地質(zhì)概況

廣東省中山市某公路擬建一條隧道，該隧道覆蓋層主要為粉質(zhì)粘土，下伏基巖為花崗斑巖。為查明隧道的土層厚度、基巖起伏及不良地質(zhì)的分布情況，擬采用淺層地震折射波法探明地質(zhì)情況。沿設(shè)計隧道左、右線軸線布置2條縱測線，于隧道進出口布置了4條橫測線。

（二）地球物理條件

隧道選址區(qū)內(nèi)各巖土層的密度、彈性波速度均有一定的差異，存在波阻抗差異界面。一般情況下，松散覆蓋層（第四系殘坡積層、全、強風(fēng)化層）地震縱波波速在300 m/s~1500 m/s之間，花崗斑巖縱波波速在3500 m/s~6500 m/s之間。兩者之間的界面是強波阻抗界面，是極好折射界面?；鶐r內(nèi)部存在斷裂破碎帶時，破碎帶一般也表現(xiàn)為低速特征，與完整或較完整基巖有較明顯速度差異。因而，場地具有開展地震折射波勘察的地球物理前提。

二、工作方法及資料整理

（一）工作方法

（1）淺層地震儀

本次測線布設(shè)采用亞米級GPS布點，皮尺量距。測量點距為5m，測線兩端各加長80~100m作為遠炮炮點。儀器采用Geode型地震儀為外接計算機控制的全數(shù)字化信號增強型高分辨率工程地震儀。技術(shù)參數(shù)如下：

通道數(shù)：24地震道；

通頻帶：1.7Hz~20000Hz；

動態(tài)范圍：>130dB；

最小采樣間隔：20.833μs；

振幅誤差：<0.001%；

相位一致性誤差：<20.833μs。

（2）檢波器

工作使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的CDJ- Z38型檢波器24個，現(xiàn)場進行的檢波器一致性試驗表明：CDJ-Z38型檢波器的振幅誤差小于10%，相位誤差小于0.5ms，其性能滿足《淺層地震勘查技術(shù)規(guī)范》的要求。

（3）地震折射法工作方法

本次折射波法采用雙重相遇觀測系統(tǒng)，每排列設(shè)置4炮。道間距5m，采用重錘錘擊激發(fā)，多次疊加，錘擊疊加數(shù)一般為15~80次，采樣間隔0.25ms，記錄長度512樣點，遠炮偏移距一般為80m，近炮在檢波排列兩端點布置。

折射波法地震記錄中各道初至清晰，相遇炮互換時間小于3.0ms，追逐炮與相遇炮在折射初至區(qū)平行性較好，全部記錄合格，原始記錄質(zhì)量滿足《淺層地震勘查技術(shù)規(guī)范》的要求。

（二）資料整理

采集完原始資料后，數(shù)據(jù)處理流程如下：初至?xí)r間拾取→時距曲線繪制→T0法解釋→測點高程輸入→物探解釋→地質(zhì)解釋剖面輸出→完成。

折射解釋采用T0法，結(jié)合工程需要，折射法主要解釋覆蓋層厚度及基巖的壓縮波速，并尋找基巖中的波速異常帶。各測線波速分布均使用二層速度模型。

三、結(jié)論與建議

（一）結(jié)論

（1）地層巖性

覆蓋層主要為粉質(zhì)粘土，下伏基巖為花崗斑巖。地震折射法成果表明，隧道物探測線段僅存在一個明顯的波速差異界面，將隧道巖土層按物理特性分為二層。結(jié)合巖土層的波速特性，波速差異界面對應(yīng)于中、微風(fēng)化層頂面。

地震折射法將波速差異界面以上歸并為覆蓋層，結(jié)合地表情況，推斷覆蓋層由粉質(zhì)粘土、全強風(fēng)化花崗斑巖組成，隧道區(qū)間覆蓋層層厚約為2.6~26.7 m，縱波波速約為380 m/s~1000 m/s之間，較松散，穩(wěn)定性較差。地震折射法將波速差異界面以下歸并為基巖，基巖由中、微風(fēng)化花崗斑巖組成，測線隧道區(qū)間縱波波速1420 m/s~5730 m/s，根據(jù)波速推斷，基巖巖體比較完整。

圖1為L1測線部分地質(zhì)解釋剖面圖，該區(qū)域覆蓋層波速約520m/s~880m/s，土層較松散，穩(wěn)定性較差?；鶐r波速約3690m/s，由中、微風(fēng)化花崗斑巖組成。

圖1 L1測線地質(zhì)解釋剖面圖揭示的D1、D2波速異常帶

（2）物探異常與地質(zhì)構(gòu)造

通過對折射波法資料的分析，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查情況，測區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)2處波速異常帶，分別編號為D1、D2。D1異常在L1測線（右線）的里程范圍為：K31+383~K31+463，在L2測線（左線）的里程范圍為：ZK31+ 362~ ZK31+427；D2異常在L1測線（右線）的里程范圍為：K31+613~K31+678，在L2測線（左線）的里程范圍為：ZK31+622~ZK31+657。如圖1所示，該2處異常帶均表現(xiàn)出縱波波速過低的特征，波速約1420m/s~2800m/s，明顯小于正常值。

（二）建議

隧道區(qū)覆蓋層穩(wěn)定性較差，應(yīng)采用適宜的支護措施，以保證安全進洞。在隧洞區(qū)間，可能還存在物探未發(fā)現(xiàn)的小的斷裂構(gòu)造和節(jié)理裂隙發(fā)育帶，施工過程需時刻注意安全。