文/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 222000

地震法在某公路隧道勘察中的應(yīng)用

文/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 222000

伴隨我國社會的不斷發(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單、高效、初至波較易被識別、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)用工程勘察的多個領(lǐng)域，可用于對覆蓋層(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，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)l(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)的波速的時候，并且波的入射角與臨界角相同，那么此時折射波將會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▽?dǎo)致界面的上層質(zhì)點(diǎn)出現(xiàn)振動的情況，同時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量折射波索道地面的觀測整體時間與震波距離，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、野外工作各個工作環(huán)節(jié)的分析

在野外工作中，各個工作環(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 測線布置

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

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，必須對檢波器的工作性能進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，確保每個部位與環(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地震波產(chǎn)生明顯的反應(yīng)情況，如果信號強(qiáng)度比較弱、沒有信號或者噪聲信號出現(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檢波器起跳時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)場測試數(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，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，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，要避免測試區(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于檢波器來說，會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影響地震信號的采集效果。

第三，對于那些局部地形存在較大起伏的地段，往往會給資料的處理解釋帶來一定程度的影響。那么通過野外測量定點(diǎn)期間[5]，對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 測試質(zhì)量檢查

需要安排工作人員對所記錄的資料進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，從而確保能夠及時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)行重新測量工作[6]。在此工作期間，還需要保證各記錄道的波形、振幅以及振動延續(xù)度保持相似的狀態(tài)，同時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，工作人員還需要對現(xiàn)場的兩個端點(diǎn)炮相遇互換的時間進(jìn)行仔細(xì)觀察，確保其互換的時間差小于5ms[7]，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，對于外業(yè)采集所采集的原始數(shù)據(jù)，需要對部分展開遠(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，那么在此時便需要對初至波的極致時間進(jìn)行讀取，并求取相位較正量展開初至校正工作；

第三，需要分析與對比不同追逐距離的原始記錄初至?xí)r間，一般而言，時距曲線擁有較好的變化趨勢，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)工作人員繪制了時距曲線以后，需要依據(jù)時間的互換相等性，堅(jiān)持追逐時距曲線平行性原則、截距時間相等性的原則展開嚴(yán)格的檢查工作。如果時距曲線中的個別道出現(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距曲線情況進(jìn)行對照。又或者可以將班報中的相關(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)，選擇不同的觀測系統(tǒng)，并通過該觀測系統(tǒng)對數(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系統(tǒng)，換言之應(yīng)用相遇觀測系統(tǒng)與追逐觀測系統(tǒng)的組合。這需要在觀測剖面的兩端實(shí)施激發(fā)工作，在得到一組相遇時距曲線以后，需要將激發(fā)點(diǎn)對稱地各移動一段距離，之后對其進(jìn)行分別激發(fā)，最后得到一組追逐的相遇時距曲線。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---70m。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。

通過對原始記錄中的波組對比和識別，讀取基巖頂面折射波的初至?xí)r間，經(jīng)過同一界面的時距曲線的相遇連接，繪制同一界面的時距曲線，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。同時判斷是否存在軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的滑動面或潛在滑動面。

總結(jié)：

本文主要從三個大的方面著手，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.

[2]周竹生,蔣晶晶,徐建明等.PS測井在公路隧道勘察中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報,2004.

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

[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.

[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,2003.

[6]裴少英,蔡志東,高拴會,等.地震折射波法在隧道圍巖劃分中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù),2012.

[7]高波,王崢崢,袁松,等.汶川地震公路隧道震害啟示[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2009.

陳開華（1963），男，福建莆田人，高級工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)與工程勘察工作中的地球物理勘探工作。