煤炭勘探技术对城市土木工程的影响

李万钦

[摘 要]从媒体勘探技术应用出发，基于城市土木工程地质勘探的工程实际需要，分析了浅层地震勘探技术、微动勘测技术以及横波地震勘探技术在城市土木工程勘测中的应用，展现了煤炭地质勘探技术对城市土木工程的影响。

[关键词]煤炭勘探；城市地质；土木工程

[中图分类号]F426.21；P228.4 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432（2014）20-0072-02

1 概 述

煤炭地质结构勘探中所采用的相关技术，例如微动技术、浅层地震勘探技术以及横波地震勘探技术等，在煤炭地质结构勘探以及煤层结构处理过程中发挥了重要的作用，对煤层落差、断层、褶皱等结构特点的探明，为保证煤田开采计划顺利进行、确保煤田产量、保证煤田安全生产具有重要作用。由于城市土木工程建设过程中同样需要对地层结构特性进行分析，尤其是随着城市高层建筑数量的增加，城市住宅建筑建设过程中需要对地基结构有清晰的认识。为了提高城市建筑工程的安全稳定性，在城市土木工程建设过程中使用合适的煤炭勘探技术，对保证城市土木工程建设的安全稳定有重要作用。因此，本文从几种典型的煤炭勘探技术出发，探讨煤炭勘探技术在城市土木工程中的应用，展现煤炭勘探技术对城市土木工程地质勘探的影响。

2 煤炭勘探工程中的典型技术

2.1 浅层地震勘探技术

浅层地震弹性波探测技术的发展与地球物理力学、岩土工程的发展等直接相关，而且随着相关技术的迅速发展，浅层地震弹性波探测技术不但在煤炭地质勘探中得到了大量应用，而且在城市土木工程建设中也得到了一定的使用。浅层地震弹性波探测技术包括地震反射波法、波速测量井、折射波法、地脉动测试方法、桩基检测方法以及多波地震映像方法等测试方法。另外，还有我国独创的多道瞬态面波法，该方法通过使用频散特性以及传播速度与地层岩土特性的相关方法来解决地质勘探中存在的相关问题。当采用高密度的地震图像处理技术时，通过使用纵向反射法单点激震、多点接收数据的方式，在相关计算机软件的支撑下，使得地下剖面能够以彩色形式展示出来，而且勘察效率很高。

2.2 微动勘测技术原理

微动勘测过程中所应用的信号形态以及微动振幅等都是随着所测量的时间、空间而不断变化的。但是，在对应的时间和空间内，微动测量技术又具有一定程度的稳定性，所以可以采用具有时空属性的平稳随机过程对该现象予以描述。煤炭勘探技术中的微动勘探技术将平稳随机过程理论作为基础，从测得的微动信号当中得到相对应的面波波频曲线，再通过对应的反演得到地层结构中弹性波的速度结构。

2.3 横波地震勘探技术

浅层横波地震勘探过程中，波速通常控制在纵波速度的0.2～0.6倍，因为浅层横波具有传播速度较低、波长较短的特点，使其得到的勘探结果具有较高的分辨率，这对于浅层地质勘探具有十分重要的意义。从国内研究结果以及工程应用来看，这对于城市土木工程勘探中的浅层断裂勘测以及不同工程地质分区等有一定的作用。尤其是在城市防震规划、地震安全性能评估、建筑工程地址选择、地基工程勘探等中有重要应用。实践过程中，通过与钻探工程合理配合，是工程地质勘探以及浅层地质勘探的有效手段。

在城市土木工程勘探过程中，为了避免地震带来的危害性与破坏性，需要对城市内潜在的活动断层位置及地层结构属性进行查明，这对于城市土木工程的防震减灾以及城市土木工程的应用可靠性有一定的作用。

3 煤炭勘探技术在城市土木工程中的应用

3.1 浅层地震勘探技术在城市人防工程中的应用

3.1.1 地震映像技术在城市人防工程勘探中的应用

某市区中有一座山洞，该山洞在新中国成立前作为人防工程使用，属于一个天然的溶洞，且洞内地形复杂，小型溶洞四通八达，洞内总长累积数千米。随着该人防工程的建设改革，建设部门将其规划成为餐饮与娱乐场所。按要求，在对该溶洞勘察的过程中，首先是摸清勘测区域下部10m范围内存在溶洞的情况。由于探测区域都是裸露的灰岩，而且覆盖有少部分的碎石，因此勘探工作中拟采用地震映像技术。

勘测过程中，因为检波器不能直接插入其中，因此采用石膏进行固定处理，且检波设备是频率为4.5Hz的专用低频检波设备。因为受到场地的限制，而且探测深度较浅，将偏距设置为5m，并采用直接在岩面锤击作为勘测振源。勘测过程中，对每一条溶洞进行两条测线观测，并勘测得到其中一个溶洞出现异常，发现其中波形经过多次反射，且层状清晰，推断其中存在溶洞，且洞内充填了土壤。后续的具体施工验证了该推断。

3.1.2 城市土木工程地基勘探应用

在城市工民建的工程勘察过程中，为了保证施工速度，提高工程建设的整体质量以及经济回收效益，在工程勘探过程中采用煤炭勘察中的钻探与面波勘探相结合的方式进行地基勘探，不但满足工程建设需要，而且节省了大量的时间和经济投入。

例如，在对某市的城市安居工程建设过程中，需要对地基进行勘察，采用了地基面波勘探技术。因为该建设工程勘察时旧房没有拆除，通行空间限制了钻机的进入，给工程勘探带来了麻烦。为此，勘察过程中采用了煤炭勘探中常用的方式，即在勘察区域设置四个面波勘探点、三个钎探孔进行勘察，将其中两个钎探孔作为面波点的测试结果。通过分析该面波点资料，测试得到频散曲线的各个转折点与钎探勘察得到的地层界限吻合，最大误差在0.3m以下，满足了地质勘察的基本要求。按照实际面波频散曲线岩性的具体分层情况，可以对工民建的地基类别进行具体分析。

在勘察过程中，测试得到地基的等效剪切波速为291.5m/s，是中硬场地土质，且场地类别是Ⅱ类。之后可以根据勘察特征周期，结合该区域的抗震烈度设计分组情况并由场地的具体类型查表得到Tg为0.4s。同时，还可以采用对剪切波速与饱和砂土地层的比值来确定地层的液化状况，确定该地基0～16m范围内没有液化情况。

3.2 微动勘探技术应用于土木工程的应用特点

城市土木工程勘察中使用微动勘察技术具有如下几个方面的优势：

首先，工程勘察所采用的设备较为简单，且操作起来十分方便、快捷。通常在勘察施工中可以使用三台以上的设备进行地震勘察。若施工中采用七台地震仪按照二重同心型正三角形进行排列组合时，只需要3～5个工作日就可以勘察得到地层深度为数百米的横波速度分布情况。

其次，勘察施工对施工环境的要求较低，尤其适合人口十分密集的城市土木工程施工。由于微动技术与通常所采用的反射法勘探技术相差较大，城市中行驶的车辆、噪声等不仅不会影响勘察结果，还可以为勘察施工提供更加丰富的信号来源。

再次，微动勘探技术是典型的被动式勘探方法，其对勘探环境不会构成任何影响，十分适合城市土木工程勘探中环境复杂、障碍物较多的工程勘察。

最后，采用微动勘探技术能够得到可靠性较高的勘察结果，而且分辨率较高，在与钻孔技术结合之后，可以得到地层中清晰的二维，甚至三维结构图形。从具体的施工应用情况来看，通过微动勘探技术得到的地层构造与测井方法得到的结果吻合度较高。

3.3 横波地震勘探技术在城市土木工程中的应用

以某次在市区及周边的城市土木工程勘探工作为例，因为市区范围内环境噪声较大，因此在采用横波地震勘探技术时难以排除其对勘探结果的影响。而在郊区施工时，所受到的噪声影响较小。同时，考虑到对干扰信号的控制，需要提高地震信号资料的信噪比，这时需要采用抗干扰能力更强的横波勘察设备、技术。虽然所采用的横波勘探技术具有较强的抗干扰能力，但是城市中较强的环境噪声还是会使得测试的信噪比下降，因此在施工过程中需尽量避开车流高峰期。

在勘察过程中，可以将地震测线沿着市区街道或者是城乡结合部的街道予以布置，考虑到这些地方都是硬化处理了的混凝土路面或者是柏油路面，使得地震波的激发、接收等都较为困难，在实际的施工过程中可以适当增加激振次数，并通过特制的能量耦合板增加所激发能量的下传量。当不能在混凝土路面或者柏油路面设置检波器时，则可以将检波器的尾椎去除，并将之固定于一个特制的金属板上，再将之置于路面，同样可以获得良好效果。

4 结 论

煤炭地质勘探所采用的技术及方法在城市土木工程勘探中同样有相对应的应用领域，在应用过程中必须考虑到城市土木工程地质勘探的具体特点，例如城市噪声干扰等因素，采取包括浅层地震勘探技术、微动勘测技术以及横波地震勘探技术在内的勘察技术，都可以获得良好的勘察效果。

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