地震法在某公路隧道勘察中的应用

文/陈开华、马伟 江苏省地质矿产局第六地质大队 江苏连云港 222000

地震法在某公路隧道勘察中的应用

文/陈开华、马伟 江苏省地质矿产局第六地质大队 江苏连云港 222000

伴随我国社会的不断发展，我国高速公路建设数量逐渐增多，从东部走入西部，从平原走进山区，公路隧道将越来越多地被修建。要确保工程建设的整体质量，对公路隧道勘查工作的实施极为重要。要确保公路隧道勘察的整体质量，相关工作人员必须选择正确的勘察方法。实践表明，在公路隧道勘察中应用地震法进行勘察能够取得良好的勘察效果。本文主要研究浅层地震P波折射法在某公路勘察中的应用效果。实践表明，在公路勘察中所使用的众多勘察方法中，浅层地震P波折射法是最常用的一种方法。公路隧道勘察中，需要与公路路线工程项结合展开勘察工作，并通过浅层地震P波折射法查明基岩埋深情况、将基岩波速中的运用情况确定下来，这在保证查明低速带与划分隧道围岩类别方面有着积极的意义。可见应用浅层地震P波折射法对公路隧道进行勘察的重要性之所在。

公路隧道；浅层地震P波折射法；地震法；公路建设；勘察；应用

随着近年来我国公路建设数量的逐渐增加，公路隧道勘探技术也随之发展起来。如今，在公路隧道勘探中最常用的集中勘探方法为：地震法、磁法、电法以及地质雷达等技术方法，这些技术方法在公路隧道勘探中取得了一定的成效。其中，地震法的应用频率最高，其原因在于，该勘探方法能有效分辩出隧道的不同物性的围岩及各种软弱结构面，并且集折射波法、反射波法、以及面波法等技术特点于一身。折射波法具有便捷简单、高效、初至波较易被识别、资料解释容易等方面的优点，这些优点的存在，决定了地震法在众多对到勘探方法中地位，地震法的应用，在近地表地质研究中起着重要的作用，其地位不可取代。

1、浅层地震折射波法的内涵与工作原理探究

1.1 浅层地震折射波法的内涵

浅层地震折射波法主要指，通过地震波折射原理的利用，对浅层拥有过波速差异的地层或者构造等展开相应探测工作的一种地震勘探方法[1]。实践表明，在浅层地震勘探中，浅层地震折射波法是其中一种重要的工程勘察方法，该方法被广泛地应用工程勘察的多个领域，可用于对覆盖层(或低速层)的厚度、基岩面起伏、岩体风化情况、断层和古河道的分布等进行探测，解决相关的工程地质问题。

1.2 浅层地震折射波法的工作原理

浅层折射波法地震勘探在使用的过程中，主要利用人工激发的地震波在地下介质中的传播，在穿过拥有不同介质的分界面过程中，波原来的传播方向将会发生改变，并且出现折射的现象。如果下层介质的波速远远超过上层介质的波速的时候，并且波的入射角与临界角相同，那么此时折射波将会沿着分界面以下层介质中的速度进行“滑行”。该种沿着界面传播的“滑行”波将会导致界面的上层质点出现振动的情况，同时以折射波的形式将波传至到地面上。而工作人员通过地震仪测量折射波索道地面的观测整体时间与震波距离，便能够较容易的得出折射界面的整体埋藏深度。在相关工作人员采集地震波的过程中，需要将地震波的实践记录下来，并且对相位与振幅等信息展开详细的分析与解释，最终将介质的界面速度与埋深数据计算出来。

2、野外工作各个工作环节的分析

在野外工作中，各个工作环节工作的实施极为重要。相关工作人员必须做到以下几点：

2.1 测线布置

首选需要工作人员高度重视测量和测线的布置工作。在工程勘察任务中，需要通过测量组利用测量仪器进行测线，以此完成地震测线的布设工作，同时将设计所预定的测线布置在相应的工作区域内，并且在端点位置上将测线号与桩号埋设注明，同时还需要在测线的交点、地形起伏点以及转折点做好相应的标识[2]，为野外工作的顺利实施做好充分的前期准备，在做好测量和测线布置工作的基础之上，完成野外工作，在野外工作完成以后，还需要提交相应的各个标识点的桩号与高程。

2.2 仪器准备及校准

还需要重视所使用的仪器设备情况。这要求工作人员一方面需要确认仪器性能是否正常，另一方面需要工作人员对所使用的仪器设备，尤其用于接收地震波的设备，其性能需要与检测器性能一致，工作人员必须确保所使用的仪器能够处于良好的工作状态之下。一旦检波器有问题出现，那么一切数据将会失去意义，甚至会被作废[3]。为此，工作人员在实施野外工作前，必须对检波器的工作性能进行严格的检查，确保每个部位与环节都能够处于正常的工作状态之下。

第一，工作人员需要检查检波器是否对地震波产生明显的反应情况，如果信号强度比较弱、没有信号或者噪声信号出现了异常大的情况，那么在日常工作中则不能够继续使用；

第二，工作人员还需要确保所使用的每一个检波器的起跳能够达到没有延迟或者延迟达到所规定的标准要求。如果在该方面存在着与该条件不符合的现象，则需要工作人员将检波器更换掉，之后重复上述工作步骤，直到所使用的每一个检波器起跳时间与波形都能够基本保持一致为止，只有这样，才能够确保后续工作的正常实施。

2.3 现场测试数据采集

工作人员要做好野外数据采集工作。在开展浅层地震P波折射法勘察时，在确保原始数据真实可靠的情况下，依据相关的物资勘察技术规范，将质量严格把关[4]。一般而言地震波的激发会选择炸药爆炸或重锤击打的方法，至于激发能量往往需要通过一定的测试来确定，在本次中由于隧道埋深不大，故使用重锤击打的方法。在我们埋置检波器时，要注意尽量保持位置的准确性以及与地面要有良好的接触，并且要将检波器安置牢固，埋置的条件最好保持一致性。当有些地区遇到影响导致采集的地质不良的情况，我们应采取以下措施：

第一，在我们安置检波器时，要避免测试区域表层软质土和地表植被发育比较茂盛的地区，这样的地表土耦合度对于检波器来说，会影响检波器的接受效果。在遇到这样的地表土环境的情况下，我们需将杂草清除干净，并将土踩实之后再进行安装检波器。

第二，电缆是容易因为受潮导致漏电，在我们安装过程中如遇到雨后施工或遇到稻田地的情况，我们可以将检波器直接焊接在电缆上，并且要做密封处理或者专门在此地区做加工密封式检波器电缆串。以确保安全并且不会影响地震信号的采集效果。

第三，对于那些局部地形存在较大起伏的地段，往往会给资料的处理解释带来一定程度的影响。那么通过野外测量定点期间[5]，对地形的突变起伏情况进行严格、详细的记录，并且在处理与解释资料的过程中不断的校正修改，确保资料的完善性。

2.4 测试质量检查

需要安排工作人员对所记录的资料进行严格的检查，从而确保能够及时的将地震记录模糊不清、坏道超出要求等一些与实际规定不符合的记录问题挖掘出来，并且安排其进行重新测量工作[6]。在此工作期间，还需要保证各记录道的波形、振幅以及振动延续度保持相似的状态，同时也需要确保相位一致，这样一来，公路隧道勘探工作便能够得到良好的资料保障。另外，工作人员需要在连续排列的街头布设重复道，确保折射波初至数据的可靠性，并不断提升该可靠性。与此同时，工作人员还需要对现场的两个端点炮相遇互换的时间进行仔细观察，确保其互换的时间差小于5ms[7]，并且能够一直保持在该范围内为最佳状态。

2.5 资料整理与解译

最后工作人员需要做好数据处理工作。浅层地震P波折射法的数据在处理的过程中，需要通过软件将波的初至时间读取出来，之后将时距的曲线画出来，最后将物探地质解释剖面图绘制出来，而要完成以上工作，工作人员必须做好以下几点工作：

第一，对于外业采集所采集的原始数据，需要对部分展开远距离的追逐激发记录工作。通常地震波的传播距离比较远，并且在沟谷的影响之下，折射初至波的能力处于比较小的状态之下，但是在此期间，能够采取读取第一相位波峰或者波谷所获得的折射波时间；

第二，在读取波的初至时间过程中，工作人员可以通过原始记录的方式进行读取，同时也能够在监视屏上将波的初至时间读取出来。实践表明，直接读取初至时间存在着较大的而困难，那么在此时便需要对初至波的极致时间进行读取，并求取相位较正量展开初至校正工作；

第三，需要分析与对比不同追逐距离的原始记录初至时间，一般而言，时距曲线拥有较好的变化趋势，这表明追逐炮距离已经超出“盲区”的范围，这便要求工作人员在处理室内资料的过程中，筛选出与之相适应的原始记录对其进行计算解释。追逐炮的记录需要将两次记录波形相似并且时距曲线处于平行状态为主要形式。

第四，当工作人员绘制了时距曲线以后，需要依据时间的互换相等性，坚持追逐时距曲线平行性原则、截距时间相等性的原则展开严格的检查工作。如果时距曲线中的个别道出现突变的情况，则工作人员需要与相同地段的相遇或者追逐时距曲线情况进行对照。又或者可以将班报中的相关说明作为基础，将突变的原因查明，在必要的时候还需要工作人员展开相应的修正工作，从而确保所得数据信息的精确率与准确性。

3、地震法在某公路隧道勘察中的应用浅议

需要工作人员采集相关数据。这要求工作人员通过观测系统进行数据的采集。在公路隧道勘察的过程中，工作人员需要依据自身不同的工作任务，选择不同的观测系统，并通过该观测系统对数据进行相应的采集。而本文所研究的公路隧道勘察，需要采用相遇追逐的观测系统，换言之应用相遇观测系统与追逐观测系统的组合。这需要在观测剖面的两端实施激发工作，在得到一组相遇时距曲线以后，需要将激发点对称地各移动一段距离，之后对其进行分别激发，最后得到一组追逐的相遇时距曲线。而为了能够更加深入的了解表层横向速度变化情况，可以增设一个中间激发点，确保数据收集的全面性。

本次野外工作对该路段隧道工程的勘察工作采用了P波折射浅层地震法相遇追逐观测系统，使用数据的工作参数为:采样间隔:0.25ms；采样点数:1024点；记录长度:256ms；接收道数:24道；道间距:5m；激发方式:18磅锤击；排列长度:115m；追逐距离:40---70m。24道浅层地震勘探仪接收和记录地震波。

激发点布设：在排列两端各布置激发点，为取得较为清晰可靠的折射波资料，采用分段追逐激发各方式，在地形起伏变化较大处加密激发点。

室内数据处理：隧道浅层地震勘察资料采用t0差数时距曲线法解释，以求取基岩的界面速度和埋藏深度。

该隧道工程浅层地震勘查外业采集的原始一记录，大部分折射波初至都较清晰，能够直接读取时间数据，但局部地段的远偏移跟追逐激发的记录，由于波传播距离较远，并因沟谷的影响，折射波能量较小，干扰波能量相对较大，通过数字滤波和增益控制等方法处理后，压制了干扰波，使记录上折射初至波较为清晰。

通过对原始记录中的波组对比和识别，读取基岩顶面折射波的初至时间，经过同一界面的时距曲线的相遇连接，绘制同一界面的时距曲线，计算出强风化基岩底面的埋深和界面速度，从而有效地划分了岩层的风化程度和围岩类别。同时判断是否存在软弱结构面产生的滑动面或潜在滑动面。

总结：

本文主要从三个大的方面着手，分析了地震法在某公路隧道勘查中应用的整体情况。在整篇文章分析中明确，当前公路隧道勘察中已经广泛的应用地震法进行勘察，并取得了一定的勘察成效。其原因在于，地震法在众多的勘察方法中，存在着一定的优点，如工作程序较为简单、所得到的数据信息拥有较高的精确性等等，这些优点的存在，决定了地震法在公路隧道勘察中的整体地位。但需要注意的是，工作人员在应用该方法进行勘察的过程中，往往需要坚持一定的原则，并且在做好野外前期准备的工作基础之上，实施后续工作，只有这样，才能够保证公路隧道勘察工作实施的有效性与科学性。

[1]邹延延.浅层地震折射波法在某高速公路隧道勘察中的应用[J].西部探矿工程,2006.

[2]周竹生,蒋晶晶,徐建明等.PS测井在公路隧道勘察中的应用[J].工程地球物理学报,2004.

[3]王坛华,陈剑平.综合快速超前地质预报技术在高速公路隧道施工中的应用[J].北方交通,2008.

[4]肖宽怀,刘浩,孙宇,等.地震CT勘探在昆石公路隧道病害诊断中的应用[J].地球物理学进展,2003.

[5]孙宇,肖宽怀,赵永贵等.地震CT勘探原理及其在公路隧道病害诊断中的应用[J].工程地质学报,2003.

[6]裴少英,蔡志东,高拴会,等.地震折射波法在隧道围岩划分中的应用[J].勘察科学技术,2012.

[7]高波,王峥峥,袁松,等.汶川地震公路隧道震害启示[J].西南交通大学学报,2009.

陈开华（1963），男，福建莆田人，高级工程师，主要从事地质矿产与工程勘察工作中的地球物理勘探工作。