地震反射波映像法在工程围岩完整性分析中的应用

2017-02-06黄侃，倪浩，李明

黑龙江交通科技 2017年12期

关键词：纵波波速基岩

黄侃，倪浩，李明

(1.南京农业大学，江苏南京 210000；2.南京市玄武区建设房产和交通局，江苏南京 210000)

1 工程概况

石泊隧道位于马鞍山北坡低山地带，东起龙虎乡石泊村西南侧，地貌上为山前台地，地形地貌比较复杂，交通不便。隧道出口位于龙虎乡大泉村北侧，地貌上为低山西坡上，西侧200m为龙虎乡—大泉村马路，交通较为不便。

2 工作方法与技术

室内处理资料所用软件主要采用中国地质大学(武汉)研制的浅层反射处理系统。资料处理及解释流程如下：利用武汉岩土力学研究所研制的声波仪测定致密岩石样本的波速手动拾取6 m偏移距数据初至,获得直达波在隧底基岩中传播的速度,并结合3 m偏移距反射波形形态判断基岩完整性。把获得的速度资料编辑后,以表格和图形的形式保存，并用CAD制图软件绘制出地震映像时间剖面图。

根据地震勘探经典理论，地震波动所反映的信息既不是一条射线或者一个剖面，它所反映的是一个体的信息，体的大小取决于菲涅尔带半径(R)，在地表半空间内(如此次隧底地表勘查)菲涅尔带半径也即是地震波所反映地质体的深度(h)。

3 地球物理条件

根据我院地震勘探工作的经验，结合本工区地质条件，地质体主要的物性参数范围大致列为表1。

表1 地质体主要的物性参数列表(经验)

地质异常(溶洞或充填物)与围岩之间有较明显的波速差异，满足地震地质条件。因此，应用地震反射波映像法可以测出岩体的波速，可以初步判断岩体的完整性。

4 围岩完整性判别依据

(1)岩体完整程度的定量指标用岩体完整性系数Kv表述。Kv一般用弹性波探测值。Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系可按表1确定。

表2 与定性划分的岩体完整程度的对应关系

(2)岩体完整程度的定量指标Kv值的测试和计算方法应符合以下规定。

岩体完整性指标(Kv)，应针对不同的工程地质岩组或岩性段，选择有代表性的点、段，测试岩体弹性纵波速度，并应在同一岩体取样测定岩石纵波速度。按下式计算

Kv=(νpmνpr)2

式中：νpm为岩体弹性纵波速度，km/s；νpr为岩石弹性纵波速度，km/s。

5 现场探测

我们在石泊隧道轴线方向布置了3条测线(左线、中线及右线)，测线里程范围为石泊隧道进口左线ZK151+380～ZK151+460，见图1，中线与隧道中线重合，每条测线的间隔为4 m。

6 资料解释成果分析

根据三条测线(左线、中线及右线)测出的纵波(P波)、横波(S波)波速值，计算岩体完整性指标(Kv)。

图1 地震映像时间剖面图

里程ZK151P波平均速度Kv测试深度完整性判别里程ZK151P波平均速度Kv测试深度完整性判别3804743.330.779.49完整4274610.670.739.22较完整3814637.670.749.28较完整4284638.330.749.28较完整3824586.330.729.17较完整4294730.000.779.46完整3834637.670.749.28较完整4314780.330.799.56完整3844716.000.769.43完整4324684.000.759.37完整3954839.670.819.68完整4334629.000.749.26较完整3964780.330.799.56完整4344633.670.749.27较完整3974725.330.779.45完整4354634.000.749.27较完整3984614.330.739.23较完整4364634.000.749.27较完整3994447.670.688.90较完整4374666.000.759.33较完整4004356.330.658.71较完整4384698.000.769.40完整4014491.000.698.98较完整4394666.000.759.33较完整4024693.330.769.39完整4474426.670.678.85较完整4064724.670.779.45完整4484466.000.698.93较完整4074554.000.719.11较完整4494562.330.729.12较完整4124392.000.668.78较完整4504733.670.779.47完整4134549.670.719.10较完整4514844.330.819.69完整4144679.670.759.36完整4524844.330.819.69完整4205000.000.8610.00完整4534706.000.769.41完整4244904.000.839.81完整4544539.330.719.08较完整4254844.330.819.69完整4594324.000.648.65较完整4264729.670.779.46完整4604300.330.648.60较完整

注：(1)表4.2中岩体的“P波平均速度”是指由现场3条测线(左、中、右线)分别测得的岩体弹性纵波波速值的算术平均值；

(2)岩石弹性纵波速度νpr，通过对本次石泊隧道指定测试范围内的致密岩石样本进行波速测定。

νpr1=5 393 m/s

图2、图3分别为石泊隧道纵、横波波速度沿隧道轴线方向变化图。ZK151+380～ZK151+386由于现场开挖的影响、ZK151+454～ZK151+460接近掌子面碎石增多，使得测线两端速度偏低。其余底板基岩的纵波速度范围是4 100～5 000 m/s，其绝大部分都在4 400 m/s以上，但均比致密岩石样本的速度(5 393 m/s)要低，这很可能是因为爆破使基岩产生微裂隙以及隧底尘土，使得基岩直达波速度降低。根据菲涅尔带半径计算公式可知该测量波速所反映的基岩深度至少为8.6 m(波速越高，所反映的深度越深)，从3 m偏移距地震映像时间剖面图来看，剖面只有直达波，没有明显的反射波存在，这说明隧底基岩基本完整。

综上所述，石泊隧道进口左线ZK151+380～ZK151+460段，至少在8.6m深度范围内：

(1)ZK151+380、ZK151+384～ZK151+397、ZK151+402～ZK151+406、ZK151+414～ZK151+426、ZK151+429～ZK151+432、ZK151+438、ZK151+450～ZK151+453范围内底板围岩是完整的；

(2)ZK151+381～ZK151+383、ZK151+398～ZK151+401、ZK151+407～ZK151+413、ZK151+427～ZK151+428、ZK151+433～ZK151+437、ZK151+439～ZK151+449、ZK151+454～ZK151+460范围内底板围岩是较完整的。

后期开挖过程中，实际揭露的围岩状况与探测结果吻合度较高。