跨孔地震CT在杭州永丰大桥岩溶勘察中的应用

2020-03-16郑忠平张瀚资锋张庆华

能源与环境 2020年1期

郑忠平张瀚资锋张庆华

（1苏交科华东（浙江）工程设计有限公司浙江杭州 310030 2湖南科技大学矿业工程研究院湖南湘潭 411201）

在桥梁工程施工过程中，经常会遇到影响施工进程和施工安全的各种不良地质情况，岩溶是桥梁桩基础施工过程中的安全隐患之一。杭州大江东产业聚集区河景路（滨江二路至梅林大道）新建工程永丰大桥场地发育岩溶，场地地质条件复杂。传统的钻探和物探方法由于其较高的成本及特殊性而很难对一些发育不均匀、地质情况复杂的岩溶进行全面而有效的分析。相比较而言，跨孔地震CT技术可以借助前期钻孔释放弹性纵波，探测深度不受影响并可查明横向连续的破碎带和空间分布，弥补了传统勘探方法的不足［1-2］。此外，该技术还可对孔间岩土体进行逐层扫描，通过Matlab解译生成探测区的波速等值线云图，使得剖面内的地质异常体能更加直观地表现出来，因此跨孔地震CT技术用于探测岩溶分布是一种可行、理想的方法［1-3］。本文拟利用跨孔地震CT技术对拟建的杭州永丰大桥场地进行岩溶勘查，以期查明桥址区地下岩溶的分布范围及发育情况。

1 工程概况

项目为杭州大江东产业聚集区河景路新建工程永丰大桥，探测目标为主线高架和匝道桩基础落位区岩溶空间分布状态。钻孔所揭露的探测场地地层为上覆粉砂粉土层，下伏中等风化灰岩，在勘探深度范围内地层自上而下可分为3个大层，8个亚层（表1），地下介质均具备较好的地震波传播条件。探测时发射孔与接收孔平均间距约为13～25m，人工激发的地震波传播到接收孔时能量较强。现场探测工作前向探测钻孔中灌满清水，使得激发探头和检波器串分别与地下介质较好地耦合［4-5］。

2 数据采集分析及地质解译

本次探测使用的仪器为北京同度工程物探技术公司开发的32道SSP检测仪。该仪器包含记录器与32通道检波电缆，检波器间距0.5m、1m，频带20～16kHz。采集到的波形，通过滤波等各种手段抑制噪音后，自动读取首波走时并计算弹性波波速。以ZZK21-ZZK13剖面为例，探测范围内地层介质波速变化范围为1～6km/s，有效探测深度范围为0～-35.0m，标高0～-12.5m分布波速小于1.8km/s的第四系覆盖层。

资料的地质解译主要解译跨孔CT剖面中疑似存在的岩溶发育区、软弱夹层及中、微风化岩面，地质解译的原则为：①先对钻探资料及波速影像图进行充分的综合分析、对比，确定各类岩土层的波速范围及特征，然后再对跨孔CT法反演波速影像进行地质解译；②根据综合分析、对比确定的岩土层波速范围和特征进行岩土层分类；③根据岩土层分类对波速影像进行地质解译［4，6］。

表1 场地地层岩性特征

本次勘查工作完成的45个剖面的地震波层析成像工作，跨孔地震CT法中岩土层分类见表2。

3 CT成像和钻探成果对比分析

地震CT根据地震波在不同介质中传递的速度结合钻探成果来判断地质情况。其中，中风化基岩的波速高于强风化基岩，强风基岩高于覆盖层，覆盖层也根据成分不同，波速有一定不同，根据相对关系可以圈出波速较低的非基岩区和波速较高的基岩区［4-6］。钻孔ZZK21-ZZK13剖面的跨孔地震CT成像结果（图1）显示，探测区域内分布2处地震波中-低速异常带，位于右上侧波速异常带波速范围为2200～3200m/s，推测为岩溶可能发育区，与钻探资料揭露的ZZK13孔在标高-13.59～-19.59m见岩溶相吻合；左下侧波速异常位置与ZZK21孔钻探资料揭露的标高-13.95～-25.55m 处见强风化基岩层相吻合。在标高-27.0以下未见明显波速异常反应，推测深部未发育较大岩溶或物探未能发现薄层（厚度小于0.5m）岩溶。因此，跨孔地震CT图像上揭露的疑似岩溶的位置、上下游溶槽壁、基岩的凹凸轮廓与钻探剖面总体吻合，虽然细部结构探测存在不足，但说明了CT成果图所反映信息的可靠性。