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《瞬態(tài)面波勘探技術(shù)在隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用展望.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、盆豎◎塑幽型縫麓型!墨望簋塾茹瞬態(tài)面波勘探技術(shù)在隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用展望康金盛(廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東河源517001)摘要：本文闡述了瞬態(tài)面波勘探的原理和方法，并通過工程實(shí)例，對(duì)瞬態(tài)面波勘探技術(shù)在隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用作了理性的探討。關(guān)鍵詞：瞬態(tài)面波；頻散特性；隧道；超前預(yù)報(bào)中圖分類號(hào)：U452．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672—4011(2010)01—0150—021前言在公路隧道的建設(shè)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到掌子面前方存在著各種各樣的不良地質(zhì)現(xiàn)象，如“非均勻地質(zhì)條件、地質(zhì)破碎區(qū)、Karst洞穴地質(zhì)區(qū)、含水地層、軟弱地層”等等。如果在隧道施工過程中不進(jìn)行超前預(yù)報(bào)的話，則
2、會(huì)導(dǎo)致各種嚴(yán)重問題，如“塌方、沉陷、坍塌、涌水”等，從而造成增加停工費(fèi)用、人員和設(shè)備傷害、影響進(jìn)度和形象等問題。如果能夠進(jìn)行有效的隧道超前預(yù)報(bào)，就能夠有效避免工程地質(zhì)病害、降低施工風(fēng)險(xiǎn)，確保施工安全和進(jìn)度，減少處理費(fèi)用，保障業(yè)主和投資者的利益。因此隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于隧道施工過程中。目前隧道超前預(yù)報(bào)常用的手段有物探及鉆探方法，其中常用的物探方法有：TSP地震反射法、GPR探地雷達(dá)法、高密度電法、跨孔地震CT成像法等等。多道瞬態(tài)面波法(以下簡稱面波法)是一種新興的巖土測試勘察技術(shù)，利用面波在不均勻介質(zhì)中傳播的頻散特性和傳播速度與巖土物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性可以解決諸多工程地質(zhì)問
3、題。面波勘探方法在公路路基、建筑場地勘察中已得到廣泛的應(yīng)用，特別是在勘探地下軟弱地層、土洞等不良地質(zhì)體方面取得了較好的勘探效果。作為一·種嘗試，面波勘探技術(shù)在廣東梅(州)河(源)高速公路某隧道的坍塌體勘察中取得了令人滿意的效果。該隧道全長700m，圍巖主要由碳質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、碳質(zhì)頁巖、煤矸石與煤互層等組成。圍巖裂隙發(fā)育，巖體破碎，軟弱夾層較多。該隧道左線出口端在施工到I．K4+063時(shí)，已初襯的洞體發(fā)生坍塌，已施工的部分洞體被坍塌物全部堵塞。為查明坍塌體向內(nèi)的分布范圍，在坍塌物形成的掌子面處利用面波勘探技術(shù)對(duì)坍塌體進(jìn)行了探測，取得了較好的勘察效果。2瞬態(tài)面波勘探的基本原理及工作方
4、法2．1基本原理面波是指在彈性分界面處由于波的干涉而產(chǎn)生，并且沿界面?zhèn)鞑?，波?dòng)現(xiàn)象集中在界面附近的一種彈性波，其具有以下幾種主要特性。(1)在均勻介質(zhì)條件下，面波的傳播速度v。與其振動(dòng)頻率f(即與面波的波長入。)無關(guān)，即面波在均勻介質(zhì)中傳播沒有頻散性。與此相對(duì)應(yīng)，在不均勻介質(zhì)中，面波的傳播速度V。是頻率f的函數(shù)，即面波在非均勻介質(zhì)中具有頻散特性。在均勻介質(zhì)中無頻散性和不均勻介質(zhì)中具頻散特性是面波勘探的物理基礎(chǔ)。(2)在多層介質(zhì)中，面波具有明顯的頻散特性。面波沿地面表層傳播，影響表層的深度約為一個(gè)波長，因此同一波長面波的傳播特性反映了地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長的面波的傳播
5、特性反映著不同深度的地質(zhì)情況。(3)面波的水平和垂直振幅從彈性介質(zhì)的表面向內(nèi)部呈指數(shù)減小，大部分能量集中在一個(gè)波長的深度范圍內(nèi)，即認(rèn)為面波的穿透深度約為一個(gè)波長。(4)面波波速近似等于橫波波速，并具有相關(guān)性，因此面波波速與介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。瑞利波速和橫波波速的關(guān)系為：1～Vs2礦麗≮平瓦¨(”為泊松比)(1)當(dāng)可從0．25至0．5時(shí)，Vr／Vs從0．92至0．95。由此可將瑞利波波速換算成橫波波速。面波的野外采集，是在地面上沿波的傳播方向，以一定的道間距Ax設(shè)置N+1個(gè)檢波器，就可以檢測到面波在NAx長度范圍內(nèi)的傳播過程(見圖1)。圖1瑞雷波測試原理圖設(shè)面波的頻率為f，相
6、鄰檢波器記錄的面波的時(shí)問差為△f(或相位差為△西)，則相鄰道缸長度內(nèi)瑞雷波的傳播速度為：‰=象或％=警(2)測量范圍NAx內(nèi)平均波速為：％：駕墮或‰：畢(3)∑at?！啤?；b。在同一地段測量出一系列頻率對(duì)應(yīng)的Vr值，就可以得到一條Vr～f．曲線，即所謂的頻散曲線，頻散曲線的變化規(guī)律與地下地質(zhì)條件存在著內(nèi)在聯(lián)系，通過對(duì)頻散曲線進(jìn)行反演解釋，可得到地下某一深度范圍內(nèi)的瑞雷波傳播速度vr值，Vr值的大小與介質(zhì)的物理特性有關(guān)，據(jù)此可對(duì)巖土的物理性質(zhì)做出評(píng)價(jià)。2．2工作方法本次面波勘探采用的地震儀為美國Geometrics公司的R24地震儀，檢波器采用1Hz的面波勘探專用低頻檢波器，測線沿
7、掌子面橫向布設(shè)，道問距1m，‘偏移距3m，采樣間隔為0．5ms，采樣長度為1024ms。激發(fā)采用24磅重錘敲擊震源。3資料處理及解釋第20。l。o卷年，纛是?。颉疭ichuan伊BuIIJildi芝ng材Ma紀(jì)一砒二，辮2．月根據(jù)采集的面波資料，利用專業(yè)的面波勘察反演軟件．．．“SWS系統(tǒng)，，反演出的頻散曲線見圖24結(jié)束語烈}習(xí)產(chǎn)刁圖2反演出頻散曲線圖2三條頻散曲線反映的分別是掌子面后方“左、中、右”部位的坍塌物填埋情況。從反演得到的三條頻散曲線分析，其特征及解釋如
