地震反射波映像法在工程圍巖完整性分析中的應用

黃 侃，倪 浩，李 明

(1.南京農業大學，江蘇 南京 210000；2.南京市玄武區建設房產和交通局，江蘇 南京 210000)

1 工程概況

石泊隧道位于馬鞍山北坡低山地帶，東起龍虎鄉石泊村西南側，地貌上為山前臺地，地形地貌比較復雜，交通不便。隧道出口位于龍虎鄉大泉村北側，地貌上為低山西坡上，西側200m為龍虎鄉—大泉村馬路，交通較為不便。

2 工作方法與技術

室內處理資料所用軟件主要采用中國地質大學(武漢)研制的淺層反射處理系統。資料處理及解釋流程如下：利用武漢巖土力學研究所研制的聲波儀測定致密巖石樣本的波速手動拾取6 m偏移距數據初至,獲得直達波在隧底基巖中傳播的速度,并結合3 m偏移距反射波形形態判斷基巖完整性。把獲得的速度資料編輯后,以表格和圖形的形式保存，并用CAD制圖軟件繪制出地震映像時間剖面圖。

根據地震勘探經典理論，地震波動所反映的信息既不是一條射線或者一個剖面，它所反映的是一個體的信息，體的大小取決于菲涅爾帶半徑(R)，在地表半空間內(如此次隧底地表勘查)菲涅爾帶半徑也即是地震波所反映地質體的深度(h)。

3 地球物理條件

根據我院地震勘探工作的經驗，結合本工區地質條件，地質體主要的物性參數范圍大致列為表1。

表1 地質體主要的物性參數列表(經驗)

地質異常(溶洞或充填物)與圍巖之間有較明顯的波速差異，滿足地震地質條件。因此，應用地震反射波映像法可以測出巖體的波速，可以初步判斷巖體的完整性。

4 圍巖完整性判別依據

(1)巖體完整程度的定量指標用巖體完整性系數Kv表述。Kv一般用彈性波探測值。Kv與定性劃分的巖體完整程度的對應關系可按表1確定。

表2 與定性劃分的巖體完整程度的對應關系

(2)巖體完整程度的定量指標Kv值的測試和計算方法應符合以下規定。

巖體完整性指標(Kv)，應針對不同的工程地質巖組或巖性段，選擇有代表性的點、段，測試巖體彈性縱波速度，并應在同一巖體取樣測定巖石縱波速度。按下式計算

Kv=(νpmνpr)2

式中：νpm為巖體彈性縱波速度，km/s；νpr為巖石彈性縱波速度，km/s。

5 現場探測

我們在石泊隧道軸線方向布置了3條測線(左線、中線及右線)，測線里程范圍為石泊隧道進口左線ZK151+380～ZK151+460，見圖1，中線與隧道中線重合，每條測線的間隔為4 m。

6 資料解釋成果分析

根據三條測線(左線、中線及右線)測出的縱波(P波)、橫波(S波)波速值，計算巖體完整性指標(Kv)。

圖1 地震映像時間剖面圖

里程ZK151P波平均速度Kv測試深度完整性判別里程ZK151P波平均速度Kv測試深度完整性判別3804743.330.779.49完整4274610.670.739.22較完整3814637.670.749.28較完整4284638.330.749.28較完整3824586.330.729.17較完整4294730.000.779.46完整3834637.670.749.28較完整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較完整3964780.330.799.56完整4344633.670.749.27較完整3974725.330.779.45完整4354634.000.749.27較完整3984614.330.739.23較完整4364634.000.749.27較完整3994447.670.688.90較完整4374666.000.759.33較完整4004356.330.658.71較完整4384698.000.769.40完整4014491.000.698.98較完整4394666.000.759.33較完整4024693.330.769.39完整4474426.670.678.85較完整4064724.670.779.45完整4484466.000.698.93較完整4074554.000.719.11較完整4494562.330.729.12較完整4124392.000.668.78較完整4504733.670.779.47完整4134549.670.719.10較完整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較完整4254844.330.819.69完整4594324.000.648.65較完整4264729.670.779.46完整4604300.330.648.60較完整

注：(1)表4.2中巖體的“P波平均速度”是指由現場3條測線(左、中、右線)分別測得的巖體彈性縱波波速值的算術平均值；

(2)巖石彈性縱波速度νpr，通過對本次石泊隧道指定測試范圍內的致密巖石樣本進行波速測定。

νpr1=5 393 m/s

圖2、圖3分別為石泊隧道縱、橫波波速度沿隧道軸線方向變化圖。ZK151+380～ZK151+386由于現場開挖的影響、ZK151+454～ZK151+460接近掌子面碎石增多，使得測線兩端速度偏低。其余底板基巖的縱波速度范圍是4 100～5 000 m/s，其絕大部分都在4 400 m/s以上，但均比致密巖石樣本的速度(5 393 m/s)要低，這很可能是因為爆破使基巖產生微裂隙以及隧底塵土，使得基巖直達波速度降低。根據菲涅爾帶半徑計算公式可知該測量波速所反映的基巖深度至少為8.6 m(波速越高，所反映的深度越深)，從3 m偏移距地震映像時間剖面圖來看，剖面只有直達波，沒有明顯的反射波存在，這說明隧底基巖基本完整。

綜上所述，石泊隧道進口左線ZK151+380～ZK151+460段，至少在8.6m深度范圍內：

(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范圍內底板圍巖是完整的；

(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范圍內底板圍巖是較完整的。

后期開挖過程中，實際揭露的圍巖狀況與探測結果吻合度較高。

圖2 石泊隧道(ZK151+380～ZK151+460)縱波速度沿隧道軸線方向變化圖

圖3 石泊隧道(ZK151+380～ZK151+460)橫波速度沿隧道軸線方向變化圖

5 結 語

地震映像法主要特點地震映像法方法簡單，顯示較為直觀，適用范圍廣，沒有復雜的數據處理，保留許多原始信息，這對資料分析有許多特殊優點。

[1] 中華人民共和國建設部．巖土工程勘察規范(GB 50021—2001)[S]．北京：中國建筑工業出版社．

[2] 中華人民共和國交通部．公路隧道設計規范(JTG D70—2004)[S]．北京：人民交通出版社．

[3] 黃侃，蔡成國，王軍．青蘭高速公路邯鄲至涉縣段隧道工程超前地質預報報告[R]．江蘇省交通科學研究院，中國地質大學，2008．