地震波CT技术在高铁岩溶勘察中的应用_崔竹刚.pdf

收稿日期：基金项目：中国铁路设计集团有限公司科技开发计划重点课题（）。作者简介：崔竹刚（），男，年毕业于中国地质大学（北京）地质工程专业，工学硕士，高级工程师。文章编号：（）地震波 技术在高铁岩溶勘察中的应用崔竹刚（中国铁路设计集团有限公司，天津）摘 要：在岩溶发育区域进行高铁地质勘察工作时，为了解决传统的钻探勘察方法周期长、成本投入高等问题，基于跨孔地震波 成果和钻探成果进行综合分析，得出了可靠的勘察资料。研究表明，（）将地震波 技术应用于沪昆高速铁路桥梁工程的桩基勘察中，岩溶结果符合率达到 以上；（）采用该方法可以快速揭示岩溶发育区域的地层情况，弥补了钻探勘察周期过长的不足；（）综合分析地震波 和钻探勘察成果，认为该墩台处存在较大的古岩溶槽；（）受被探测岩土体空间赋存条件的限制，后期需要结合钻探成果进行二次或多次复解，以提高解译成果的可靠性。关键词：高速铁路；特大桥；地震波；技术；岩溶；钻探中图分类号：.；.文献标识码：开放科学（资源服务）标识码（）：（，）：，：（），（）（），（），：；引言在岩溶发育地区进行高速铁路工程的勘察设计工作，需要直面的一大难题就是对岩溶发育程度及空间赋存形态的探查工作。岩溶发育不仅对基础的承载力产生巨大影响，同时会直接决定岩溶空腔的填充处理设计方案和工程投资。由于岩溶发育具有不规律性，传统的钻探勘察方法仅为单点之见，难以有效查明钻孔之间的整体岩溶空间分布状态。而跨孔的地震波 物探技术则可以有效弥补钻探工作在岩溶勘察中地震波 技术在高铁岩溶勘察中的应用：崔竹刚存在的不足，为分析岩溶在勘察区域的整体发育情况提供重要参考。已有许多学者开展相关研究，吴茂林等对地震波 技术的发展历程进行梳理，认为 技术在近几十年取得了长足发展；段宝平等对井间地震技术的研究现状进行了详细分析；张平松等对地震波 技术在矿井物探工作中的应用进行总结，得出了该方法在矿井工程中应用的适用性；许韬对地震波 探测技术的精度影响因素进行分析，认为其主要受射线角度、密度、波长及反演方法等影响；王猛等将地震波 技术应用于明十三陵的文物检测工作中，并取得了良好的效果；黄鑫磊采用井间井地联合 成像技术对南京市某地区的路面塌陷进行了探测，成功获取了该区的塌陷特征；扈本娜将弹性波 技术应用在某水库大坝坝基的检测中；吴平等将钻孔 技术应用于某大坝的溢洪道底部溶洞的稳定性分析评价中，并结合数值模拟技术，成功完成了相关分析评价工作；赵武阳依托南京某工程岩溶探测项目，采用跨孔地震波层析成像技术，经过后期反演成像，最终证明了该方法在岩溶探测工作中适用性。综上所述，地震波 技术经过几十年的发展和研究，在理论技术上已逐渐成熟。该技术具有解译方法清晰、成像精度高、外界干扰因素少等优点，并具有广泛的适用性。地震波 技术工作基本原理跨孔地震波 层析成像技术通过测试钻孔间岩体波速并反演其速度分布，经计算机重建钻孔间的内部结构，可以可靠地反映出孔间的地质情况。在现场操作过程中，主要通过某个钻孔来激发地震波，利用其余钻孔的检波器来接收地震直达波，最后通过叠加成像原理来获取被探测体的物理性质和空间分布特征。弹性波在不同传播介质中传播时，会发生透射、反射或者吸收现象，这会导致相同震源的地震波穿过不同介质后的波速图像各不相同。作为工程建造基础的岩土体，由于成因和后续漫长地质历史时期的改造变化，其特性、节理裂隙的发育程度及岩溶发育区域的溶洞赋存状态和填充程度等均存在较大差异。探测用的弹性波在致密完整的岩体中传播时，波的吸收和衰减现象不明显，且波的传播速度较快；而在节理裂隙发育、岩溶空洞发育且结构疏松、风化严重的岩土体中传播时，会造成较大的吸收和衰减现象，波速值会明显降低。跨孔的地震波 探测技术正是基于上述原理，当地震波通过致密的灰岩区域时，波速变化不明显；而当通过岩溶发育且填充不良的区域时，波速衰减现象非常严重。因此，通过采用适宜的算法进行重建，可以得到跨孔区域之间岩土体的波速 图像。根据图像和不同物性对波速的反映规律，可以间接判断出跨孔之间岩土体的特征和岩溶的发育规模，探测系统布设示意见图。图 地震波 技术探测系统布设示意 工程实例.工程基本概况沪昆高速铁路工程是我国规划的“四纵四横”快速客运网骨架之一，本次开展跨孔地震波 物探工作的是沪昆高铁韶河特大桥，桥中心里程为.，全长 .，桥址区地处丘间洼地及剥蚀丘陵区，地形起伏较大。勘察深度范围内所揭露的地层自上而下为第四系全新统堆积层、第四系全新统冲洪积层及第四系上更新统坡洪积层石炭系上中统灰岩，泥盆系上统灰岩、炭质灰岩、泥质灰岩。.勘察基本概况该桥定测阶段共完成 个钻孔原 号墩，未明显揭露岩溶，初步判断为岩溶弱发育区。补定测阶段该区域共完成 个钻孔，共计.，经过进一步的详细勘察，该区域岩溶强烈发育，地层情况极其复杂。原设计 号墩线溶率为 ，遇洞率为，溶洞洞径为.，洞顶高程为.，洞底高程为.，钻探揭示的溶洞多为无充填及半充填状态。进一步分析发现，该 号墩台处岩溶极其发育，严重影响原设计方案的可行性。为了进一步查明该墩台铁 道 勘 察 年第 期处岩溶的空间分布，经研讨，决定开展地震波 物探工作，对该区域地层结构及岩溶发育情况进行综合研究。.地震波 技术的应用情况采 用 型 浅 层 地 震 仪 台、型电火花震源 台、型高灵敏度 道声波探头 套，每个接收探头均采用 倍集成运算放大器实现阻抗匹配、抑制道间串扰。在使用地震波 技术进行勘探时，首先应对墩台的四角桩位进行钻孔勘探，并做好传感器和信号线的选择、埋设、保护及钻孔封闭等工作节。然后进行地震波 检测，在发射孔按.间距设置激发点，在接收孔按.间距设置接收点，收点进行接收，共计完成了两条地震波 剖面，见图。该工程桥梁墩台形状为长方形，尺寸为 ，桩间距为.。为准确地查明墩台下方的溶洞发育情况，需要一个合理、经济的地震波 布置方案。在该桥 号墩共布置 根桩基，孔深为 ，逐桩钻探；然后结合采用地震波 技术的综合勘探方法，共计完成 条地震波 剖面，减少钻孔布置至 个，钻孔、桩位及 透视平面布置示意见图。图 工程 号墩勘探孔及地震波 孔位布置后期结合钻探成果及管波探测成果对最终的跨孔地震波 探测成果进行解译，管波探测成果及地质柱状图见图。由图 可知，该物探技术可以很好地反映该区域岩溶的发育情况。规模在 以上的岩溶裂隙发育带或大型溶腔发育区，均可在解译成果中得到清晰地体现。同时对地震波 的解译成果与在解译范围内钻孔资料进行了进一步的复解工作，大部分波速异常区域均能在钻孔资料中得到验证。地震波 的解译原则为：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；再根据岩土层分类对波速影像进行地质解释。图 钻孔柱状图及管波解译成果最终进行剖面的绘制工作，可以将跨钻孔测试的地震波 波速的最终成像图结合钻探成果进行综合判释，绘制出指导性的地层剖面，为勘察区岩溶发育程度的分析及后期岩溶处理、桥梁桩基设计提供重要参考，跨钻孔地震波 测试解译地质剖面见图、图。.地震波 技术运用情况结果分析由图、图 可知，通过结合钻探及地震波 探测技术相关成果，较完整地反映了该墩台处地层及岩溶发育情况。对跨孔地震波 解译成果与钻孔管波物探及钻探成果进行综合分析，最终探测的岩溶结果地震波 技术在高铁岩溶勘察中的应用：崔竹刚图 地质剖面图 地质剖面符合率达到 以上。研究表明，通过地震波 技术，基本探明了溶洞在该墩台水平和垂直方向的发育情况，减少了重复的财力和物力消耗，节省了钻探费用。研究结果表明，该墩址区存在岩溶古溶槽，开工前及时进行了孔跨优化调整，进而避开古溶槽。设计方案调整的合理性在后期施工中得到了进一步验证，最终确保该工程的顺利进行。结论（）通过总结研究地震波 技术在相关领域的应用情况，认为地震波 技术在理论研究方面已经较为成熟，可以较好反映所探测体的波速反应特征。（）将地震波 技术尝试应用于沪昆高速铁路桥梁工程的桩基勘察中，很好地揭示了工程场址区的岩溶发育程度及溶腔、溶孔等的赋存情况，解译的精度可达到 左右。（）结合本工程 号墩台的地震波 和钻探勘察成果，综合分析研判该墩台处存在较大的古岩溶槽。经过慎重的研判，设计方案进行了针对性地孔跨调整，最终成功避开了该处重大不良地质体。（）被探测岩土体边界条件较为复杂，这就导致了其解译结果的多解性。后期需要结合钻探成果进行二次或多次复解，才能使物探成果更接近实际情况。同时需及时建立不同岩土体类型条件下的解译标准，以进一步提高解译的精度和效率。参考文献 吴茂林，胡富彭，胡雄武 城市地下空间地质异常体井间综合 探查 工程地球物理学报，（）：段宝平，何正勤，叶太兰 井间地震技术的研究现状及其工程应用前景 物探与化探，（）：邓逆涛，张千里，陈锋，等 跨孔地震 技术进展在桩基检测中的应用 铁道建筑，（）：喻春，段义敏，沈瑞文 井间电磁波 法在工程中的应用 西部探矿工程，（）：张平松，欧元超，李圣林 我国矿井物探技术及装备的发展现状与思考 煤炭科学技术，（）：许韬，彭功勋，柳杰，等 岩溶地区跨孔地震波 探测误差与孔距关系 中山大学学报（自然科学版）（中英文），（）：王猛，陈祥，宋海鸥，等 砖墙文物的地震波 检测 无损检测，（）：黄鑫磊 井间井地联合 成像技术研究 北京：中国矿业大学，扈本娜 弹性波 在混凝土防渗墙无损检测中的应用 水科学与工程技术，（）：吴平，刘鹏，吴学林 基于钻孔 溢洪道底部溶洞稳定性影响参数敏感性分析 水电能源科学，（）：赵武阳 跨孔地震波层析成像在岩溶探测中的应用研究 桂林：桂林理工大学，铁 道 勘 察 年第 期 王桦，纪洪广 跨孔直流电阻率法 勘探技术研究 地球物理学进展，（）：罗彩红，邢健，郭蕾 基于井间电磁 探测的岩溶空间分布特征 岩土力学，（）：何耀京 跨孔地震 在城市岩溶勘察中的应用 山东化工，（）：张莉，孙锐，李建 声波 技术在桥梁混凝土加固工程中的研究与应用 施工技术，（）：收稿日期：基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（）。作者简介：谢靖宇（），男，年毕业于长安大学土木工程专业，工商管理硕士，高级工程师，：。通信作者：朱 君（），女，年毕业于河海大学土木水利专业，工学硕士，：。文章编号：（）双排土芯钢板桩围堰变形特性研究谢靖宇 洪 钊 党星赛 李会军 朱 君 杨博文 黄 俊（.中交隧道工程局有限公司，南京；.河海大学土木与交通学院，南京；.苏交科集团股份有限公司，南京）摘 要：为研究双排土芯钢板桩围堰变形特性，以竺山湖隧道围堰工程为背景，对施工现场进行数据监测，同时利用三维数值模拟软件 建立了施工现场的三维模型。通过数值模拟，研究不同施工阶段钢板桩的变形情况及内力分布情况，并与现场监测数据进行对比，以进一步分析单根钢板桩受力变形的特征。研究表明：围堰变形主要集中在钢拉杆和钢板桩与土交界处，呈现为中间凸出的复合变形特征；围堰受力集中于钢拉杆支撑处以及背水面钢板桩与土交界处，其中围堰背水面钢板桩的堰脚处弯矩最大；迎水面钢板桩位移较小且桩顶产生向围堰内侧的位移，背水面钢板桩位移较大；抽水工序对钢板桩变形及内力影响最为显著。关键词：隧道；双排钢板桩；围堰；数值模拟法；变形特征中图分类号：；.文献标识码：开放科学（资源服务）标识码（）：（，；，；，）：，双排土芯钢板桩围堰变形特性研究：谢靖宇 洪 钊 党星赛等