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歐美大地 工程案例
跨孔地震層析成像在近海巖溶勘察中的應用
發布時間:2023-03-15 瀏覽次數:2506 來源:歐美大地


跨孔地震層析成像在近海巖溶勘察中的應用


巖溶隧道勘察難度大,施工風險極高,能否準確地探測巖溶的分布特征直接關系到施工的成敗。地震波跨孔CT操作簡便、分辨率高、準確性好,但在海域還沒有工程先例。以大連某海域巖溶勘察為例,介紹了地震波跨孔CT層析成像的原理、工作方法及應用效果,結果表明跨孔地震波CT 層析成像技術在海域巖溶勘察中具有較高的精度和可信度。


跨孔層析成像原理與實驗設備


地震波跨孔層析成像(C T ) 是一種地下物探方法。該方法優點在于分辨率高,對低速異常敏感,主要用于地下精細結構的探測。

在實際操作中,一般采取一發多收扇形穿透的形式,一個孔內放置高頻聲源(例如電火花震源)。另一個孔內固定住一串檢波器(水聽器),通過震源向井下移動并在每一處理想的深度位置逐點激發,釋放地震波。


通過對觀測到的彈性波各種震相的運動學(走時、射線路徑)和動力學(波形、振幅、相位、頻率)資料的分析,進而反演地下介質的結構、速度分布及其彈性參數等重要信息,其反演方法的使用前提是地下目的物與周圍的巖土體有明顯的波速差異。




項目場地與鉆孔布置


大連某大直徑盾構跨海隧道工程,隧道主要穿過中風化白云巖、中風化板巖及輝綠巖脈,覆蓋層主要為黏性土。

跨海段盾構區間全長2870m,其中灰巖段長度約1500m,巖溶現象非常發育,詳勘鉆孔共揭示溶洞172個,平均洞高2.35m,最大洞高15m,鉆孔見洞率高、發育形態復雜,基巖頂板埋深變化較大,因而僅用地質鉆探的方法已無法詳細、準確地查明巖溶的發育和分布情況。



按照沿隧道兩側外邊緣3m,孔間距11m布置鉆孔,每4個鉆孔為一組測試孔,布置6條測線。鉆孔探測深度低于隧道底板以下5m,在此深度范圍內遇溶洞時,進入溶洞底板以下5~10m,即孔深一般應低于隧道底板15~20m。


海洋環境下的施工與成孔要求


海洋環境下進行地震波CT測試受干擾因素多,如潮汐、測試船只錨固、風浪等。測試過程中測試船只應穩固,同時應隨時監測潮汐漲落,注意套管與船只關系,保護人員及儀器設備安全。強風浪對原始數據采集有較大干擾,在強風浪情況下應暫停。

現場測試鉆探成孔時應盡量垂直,測試預計深度一般在隧道底板3~5m,鉆孔深度應大于預計測試深度,一般超過5m左右,在此深度遇有溶洞應穿過溶洞,成孔后應保證孔壁的盡量光滑,孔底盡量干凈,避免對測試造成干擾。

在鉆孔時采用鋼管護壁,測試前應下PVC管,管徑比測試探頭大,以確保探頭好下,同時PVC管之間應用膠水粘好,同時用螺絲加固,確保在測試過程中不脫落,PVC管材質要好,避免在震源發射時炸裂,造成探頭埋住等事故。


測試成果及分析


下圖為可能塌陷區CT層析成像及地質解釋圖,淺色為低速區,深色為高速區,可見一V字漏斗型溶蝕溝槽存在,地下工程在施工過程中,上覆覆蓋層受下部工程施工擾動,水土極易失穩沿溶蝕溝槽流失,形成地面塌陷,危害施工安全

    



下圖為特大溶洞的地震波CT層析映像圖,該溶洞可能造成盾構失穩、栽頭等重大施工事故。




本次巖溶勘察共發現大小溶洞689個,其中451個是通過跨孔CT測試分析出來的,最大洞高30m,在后期巖溶注漿處理及盾構施工過程中,地震波CT層析成像解釋成果均得到較好的驗證。

 

結論

工程實踐表明,在海域巖溶發育地區進行巖溶專項勘察時,海水富含電解質,更有利于電火花探頭的瞬間充分放電,采用跨孔地震波CT層析成像方法準確而有效。同時需要注意的是,巖溶充填物一般為黏性土,其與水的波速差別不大,跨孔地震波CT層析成像不能識別巖溶充填情況。實際勘察中應采用地質鉆孔與跨孔CT相結合綜合分析。


跨孔地震層析成像設備推薦


德國Geotomographie出品的IPG跨孔層析成像系統,是目前業內主流的0-400m深度工程跨孔地震層析成像系統。主要由IPG5000震源供能器,SBS42孔中P波震源及BHC5水聽器鏈組成,該系統在400m以淺范圍的充水孔內實現跨孔層析成像探測。 


其中,IPG5000脈沖發生器和SBS42孔中P波震源組成的震源系統,具有1.快速測量(每分鐘最快10次以上);2.信號穩定性(重復性);3.安全性好;4.可操作深度較大(400m)等特點。而BHC5水聽器鏈,具有精度高,頻帶寬,可訂制參數,內置合成信號測試等特點,近年來在國內有較好的接受度。


詳情請參照官網http://www.riyueboaijia.com/


                                                                          


IPG5000脈沖發生器                                                                     SBS42孔中P波震源                                                        BHC5水聽器鏈





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