李萬(wàn)欽

[摘 要]從媒體勘探技術(shù)應(yīng)用出發(fā)，基于城市土木工程地質(zhì)勘探的工程實(shí)際需要，分析了淺層地震勘探技術(shù)、微動(dòng)勘測(cè)技術(shù)以及橫波地震勘探技術(shù)在城市土木工程勘測(cè)中的應(yīng)用，展現(xiàn)了煤炭地質(zhì)勘探技術(shù)對(duì)城市土木工程的影響。

[關(guān)鍵詞]煤炭勘探；城市地質(zhì)；土木工程

[中圖分類(lèi)號(hào)]F426.21；P228.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1005-6432（2014）20-0072-02

1 概 述

煤炭地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探中所采用的相關(guān)技術(shù)，例如微動(dòng)技術(shù)、淺層地震勘探技術(shù)以及橫波地震勘探技術(shù)等，在煤炭地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探以及煤層結(jié)構(gòu)處理過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用，對(duì)煤層落差、斷層、褶皺等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的探明，為保證煤田開(kāi)采計(jì)劃順利進(jìn)行、確保煤田產(chǎn)量、保證煤田安全生產(chǎn)具有重要作用。由于城市土木工程建設(shè)過(guò)程中同樣需要對(duì)地層結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析，尤其是隨著城市高層建筑數(shù)量的增加，城市住宅建筑建設(shè)過(guò)程中需要對(duì)地基結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識(shí)。為了提高城市建筑工程的安全穩(wěn)定性，在城市土木工程建設(shè)過(guò)程中使用合適的煤炭勘探技術(shù)，對(duì)保證城市土木工程建設(shè)的安全穩(wěn)定有重要作用。因此，本文從幾種典型的煤炭勘探技術(shù)出發(fā)，探討煤炭勘探技術(shù)在城市土木工程中的應(yīng)用，展現(xiàn)煤炭勘探技術(shù)對(duì)城市土木工程地質(zhì)勘探的影響。

2 煤炭勘探工程中的典型技術(shù)

2.1 淺層地震勘探技術(shù)

淺層地震彈性波探測(cè)技術(shù)的發(fā)展與地球物理力學(xué)、巖土工程的發(fā)展等直接相關(guān)，而且隨著相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，淺層地震彈性波探測(cè)技術(shù)不但在煤炭地質(zhì)勘探中得到了大量應(yīng)用，而且在城市土木工程建設(shè)中也得到了一定的使用。淺層地震彈性波探測(cè)技術(shù)包括地震反射波法、波速測(cè)量井、折射波法、地脈動(dòng)測(cè)試方法、樁基檢測(cè)方法以及多波地震映像方法等測(cè)試方法。另外，還有我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的多道瞬態(tài)面波法，該方法通過(guò)使用頻散特性以及傳播速度與地層巖土特性的相關(guān)方法來(lái)解決地質(zhì)勘探中存在的相關(guān)問(wèn)題。當(dāng)采用高密度的地震圖像處理技術(shù)時(shí)，通過(guò)使用縱向反射法單點(diǎn)激震、多點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的方式，在相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件的支撐下，使得地下剖面能夠以彩色形式展示出來(lái)，而且勘察效率很高。

2.2 微動(dòng)勘測(cè)技術(shù)原理

微動(dòng)勘測(cè)過(guò)程中所應(yīng)用的信號(hào)形態(tài)以及微動(dòng)振幅等都是隨著所測(cè)量的時(shí)間、空間而不斷變化的。但是，在對(duì)應(yīng)的時(shí)間和空間內(nèi)，微動(dòng)測(cè)量技術(shù)又具有一定程度的穩(wěn)定性，所以可以采用具有時(shí)空屬性的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程對(duì)該現(xiàn)象予以描述。煤炭勘探技術(shù)中的微動(dòng)勘探技術(shù)將平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程理論作為基礎(chǔ)，從測(cè)得的微動(dòng)信號(hào)當(dāng)中得到相對(duì)應(yīng)的面波波頻曲線(xiàn)，再通過(guò)對(duì)應(yīng)的反演得到地層結(jié)構(gòu)中彈性波的速度結(jié)構(gòu)。

2.3 橫波地震勘探技術(shù)

淺層橫波地震勘探過(guò)程中，波速通常控制在縱波速度的0.2～0.6倍，因?yàn)闇\層橫波具有傳播速度較低、波長(zhǎng)較短的特點(diǎn)，使其得到的勘探結(jié)果具有較高的分辨率，這對(duì)于淺層地質(zhì)勘探具有十分重要的意義。從國(guó)內(nèi)研究結(jié)果以及工程應(yīng)用來(lái)看，這對(duì)于城市土木工程勘探中的淺層斷裂勘測(cè)以及不同工程地質(zhì)分區(qū)等有一定的作用。尤其是在城市防震規(guī)劃、地震安全性能評(píng)估、建筑工程地址選擇、地基工程勘探等中有重要應(yīng)用。實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)與鉆探工程合理配合，是工程地質(zhì)勘探以及淺層地質(zhì)勘探的有效手段。

在城市土木工程勘探過(guò)程中，為了避免地震帶來(lái)的危害性與破壞性，需要對(duì)城市內(nèi)潛在的活動(dòng)斷層位置及地層結(jié)構(gòu)屬性進(jìn)行查明，這對(duì)于城市土木工程的防震減災(zāi)以及城市土木工程的應(yīng)用可靠性有一定的作用。

3 煤炭勘探技術(shù)在城市土木工程中的應(yīng)用

3.1 淺層地震勘探技術(shù)在城市人防工程中的應(yīng)用

3.1.1 地震映像技術(shù)在城市人防工程勘探中的應(yīng)用

某市區(qū)中有一座山洞，該山洞在新中國(guó)成立前作為人防工程使用，屬于一個(gè)天然的溶洞，且洞內(nèi)地形復(fù)雜，小型溶洞四通八達(dá)，洞內(nèi)總長(zhǎng)累積數(shù)千米。隨著該人防工程的建設(shè)改革，建設(shè)部門(mén)將其規(guī)劃成為餐飲與娛樂(lè)場(chǎng)所。按要求，在對(duì)該溶洞勘察的過(guò)程中，首先是摸清勘測(cè)區(qū)域下部10m范圍內(nèi)存在溶洞的情況。由于探測(cè)區(qū)域都是裸露的灰?guī)r，而且覆蓋有少部分的碎石，因此勘探工作中擬采用地震映像技術(shù)。

勘測(cè)過(guò)程中，因?yàn)闄z波器不能直接插入其中，因此采用石膏進(jìn)行固定處理，且檢波設(shè)備是頻率為4.5Hz的專(zhuān)用低頻檢波設(shè)備。因?yàn)槭艿綀?chǎng)地的限制，而且探測(cè)深度較淺，將偏距設(shè)置為5m，并采用直接在巖面錘擊作為勘測(cè)振源?？睖y(cè)過(guò)程中，對(duì)每一條溶洞進(jìn)行兩條測(cè)線(xiàn)觀測(cè)，并勘測(cè)得到其中一個(gè)溶洞出現(xiàn)異常，發(fā)現(xiàn)其中波形經(jīng)過(guò)多次反射，且層狀清晰，推斷其中存在溶洞，且洞內(nèi)充填了土壤。后續(xù)的具體施工驗(yàn)證了該推斷。

3.1.2 城市土木工程地基勘探應(yīng)用

在城市工民建的工程勘察過(guò)程中，為了保證施工速度，提高工程建設(shè)的整體質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)回收效益，在工程勘探過(guò)程中采用煤炭勘察中的鉆探與面波勘探相結(jié)合的方式進(jìn)行地基勘探，不但滿(mǎn)足工程建設(shè)需要，而且節(jié)省了大量的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)投入。

例如，在對(duì)某市的城市安居工程建設(shè)過(guò)程中，需要對(duì)地基進(jìn)行勘察，采用了地基面波勘探技術(shù)。因?yàn)樵摻ㄔO(shè)工程勘察時(shí)舊房沒(méi)有拆除，通行空間限制了鉆機(jī)的進(jìn)入，給工程勘探帶來(lái)了麻煩。為此，勘察過(guò)程中采用了煤炭勘探中常用的方式，即在勘察區(qū)域設(shè)置四個(gè)面波勘探點(diǎn)、三個(gè)釬探孔進(jìn)行勘察，將其中兩個(gè)釬探孔作為面波點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果。通過(guò)分析該面波點(diǎn)資料，測(cè)試得到頻散曲線(xiàn)的各個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)與釬探勘察得到的地層界限吻合，最大誤差在0.3m以下，滿(mǎn)足了地質(zhì)勘察的基本要求。按照實(shí)際面波頻散曲線(xiàn)巖性的具體分層情況，可以對(duì)工民建的地基類(lèi)別進(jìn)行具體分析。

在勘察過(guò)程中，測(cè)試得到地基的等效剪切波速為291.5m/s，是中硬場(chǎng)地土質(zhì)，且場(chǎng)地類(lèi)別是Ⅱ類(lèi)。之后可以根據(jù)勘察特征周期，結(jié)合該區(qū)域的抗震烈度設(shè)計(jì)分組情況并由場(chǎng)地的具體類(lèi)型查表得到Tg為0.4s。同時(shí)，還可以采用對(duì)剪切波速與飽和砂土地層的比值來(lái)確定地層的液化狀況，確定該地基0～16m范圍內(nèi)沒(méi)有液化情況。

3.2 微動(dòng)勘探技術(shù)應(yīng)用于土木工程的應(yīng)用特點(diǎn)

城市土木工程勘察中使用微動(dòng)勘察技術(shù)具有如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

首先，工程勘察所采用的設(shè)備較為簡(jiǎn)單，且操作起來(lái)十分方便、快捷。通常在勘察施工中可以使用三臺(tái)以上的設(shè)備進(jìn)行地震勘察。若施工中采用七臺(tái)地震儀按照二重同心型正三角形進(jìn)行排列組合時(shí)，只需要3～5個(gè)工作日就可以勘察得到地層深度為數(shù)百米的橫波速度分布情況。

其次，勘察施工對(duì)施工環(huán)境的要求較低，尤其適合人口十分密集的城市土木工程施工。由于微動(dòng)技術(shù)與通常所采用的反射法勘探技術(shù)相差較大，城市中行駛的車(chē)輛、噪聲等不僅不會(huì)影響勘察結(jié)果，還可以為勘察施工提供更加豐富的信號(hào)來(lái)源。

再次，微動(dòng)勘探技術(shù)是典型的被動(dòng)式勘探方法，其對(duì)勘探環(huán)境不會(huì)構(gòu)成任何影響，十分適合城市土木工程勘探中環(huán)境復(fù)雜、障礙物較多的工程勘察。

最后，采用微動(dòng)勘探技術(shù)能夠得到可靠性較高的勘察結(jié)果，而且分辨率較高，在與鉆孔技術(shù)結(jié)合之后，可以得到地層中清晰的二維，甚至三維結(jié)構(gòu)圖形。從具體的施工應(yīng)用情況來(lái)看，通過(guò)微動(dòng)勘探技術(shù)得到的地層構(gòu)造與測(cè)井方法得到的結(jié)果吻合度較高。

3.3 橫波地震勘探技術(shù)在城市土木工程中的應(yīng)用

以某次在市區(qū)及周邊的城市土木工程勘探工作為例，因?yàn)槭袇^(qū)范圍內(nèi)環(huán)境噪聲較大，因此在采用橫波地震勘探技術(shù)時(shí)難以排除其對(duì)勘探結(jié)果的影響。而在郊區(qū)施工時(shí)，所受到的噪聲影響較小。同時(shí)，考慮到對(duì)干擾信號(hào)的控制，需要提高地震信號(hào)資料的信噪比，這時(shí)需要采用抗干擾能力更強(qiáng)的橫波勘察設(shè)備、技術(shù)。雖然所采用的橫波勘探技術(shù)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，但是城市中較強(qiáng)的環(huán)境噪聲還是會(huì)使得測(cè)試的信噪比下降，因此在施工過(guò)程中需盡量避開(kāi)車(chē)流高峰期。

在勘察過(guò)程中，可以將地震測(cè)線(xiàn)沿著市區(qū)街道或者是城鄉(xiāng)結(jié)合部的街道予以布置，考慮到這些地方都是硬化處理了的混凝土路面或者是柏油路面，使得地震波的激發(fā)、接收等都較為困難，在實(shí)際的施工過(guò)程中可以適當(dāng)增加激振次數(shù)，并通過(guò)特制的能量耦合板增加所激發(fā)能量的下傳量。當(dāng)不能在混凝土路面或者柏油路面設(shè)置檢波器時(shí)，則可以將檢波器的尾椎去除，并將之固定于一個(gè)特制的金屬板上，再將之置于路面，同樣可以獲得良好效果。

4 結(jié) 論

煤炭地質(zhì)勘探所采用的技術(shù)及方法在城市土木工程勘探中同樣有相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，在應(yīng)用過(guò)程中必須考慮到城市土木工程地質(zhì)勘探的具體特點(diǎn)，例如城市噪聲干擾等因素，采取包括淺層地震勘探技術(shù)、微動(dòng)勘測(cè)技術(shù)以及橫波地震勘探技術(shù)在內(nèi)的勘察技術(shù)，都可以獲得良好的勘察效果。

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