【摘" " 要】：為了解決傳統(tǒng)鉆孔勘察方法有損、效率低、風(fēng)險高的問題，采用多道瞬態(tài)面波法對地鐵巖土進(jìn)行勘察，數(shù)據(jù)采集后開展分析處理，得到對應(yīng)的地層剖面；通過與鉆孔資料進(jìn)行對比分析，多道瞬態(tài)面波法應(yīng)用于地鐵巖土勘察的效果較好。

【關(guān)鍵詞】：多道瞬態(tài)面波法；巖土勘察；地鐵

Application of Multi-Channel Transient Surface Wave Technology on

Geotechnical Investigation of Subway

LI Hong， LYU Yaozhi， TAO Lei

（Tianjin Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co.Ltd.，Tianjin 300392，China）

【Abstract】：In order to solve the problems of damage， low efficiency and high risk of traditional borehole exploration methods， the multi-channel transient surface wave method is applied to subway geotechnical exploration. By using this method to analyze and process the data collected in the target work area， the corresponding stratigraphic profiles are obtained. Compared with the borehole data， the application of multi-channel transient surface wave method to the geotechnical investigation of Subway has a better effect.

【Key words】：multi-channel transient surface wave technology; geotechnical investigation; subway

地鐵修建前需要對城市環(huán)境下的巖土進(jìn)行勘察，部分特殊環(huán)境對勘察手段要求較高，傳統(tǒng)鉆孔揭示勘察方法受到限制，需開發(fā)其他的勘察方法[1]。多道瞬態(tài)面波勘探（以下簡稱“面波勘探”）是地震波勘探方法的一種。面波在層狀介質(zhì)中的傳播具有頻散特性，地震學(xué)理論已經(jīng)證明頻散特性對介質(zhì)的剪切波速度變化較為敏感，研究面波在地層中傳播速度，利用面波反演地層的剪切波速度，最后得到地層等速度剖面[2]。面波勘探方法包括穩(wěn)態(tài)面波法和瞬態(tài)面波法：穩(wěn)態(tài)面波法對采集設(shè)備要求高，成本也高，不適合廣泛應(yīng)用；瞬態(tài)面波采集方便、快速經(jīng)濟(jì)，分辨率高，適用場地小，應(yīng)用更廣泛。實(shí)際應(yīng)用中瞬態(tài)面波法常為連續(xù)多道的形式，多道瞬態(tài)面波技術(shù)應(yīng)用于巖土勘察具有較好的效果，有很好的工程應(yīng)用前景[3-9]。本文將多道瞬態(tài)面波技術(shù)應(yīng)用到地鐵巖土勘察。

1 瞬態(tài)面波勘探原理

在彈性介質(zhì)中，通過震源激發(fā)會產(chǎn)生彈性波，彈性波在介質(zhì)中以縱波和橫波形式呈球面狀傳播?？v波和橫波屬于體波，在地面設(shè)置檢波器，接收到的體波為縱波及橫波對應(yīng)的反射波和折射波?？v波及橫波在層狀介質(zhì)中傳播時，在表面干涉產(chǎn)生面波，不同于反射波、折射波，面波是一種表面波。面波振動方向與波的傳播方向垂直，即在垂直于波的傳播方向的平面內(nèi)振動，振動軌跡為橢圓。面波具有頻散特性，即面波速度隨頻率的變化而變化，在彈性均勻介質(zhì)中，面波傳播無頻散，在不均勻介質(zhì)中出現(xiàn)頻散現(xiàn)象，因此勘探中面波的速度變化反映了對應(yīng)不均勻地層的物理變化。一般面波的波長反映了勘探的深度，半個波長范圍內(nèi)面波的能量衰減最強(qiáng)，說明此波長對應(yīng)速度與半個波長范圍的地層物性相關(guān)。不同波長對應(yīng)不同深度，即反映垂向地層的物理性質(zhì)，相同波長反映地層水平方向的物理性質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過研究面波的速度得到對應(yīng)地層的物理性質(zhì)對地層進(jìn)行定性或定量解釋，達(dá)到勘察目的。

瞬態(tài)面波法又稱表面波頻譜分析法，將檢波器布置在地面上沿波的傳播方向，按一定距離[Δx]設(shè)置[n+1]個傳感器。當(dāng)錘頭敲擊地面時產(chǎn)生一個寬頻帶的脈沖信號，傳感器接收到瑞雷波在[n?Δx]長度范圍內(nèi)的傳播過程。設(shè)瑞雷波的頻率[fR]，相位為[Δφ]，相鄰傳感器記錄的瑞雷波的時差為[Δt]，則相鄰[Δx]長度內(nèi)瑞利波的傳播速度

地面上采用較大振幅的豎向沖擊振源，其中包含了豐富的頻率成分。由傅立葉變換將兩只與振源距離己知的檢波器信號作交叉功率譜和相干函數(shù)分析，由此求出瑞利波速度，進(jìn)而可以得出土層s波波速與深度的關(guān)系曲線。見圖1和圖2。

根據(jù)現(xiàn)場采集到的地震波數(shù)據(jù)，進(jìn)行地震波資料處理頻率譜密度分析，通過F-K算法提取頻散數(shù)據(jù)求取頻散曲線，通過頻散曲線能量的變化對層數(shù)和各層速度的變化范圍做出定性解釋，通過定量解釋確定各層的厚度并反演得到的分層剪切波速。選擇能量密度譜合成頻散數(shù)據(jù)，對頻散數(shù)據(jù)進(jìn)行剪切波反演分層，反演數(shù)據(jù)成剖面圖。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

天津軌道交通Z4線由中央大道進(jìn)入永定洲公園區(qū)間為高架線路，框架墩形式，場地條件不宜采用密集鉆孔揭示勘察方法。為查明該區(qū)域地層情況，采用面波勘探技術(shù)對框架墩BZS-XK36、BZS-XK38、BZS-XK39、BZS-XK41四個位置區(qū)域進(jìn)行勘探。

2.2 采集參數(shù)及數(shù)據(jù)處理

根據(jù)現(xiàn)場條件，按照表1采集參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對采集的面波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。見圖3。

通過對各測點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行反演、擬合，能夠得出各層位的波速數(shù)據(jù)及土層深度、厚度信息，各個面波勘探點(diǎn)頻散曲線集成可以得到測線下地層面波波速的二維分布圖。見圖4。

2.3 成果剖面

由于本區(qū)間原勘察過程已進(jìn)行了單孔法波速測試，已知各地層的波速情況，根據(jù)各測點(diǎn)速度反演結(jié)果，結(jié)合已知的各地層速度數(shù)據(jù)，對各測點(diǎn)底層進(jìn)行劃分，形成面波勘探映像地層剖面與單孔波速測試成果進(jìn)行對比。見圖5。

3 結(jié)論

多道瞬態(tài)面波在天津軌道交通Z4線的地質(zhì)勘察中，能進(jìn)行工程地質(zhì)分層，與鉆孔比較，瞬態(tài)面波法的映像具備反應(yīng)地層形態(tài)的功能。與勘察揭示方法相比，多道瞬態(tài)面波勘探技術(shù)具有快速、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)；能準(zhǔn)確反映和區(qū)分地下不同巖層的界面，指出其精確厚度和各層的波速，探測深度與精度能夠滿足地鐵巖土勘察工程的需要，所測波速能夠直接反映巖土的物理學(xué)性質(zhì)。值得注意的是，物探方法的多解性特征在本方法中仍然不可避免，剪切波速度反演的過程存在一定的偏差。較好的采集數(shù)據(jù)能夠輔助數(shù)據(jù)處理過程，這需要對參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集等方面盡量優(yōu)化，以達(dá)到減小偏差的目的。

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收稿日期：2023-05-08

課題項(xiàng)目：天津市重點(diǎn)研發(fā)計劃科技（20YFZCSN01080）

作者簡介：李鴻（1991 - ）， 男， 四川廣安人， 碩士， 工程師， 研究方向?yàn)楣こ涛锾健?/p>