長(zhǎng)昆高鐵隱伏巖溶檢測(cè)技術(shù)

長(zhǎng)昆高速鐵路，也被稱(chēng)為長(zhǎng)昆高速鐵路，從長(zhǎng)沙南到昆明以南，長(zhǎng)昆高鐵專(zhuān)業(yè)線位于長(zhǎng)沙至昆明的河段內(nèi)。長(zhǎng)昆高鐵預(yù)計(jì)總投資1601.4億元,橫跨湖南、貴州、云南3省,全長(zhǎng)1167km,設(shè)計(jì)時(shí)速為每小時(shí)350km。這條鐵路客運(yùn)專(zhuān)線架起了我國(guó)東、中、西部快速通道。2010年開(kāi)工建設(shè),2016年計(jì)劃開(kāi)通長(zhǎng)沙至盤(pán)縣段。為了保證長(zhǎng)昆高鐵的順利開(kāi)通,我們對(duì)貴陽(yáng)至盤(pán)縣段的隧底和路基進(jìn)行了隱伏巖溶的檢測(cè)。采用的方法主要是隧底和巖質(zhì)路基段采用地震映像法,路堤段采用面波法。地震映像法和面波是近10年來(lái)用于探測(cè)淺部介質(zhì)中縱、橫向不均勻體(構(gòu)造、洞穴、障礙物、非金屬管道、巖溶、土壩中蟻穴及空洞、地裂縫與疏松帶、滑坡體等)有效方法。地震映像,又稱(chēng)高密度地震勘探和地震多波勘探。它是基于反射波中的最佳偏移距技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種常用淺層勘探方法。這種方法可以利用多種有效波來(lái)進(jìn)行探測(cè),也可以根據(jù)探測(cè)的目的要求采用一種特定的波作為有效波。除常見(jiàn)的反射波、折射波、繞射波外,還可以利用有一定規(guī)律的面波、橫波和轉(zhuǎn)換波。在這種方法里,每一測(cè)點(diǎn)的波形記錄都采用相同的偏移距激發(fā)和接收。在該偏移距處接收到的有效波具有較好的信噪比和分辨率,能夠分辨出地質(zhì)體沿垂直方向和水平方向的變化。地震映像可以用波形圖或彩色振幅圖顯示結(jié)果,同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的解釋分析,數(shù)據(jù)處理可以在時(shí)間、空間和頻率域中進(jìn)行,圖示直觀。目前一些地震儀器中已采用了特殊的數(shù)據(jù)采集技術(shù)、可以方便快速地獲得地震映像記錄。地震映像方法特點(diǎn):數(shù)據(jù)采集速度快,但抗干擾能力弱,勘探深度有限;資料解釋中可以利用多種波的信息,即有效波不但是反射波,還可以是折射波、面波、繞射波?；蛲瑫r(shí)有兩種和三種有效波能夠反映地下地質(zhì)條件變化;探測(cè)目標(biāo)單一,只需研究橫向地質(zhì)情況變化,如果探測(cè)層數(shù)較多時(shí),不容易確定最佳偏移距;由于每個(gè)記錄道都采用了相同的偏移距,地震記錄上的時(shí)間變化主要是地下地質(zhì)異常體的反映,這給資料解釋帶來(lái)了極大的方便,可直接對(duì)資料解釋帶來(lái)了極大方便,可直接對(duì)資料進(jìn)行數(shù)字解釋,如數(shù)字濾波、時(shí)頻分析和相關(guān)分析等。1巖石勘探理論1.1地震鏡頭法測(cè)量地震映像法,又稱(chēng)地震共偏移距法,是以相同的小偏移距逐步移動(dòng)測(cè)點(diǎn)接收地震信號(hào),對(duì)地下地層或目標(biāo)體進(jìn)行連續(xù)掃描,利用地震波信息(如傳播時(shí)間、頻率、振幅、相位等)來(lái)探測(cè)地下介質(zhì)變化的工程地震方法。在地震映像測(cè)量過(guò)程中,激發(fā)后在接收點(diǎn)用單個(gè)檢波器接收,儀器記錄后,激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)同時(shí)向前移動(dòng)一個(gè)測(cè)點(diǎn)距,重復(fù)上述步驟獲得地震映像時(shí)間剖面。地震映像法采用地震儀及配套電纜、檢波器、采集處理軟件進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集,采用100Hz的檢波器接收,震源采用18磅大錘,錘擊墊板,單邊激發(fā),偏移距根據(jù)試驗(yàn)確定,一般為3~10m。儀器參數(shù)為:采樣點(diǎn)數(shù)為2048個(gè),采樣率為0.1ms,濾波方式為全通。該方法采集數(shù)據(jù)速度快、分辨率高、信噪比高,電磁波干擾無(wú)影響,可利用多波信息對(duì)探測(cè)目標(biāo)體進(jìn)行識(shí)別和分析。地震映像剖面反映了地下地質(zhì)體的連續(xù)變化,保留了地震波動(dòng)力學(xué)特征,對(duì)研究橫向地質(zhì)變化效果較好(圖1、圖2)。1.2野外數(shù)據(jù)采集瞬態(tài)面波法通過(guò)瑞雷波的特性,一是瑞雷波有變異介質(zhì)中傳播時(shí)的頻散特性;二是瑞雷波傳播速度與介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)的密切相關(guān)性,獲得的不同深度上介質(zhì)的速度參數(shù),從而推測(cè)介質(zhì)的物質(zhì)及結(jié)構(gòu)屬性。多道瞬態(tài)瑞雷面波法是面波法技術(shù)的主要應(yīng)用模式,其常規(guī)數(shù)據(jù)采集一般以一個(gè)共炮點(diǎn)的多道面波排列為一個(gè)面波測(cè)點(diǎn),按一定的測(cè)點(diǎn)間隔依次移動(dòng)排列,從而得到多個(gè)共炮點(diǎn)的面波記錄。數(shù)據(jù)處理時(shí),對(duì)每一個(gè)共炮點(diǎn)面波記錄進(jìn)行單獨(dú)頻率域處理,最后綜合全部測(cè)點(diǎn)處理結(jié)果形成一條面波剖面解釋成果圖。瞬態(tài)瑞雷波法采用地震儀及配套電纜、檢波器、采集處理軟件進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集,每個(gè)測(cè)點(diǎn)采用12道4Hz的低頻檢波器接收,道間距2m,震源采用18磅大錘,錘擊墊板,單邊激發(fā),偏移距根據(jù)試驗(yàn)確定,一般為3~10m。儀器參數(shù)為:采樣點(diǎn)數(shù)為2048個(gè),采樣率為0.1ms,濾波方式為全通。該方法探測(cè)深度一般地質(zhì)條件下可達(dá)到15~20m,激振能量合適時(shí)可達(dá)到30~40m,且分辨率較高,電磁波干擾無(wú)影響;但如果點(diǎn)距較密時(shí),效率較低。見(jiàn)圖3、圖4。在地面以瞬時(shí)沖擊力激發(fā)面波,并沿直線接收、記錄,然后對(duì)所采集的面波波形進(jìn)行處理得到該點(diǎn)的頻散曲線,當(dāng)下面存在溶洞時(shí),在溶洞時(shí)程的相應(yīng)位置處便會(huì)出現(xiàn)速度陡降等現(xiàn)象,原理如圖2。2注意高度統(tǒng)計(jì)在軌道前后各層內(nèi)的地方主要采集點(diǎn)設(shè)置巖溶隧道、路基基底在巖溶發(fā)育段落探測(cè)測(cè)線沿線路方向按照單線鐵路2條(軌道中線1條,軌道兩側(cè)交替探測(cè))布置;雙線鐵路布置測(cè)線2條(左、右線的軌道中線各布置1條)。全段分5個(gè)檢測(cè)標(biāo)段,地震映像、面波、高密度電法合計(jì)工作量316km。共檢測(cè)出物探異常974個(gè),溶洞11個(gè),破碎帶963個(gè)。驗(yàn)證鉆孔67個(gè),14個(gè)揭示溶洞或溶槽,其余鉆孔揭示物探異常極破碎、破碎或局部破碎。2.1地面鉆孔的dk644+400.5圖5為關(guān)口寨隧道第一類(lèi)物探異常與鉆探驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比圖,異常里程段為左中線:D1K744+372~D1K744+385,圖中左側(cè)為地震映像剖面圖,中間為異常邊部D1K744+375.5驗(yàn)證孔巖芯照片,右側(cè)為異常中心處D1K744+380.5驗(yàn)證孔巖芯照片。異常邊部D1K744+375.5驗(yàn)證孔揭示:0~2m為人工填混凝土,2~6.7m為灰?guī)r破碎帶,6.7~18.9m為弱風(fēng)化灰?guī)r。異常中心D1K744+380.5驗(yàn)證孔揭示:0~2m為人工填混凝土,2~8.2m為碎石土充填溶洞,8.2~19.6m為弱風(fēng)化灰?guī)r。異常中心及邊部施工鉆孔揭示該異常主要為溶洞的反映,異常中心部位揭示為碎石土充填溶洞(深度:2~8.2m),異常邊部主要為破碎帶(深度:2~6.7m)的反映。2.2結(jié)構(gòu)異常驗(yàn)證孔圖6為填方路堤低速異常與鉆探驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比圖,圖6(左)為瞬態(tài)面波法速度斷面圖,圖6(右)為異常中心D1K774+487(右線)左側(cè)2.2m異常驗(yàn)證孔巖芯照片。異常中心D1K774+487(右線)左側(cè)2.2m異常驗(yàn)證孔揭示:0~9.6m為人工填碎石土,9.6~11.8m為粉質(zhì)黏土,11.8~12.2m為弱風(fēng)化灰?guī)r,12.2~13.9m為溶洞、粉質(zhì)黏土充填,13.9~20m為灰?guī)r,節(jié)理、裂隙發(fā)育,巖芯較破碎,20.0~25.4m為白云巖,節(jié)理發(fā)育、巖芯極破碎,呈角礫狀。速度斷面圖由淺至深總體表現(xiàn)為高速、低速、高速的分層特征,為由淺至深相對(duì)高速人工碎石土層、低速覆蓋層、高速基巖的反映。里程段D1K774+484~D1K774+493、深度12~20m范圍內(nèi)呈凹槽狀異常區(qū)速度值介于300~500m/s、低至約300m/s,兩側(cè)背景區(qū)速度值介于800~1200m/s,異常驗(yàn)證孔揭示該低速異常區(qū)為溶洞、基巖破碎的反映。3長(zhǎng)昆高鐵巖溶檢測(cè)本次工作檢測(cè)出物探異常974個(gè),溶洞11個(gè),破碎