微动勘探技术在城市轨道交通勘察中的应用

２０１９年　第４期（总第３０２期）

黑龙江交通科技

ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧＪＩＡＯＴＯＮＧＫＥＪＩ

Ｎｏ．４，２０１９

（ＳｕｍＮｏ．３０２）

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轨道交通

微动勘探技术在城市轨道交通勘察中的应用

王　淼，王　宁

（南京地铁建设有限责任公司，江苏南京　２１００００）

摘　要：将采用高保真度无线三维地震勘测数据采集系统，通过布设圆形台阵对微动数据进行采集，并且利用专业技术方法提取微动数据频散特性，全面反映出Ｓ波速度剖面。按照试验结果可以看出，在地磁环境探测和城市场地环境探测当中应用微动探测技术有利于数据采集，有效确保速度分层可靠性。关键词：微动勘探技术；城市轨道交通；勘探应用

中图分类号：Ｕ４９２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－３３８３（２０１９）０４－０１７８－０２

收稿日期：２０１８－１２－２５

作者简介：王淼（１９７６－），男，工程师，研究方向：地铁、工程管理。

１　微动勘探技术原理

１．１　数据采集

使用空间自相关法可以从微动信号的垂直分量中提取面波频散曲线，此时需要对系统台站沿圆周布设情况进行分析观察，并且在圆周上等间隔布设圆点，可以在圆心布置台站，共同形成圆形观测系统。圆形阵列半径为观测半径，可以对探测深度起到决定作用。一般来说，探测深度为观测半径四倍左右，中心点点距通常为５ｍ左右。在实际测量期间，需要使用多种圆形阵列实现组合观测。１．２　提取频散曲线

空间自相关法在对频散曲线进行提取的步骤如下：第一，将实际探测记录划分为不同数据段，将干扰比较大的数据段剔除，并且应用不同中心频率的窄带滤波器对不同数据段进行处理，有效提取出待分析频率成分。第二，分别计算不同频率的中心接收点及其在圆周上不同点之间的空间自相关系数，这次基础之上实行方向平均。第三，结合不同观测半径空间自相关系数能够获得频散曲线。１．３　反演频散曲线

此种反演方式于主动源面波法频散曲线反演方式一样，再将频散曲线从微动面波中提取除之后，就可以开始反演频散曲线，这样能够得到横波速度结构。

２　微动勘探技术特点分析

（１）微动勘探技术主要是通过人类活动和自然活动产生的震动来获取面波频散特性，这样能够对地下速度结构进行判断，应用环境噪音降低人工震源影响。所以在城市复杂环境当中已经广泛应用

微动勘探技术。城市交通量不会对观测结果造成

影响，还可以为微动勘探提供信号源。

（２）微动勘探技术不需要借助人工激发震源方式实现，所以不会影响周遭环境。在实际测试期间只需要对交通组织进行短时间管理控制，对生态保护也具有一定作用。

（３）可以通过面波频散曲线对地层横波速度结构进行判断，由于使用期间速度比较低，因此可以有效提升分辨率。

（４）有效结合钻孔和微动勘探技术，能够确保地下构造二维剖面的精确性。

（５）面波对于地层横向速度变化具有较高敏感性，因此，可以对地下孤石进行有效探测。

（６）相比于人工震源来说，微动勘探技术主要采用低频振动方式，联合使用数据采集系统，这样能够保证探测深度。按照台阵观测半径，可以将探测深度延伸至地下３ｋｍ深。３　应用实例分析

３．１　数据采集系统

此次试验主要采用高保真度，高分辨率且高性噪比的无限三维地震勘测数据采集系统。使用该种系统主要是借助数字化检波器，这样能够实现勘探数据采集的全数字化。在实际探测期间可以应用网络通讯技术，电子技术，智能数字化检波器以及软件技术等，这样可以将传感器输出感应信号有效转化为数字信号，能够处理常规地震探测仪所产生的检波器漏电，检波器模拟信号干扰，道间串音漏电，检波器信号衰弱以及地震反射信号影响。此外，应用该数字采集系统能够有效降低工频干扰影响，确保地震勘探数据采集的高分辨率，高保真度

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第４期王　淼，王　宁：微动勘探技术在城市轨道交通勘察中的应用总第３０２期

以及高信噪比。

无限三维地震勘探数据采集系统当中所具备的存储器单元集合了无线收发电路，全球定位系统模块以及存储器功能，其中全球定位模块能够实现的时间同步。该数据采集系统当中的智能检波器在完成接头是底壳交换之后，可以有效连接于低频地震摆，低频检波器，这样能够实现多分量多波数据采集。

数据采集系统可以长时间不间断地采集数据，此种优势能够确保其全面采集三维地震勘探数据，还可以有效监测地下岩层裂变引起的微震情况，有利于缩短勘探时间，实现长时间持续数据采集和存储，并做好相应数据处理工作。３．２　探测覆盖层厚度和基岩层形态

在城市轨道交通勘探工作当中，应用微动探测技术主要包括地下空洞探测，活动断裂探测、基岩页面形态探测以及覆盖层厚度探测，还有部分探测人员将微动探测技术应用到地层剪切波速测试，溶洞探测和孤石探测当中。对于上述探测内容来说，基岩面形态探测和覆盖层厚度探测能够直观反映出岩性的纵向变化和横向变化，不仅能够提供工程基岩面的起伏形态和埋深信息，还能够提供岩土层风化程度的评定信息。

如图１所示，

使用３６道数据采集节点布设检波器，其中数据采集节点主要采用２．５Ｈｚ检波器采

集数，其中２

０～３６数据道为空道，没有布设检波器，因此不会参与到数据处理当中。在检测期间布置边长为１０ｃｍ的两个原型观测台站，台阵探测深度能够达到４０ｍ，中心点点距为１０ｍ，这样能够有

效形成二维微动剖面观测系统。

图１　１０ｍ边长微动观测系统和检波器布设图

探测期间所采集参数设置如下，采样率为

２ｍｓ，采样时间为０．５ｈ，一共采集１５个记录，所有单个记录的长度为两分钟。在应用三维地震勘测数据采集系统在原始记录当中提取面波频散曲线，并反演频散曲线，这样能够获得Ｓ波速度剖面图。从微动探测和钻孔层底深度资料的对比分析能够得出，微动探测的误差最大可以达到４．３％，并且可以将整体误差值控制在５％以内，此时所使用的微

动探测能够全面反映出地层层底深度。３．３　探测地下孤石

地层深处所产生的孤石主要是由于花岗岩遭受不均匀风化残留的风化核，普遍存在于我国南方地区。孤石埋藏分布具有随机性特点，并且形状和大小均不一致。在地铁地下施工期间会相应增加盾构施工难度，并导致整体施工过程存在安全隐患。在花岗岩残积层中遇到孤石情况时，会极大增加盾构掘进难度，无法有效控制盾构机姿态，导致刀盘磨损或严重变形，极大影响工程建设质量。

使用二维微动剖面技术对地下孤石进行探测，并且能够联合探孔资料划分岩性层，全面解释孤石。下图为某城市轨道孤石探测结果，隧洞洞身范围内黑色方框区域内属于高速异常区，相比于隧道其他区域来说，该区域速度比较高，由此结果能够判断出区域内存在高密实度且块石量比较大的不良地质体，再经过钻孔验证之后与本次研究结论一

致。

图２　某地铁线路孤石探测

４　结束语

综上所述，微动探测技术不会受到探测场地的

影响，可以在较大交通组织量，钻探难度大以及建筑物密集区域进行探测，尤其可以应用在电磁环境和城市复杂环境中的地质体探测。微动探测技术

的小半径台阵能够高达４

０米探测深度，这样能够满足城市轨道交通探测深度需求，并且不会对探测场地造成影响，属于具备极高探测价值的物理探测技术。在地磁环境探测和城市场地环境探测当中应用微动探测技术有利于数据采集，有效确保速度分层可靠性。因此在城市地铁探测过程中可以推广使用微动勘探技术。

参考文献：

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［２］　王科伟，张艳涛，石佳．城市轨道交通水平定向勘探施

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应用［Ｊ］．浙江建筑，２０１６，３３（６）：２１－２５．

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