地震散射技術(shù)孤石勘查應(yīng)用
目前，有許多方法進(jìn)行孤石預(yù)測(cè)，但預(yù)測(cè)效果的評(píng)價(jià)往往被忽視，本文以橫琴馬騮洲隧道為例，采用地震散射勘探技術(shù)進(jìn)行水上地震勘探，并對(duì)勘探結(jié)果進(jìn)行鉆探驗(yàn)證及爆破處理，進(jìn)而對(duì)勘查效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。結(jié)果表明，地震散射勘探技術(shù)結(jié)合鉆探及爆破修正，可以較為準(zhǔn)確的查明隧道埋深范圍內(nèi)存在的孤石，為隧道安全施工提供科學(xué)依據(jù)。
圖2 隧道工程位置
地震散射技術(shù)勘探結(jié)果
地震勘探區(qū)長(zhǎng)300m，寬60m。沿隧道軸向測(cè)線間距2m，線內(nèi)炮點(diǎn)距1m，施工10040炮，炮點(diǎn)形成2m x 1m網(wǎng)格?？碧絽^(qū)內(nèi)松散地層的波速在1400m/s左右；全風(fēng)化花崗巖波速在1400-1800m/s范圍，強(qiáng)風(fēng)化巖波速介于1800-2400m/s之間，超過2400m/s的巖體為中等風(fēng)化巖。孤石的波速界限定為2400m/s，它的強(qiáng)度與中等風(fēng)化巖相近。
勘探結(jié)果表明，測(cè)區(qū)內(nèi)大多數(shù)地段基巖的高程在-40m到-38m左右。隧道的最大埋深的高程為-34m?？碧綀?bào)告中將高程在-33m以上的高速巖體統(tǒng)稱為孤石，包括基巖突起和風(fēng)化殘留巖體。地震勘探發(fā)現(xiàn)67處孤石，其中在隧道范圍內(nèi)的有25處。
爆破鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
爆破處理驗(yàn)證
海底孤石爆破處理是確保隧道盾構(gòu)機(jī)安全掘進(jìn)的關(guān)鍵措施。
孤石平面分布區(qū)的對(duì)比結(jié)果
爆破處理的鉆孔沿隧道布置，終孔深度在-32m到-34m范圍，控制隧道底界面。圖4中的紅色點(diǎn)是揭露到孤石的鉆孔平面位置，藍(lán)色未揭露孤石。鉆探揭露的孤石集中分布在7個(gè)區(qū)內(nèi)?，F(xiàn)對(duì)孤石區(qū)的分布及與物探結(jié)果的吻合情況進(jìn)行分析。
沿西線隧道分布有3個(gè)孤石區(qū)，分別名命為W1、W2和W3區(qū)，其中W1區(qū)范圍較大，從WK2+520到+560，長(zhǎng)度約40m左右；W2區(qū)規(guī)模較小，以WK2+610為中心，長(zhǎng)度10m左右；W3區(qū)分布范圍在WE2+680到+700，長(zhǎng)約20m左右。
沿東線隧道也有3個(gè)孤石區(qū)，分別命名為E1、E2和E3。其中E1的范圍較大，從EK2+520到+560，長(zhǎng)約40m；E2的規(guī)模次之，范圍在EK2+630到+660，長(zhǎng)度約30m；E3的規(guī)模最小，僅在EK2+695附近揭露。
圖4 爆破孤石區(qū)分布
在兩隧道之間發(fā)現(xiàn)M1孤石區(qū)，位置在EK2+690到+710范圍內(nèi)，長(zhǎng)度約20m，就是早期驗(yàn)證的T34和T35孤石所在的區(qū)域。
物探結(jié)果中的不同深度的水平切片，清楚地展現(xiàn)了孤石的平面分布。這里選擇-33m和-34m的水平切片示于圖5a和圖5b。圖中紅色表示波速超過2400m/s的孤石的位置。對(duì)比這兩幅水平切片與爆破孤石分布（圖4）可以看出，爆破揭露的7處孤石區(qū)的位置與物探推定的結(jié)果基本相吻合。特別是西線的W1、W2、W3孤石區(qū)與中線的M1孤石區(qū)吻合的非常好。東線的3個(gè)孤石區(qū)中的兩個(gè)E2、E3吻合的較好，另一個(gè)E1吻合的較差?，F(xiàn)對(duì)吻合的情況作深入對(duì)比分析。
首先對(duì)西線的3處孤石進(jìn)行對(duì)比。爆破揭露的W1孤石區(qū)，在物探的-33m和-34m水平切片上對(duì)應(yīng)著規(guī)模較大的22#、23#、38#、8#等4處孤石；在W2孤石區(qū)在物探切片上對(duì)應(yīng)有11#、12#、29#、30#、31#等5處孤石；在W3孤石區(qū)對(duì)應(yīng)有6#、16#、17#、44#等4處孤石；兩種方法反映這些孤石的位置和規(guī)模都很吻合，但爆破對(duì)孤石形態(tài)的揭露更精細(xì)。
兩隧道之間的孤石區(qū)M1對(duì)應(yīng)的位置有孤石34#、35#、42#，這在2016年初的驗(yàn)證階段已經(jīng)得到證實(shí)；
東線的3個(gè)孤石區(qū)在物探剖面中的顯現(xiàn)沒有爆破結(jié)果清楚。E1孤石區(qū)中后段EK2+560到+580范圍內(nèi)有24#、54#、56#等3處孤石相對(duì)應(yīng)，但在前段EK2+520到+560范圍內(nèi)在-33m水平上沒有發(fā)現(xiàn)孤石，在-34m水平上開始顯現(xiàn)一些零星孤石分布。這可能是由于臨近測(cè)區(qū)南側(cè)停泊的采砂船影響到邊緣數(shù)據(jù)的采集，使測(cè)量船不能完全航行到位產(chǎn)生的不利影響。東線的E2孤石區(qū)有59#孤石和一些位編號(hào)的小孤石，在-34m切片上更清楚，范圍沒有爆破揭露的大；E3孤石區(qū)有64#及一些未編號(hào)的小孤石，-34m切片上更清楚。在東線物探推定的孤石深度偏深了2m。
圖5a -33m水平切片波速與孤石分布
圖5b -34m水平切片波速與孤石分布
爆破揭露的孤石與物探確定的孤石進(jìn)行對(duì)比，列于下表。
表3 爆破與物探孤石結(jié)果的對(duì)比
統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，爆破揭露的7個(gè)孤石區(qū)中的4個(gè)與物探結(jié)果吻合良好，2個(gè)較吻合；另一個(gè)E1區(qū)吻合較差，主要是南部邊緣40m吻合不好，物探確定的深度偏大2-3m；其后的10m基本吻合。
縱剖面孤石分布對(duì)比
爆破資料中沿東、西兩隧道軸線繪制了基巖起伏界面。地震勘探的三維波速結(jié)構(gòu)中沿軸向間隔2m剖切31條波速與孤石分布縱剖面。其中剖面9位于西線軸線位置，剖面21位于東線軸線位置，可與爆破的縱剖面進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比圖像示于圖6a與圖6b中。前者為西線軸線，后者為東線軸線。現(xiàn)分別進(jìn)行分析。
圖6a 西線隧道軸線爆破與物探對(duì)比剖面
西線隧道縱剖面中，物探對(duì)W1、W2和W3孤石區(qū)的探測(cè)結(jié)果與鉆探結(jié)果基本一致。位置、深度的偏差都在1.5m以內(nèi)。僅在起始段WK2+520到+530的10m范圍，受采砂船占位的影響，深度誤差超過了2m。
圖6b 東線隧道軸向波破與物探剖面對(duì)比
在東線隧道縱剖面中，上部是爆破剖面，下部是物探剖面。爆破剖面中EK2+520到+570的50m范圍內(nèi)基巖凸起，與隧道相交，形成E1孤石區(qū)；EK2+630到+670的40m范圍內(nèi)，基巖與隧道相交，形成E2孤石區(qū)；E3孤石區(qū)不在隧道軸上。
物探剖面中在起始段E1區(qū)EK2+520到+540的20m范圍內(nèi)，受采砂船占位的影響，探測(cè)誤差較大，深度上偏深2-3m。對(duì)E2區(qū)孤石區(qū)的探測(cè)位置基本相吻，深度誤差在2m以內(nèi)。
西、東兩隧道軸線的對(duì)比結(jié)果表明，西線軸線的起伏與物探的結(jié)果基本吻合，東線的起始部分40m內(nèi)，物探結(jié)果偏深2-3m。
橫斷面孤石對(duì)比
爆破鉆孔資料沿東西線隧道繪制了11個(gè)斷面圖，其中西線6個(gè)，東線5個(gè)。這些斷面圖涵蓋了東、西線的6個(gè)孤石分布區(qū)。將位置相同的物探斷面圖與之對(duì)比，繪于下圖中。物探斷面圖中左側(cè)隧道為西線, 右側(cè)為東線?，F(xiàn)分別進(jìn)行對(duì)比。
沿西線隧道有6個(gè)斷面圖，斷面圖中左側(cè)是爆破鉆孔結(jié)果，右側(cè)是物探結(jié)果。其中WK2+545，+550，+560三個(gè)斷面圖位于W1孤石區(qū)。物探與爆破揭露的孤石位置與深度基本吻合；其中WK2+615，+660兩個(gè)斷面位于W2孤石區(qū)，物探與爆破揭露的孤石位置與深度基本吻合；WK2+695斷面位于W3孤石區(qū)，爆破與物探的結(jié)果基本一致。具體細(xì)節(jié)見斷面圖。
圖7a WK2+545斷面爆破與物探對(duì)比
該斷面位于W1孤石區(qū)，圖中物探斷面中左側(cè)為西線隧道。圖中顯示爆破與物探揭露的基巖埋深基本相吻合，誤差在1.5m之內(nèi)。
圖7b WK2+550 斷面爆破與物探對(duì)比
該斷面在W1孤石區(qū)，圖中反應(yīng)物探與爆破確定的基巖界面位置與深度基本吻合。
圖7c WK2+560 斷面爆破與物探對(duì)比
該斷面位于W1區(qū)，圖中反應(yīng)物探與爆破確定的基巖界面位置與深度基本吻合。物探的基巖凸起略窄了些。
圖7d WK2+615 斷面爆破與物探對(duì)比
WK2+615斷面位于W2孤石區(qū)。物探確定的孤石位置與鉆探基本一致，深度偏淺2m左右。
圖7e WK2+660 斷面爆破與物探對(duì)比
WK2+660斷面位于W2孤石區(qū)。圖中表明物探確定的孤石位置和深度與鉆探的結(jié)果基本一致。
圖7f WK2+695 斷面爆破與物探對(duì)比
WK2+695斷面位于W3孤石區(qū)。圖中表明物探確定的孤石的位置與深度與鉆探結(jié)果相一致。物探給出的孤石是無(wú)根的，而鉆探證實(shí)該孤石是有根的，屬于基巖突起。這點(diǎn)略有差異。
圖7g EK2+539 斷面爆破與物探對(duì)比
EK2+539斷面位于E1孤石區(qū)，物探斷面中右側(cè)為東線隧道。對(duì)比結(jié)果表明，物探確定的基巖位置與鉆探相比偏深2-3m左右。
通過平面圖、軸線縱剖、斷面圖的對(duì)比，爆破與物探結(jié)果總體上有較好的吻合，在細(xì)節(jié)上也有一些差異。對(duì)比結(jié)果可歸納為以下幾點(diǎn)：
1）測(cè)區(qū)內(nèi)爆破發(fā)現(xiàn)的7處孤石區(qū)有6處與物探結(jié)果基本吻合，吻合率為86%；
2）東線E1孤石區(qū)差異比較大，特別是南段的40m，物探結(jié)果偏深；
3）孤石的平面位置與深度的誤差為2m左右，最大深度誤差不超過3m；
爆破與物探結(jié)果的對(duì)比表明，物探結(jié)果在宏觀上起到了指導(dǎo)作用，達(dá)到了預(yù)期效果。但在精度上與工程要求還有一定距離，在應(yīng)用中與鉆探相結(jié)合會(huì)發(fā)揮更大效果。
轉(zhuǎn)自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/702913795
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