工程物探技术在高速公路中的应用

工程物探技术在高速公路中的应用

前 言 近几年来，工程物探技术在公路勘察、测试和检测过程中得到广泛 的应用；我院 1992 年开展物探工作以来，通过引进、合作等多种方式， 先后开展了地震折射波法、反射波法、瞬态面波法和地震映像，直流电 法、高密度电法，瞬变电磁法，大地电磁测深（ CSAMT 和 EH4 ），应用于 特殊路基（特殊性岩土、不良地质、深挖高填），桥位、隧道等工程构 造物的勘察和测试。 1. 边坡勘察中的应用 2. 深埋特长隧道勘察中的应用 3. 结束语 云南地属青藏高原南延部分，地形以元江谷地和云岭山脉南段为界，分为东西两个部分。东部为滇中、滇东高原，地形呈小波状起伏，平均海拔 2000 米左右，表面为起伏缓和的低山和圆浑丘陵，发育着各类型的岩溶地貌；西部为横断山脉纵向谷区，高山深谷相间，相对高差大，地形险峻。 元磨线高边坡工程地质条件： ①工程地质构造条件复杂（哀牢变质岩带）； 　②岩石风化严重并存在较大的差异性，岩体破碎，岩质软弱； 　　③边坡高、坡度陡、地层介质松散，自然边坡多处于极限平衡状态； 　　④雨量充沛、地表水与地下水丰富； 　　以上条件是边坡工程的主要工程地质问题，也是公路建设成败的关键。 勘察期间采用的勘探手段与边坡稳定计算： 前期勘察手段为地质调查和钻探： 植被茂盛地质调查困难；岩石破碎钻探取芯率低和滑动带取不出岩芯； 山坡陡钻孔施工及其困难、少量钻孔资料难以查明边坡地质条件。 造成边坡稳定计算和边坡锚固设计的依据不够充分。 根据上述工程地质情况和现场工程进度的要求我们选用多道瞬态面波 勘探技术： 定量查明边坡覆盖层与残坡积层（欠稳定介质）的厚度、物性； 查明边坡基岩的垂直风化分带； 软弱带的厚度、物性；下伏稳定层界面的起伏形态。 多道瞬态面波技术 ① 现场采集 　　 ② 多道采集 瑞雷面波的传播深度和波长与介质的弹性参数（主要是介质的剪切波速度 ) 有关。剪切波速度是地层介质剪切摸量的函数。 元磨高速公路边坡工程地质条件说明如下： 边坡残坡积地层的剪切波速度为 200~350 米 / 秒； 边坡强风化岩体的剪切波速度为 400~800 米 / 秒； 边坡中风化岩体的剪切波速度一般 大于 800 米 / 秒； 地层物理性质的差异： 地层介质不同、岩体的风化等级不同，其剪切波速度、剪切模量不同， 这种差异性是应用面波技术进行边坡探查的基础。 边坡治理设计： 详尽可靠的地质资料是进行边坡稳定计算、治理设计的基础。 多道瞬态面波技术基本原理： 多道瞬态面波资料的验证剖面 地 点：古滑坡复活的剪出断面 断面形态：呈“ V” 字形（褐黄色为滑坡体；两边黑色为岩体） 测线布置：为三条红线 滑坡剪出断面瞬态面波剖面图 ： 下图为断面的上、中、下三条剖面：三条剖面的红色均呈 “ V ” 字形； 由上至下 “ V ” 字形的深度呈逐渐变浅。与古滑坡剪出口的形态完全吻合。 图中的红色至紫色表示剪切波速度由 180 米 / 秒～ 850 米 / 秒。 勘察与检测布置 多道瞬态面波在云南元磨高速公路边坡勘察中的应用实例 坡面地质勘探线布置图 坡面平台布置检波器 敲击产生震动波 震动波传播与被检波器接收 面波记录处理流程： 时空域记录 F~K 域图谱 单点频散曲线 多点频散曲线 面波记录处理流程： 等 速 度 彩色剖面 地形校正 剖 面 面波记录处理流程： 确定分层 界 线 绘制地质 剖 面 边坡勘察实例 地质编录、测量、地质分区 合理布置测线 图中： 红色为全风化岩； 黄色为强风化岩； 绿色为中风化岩； 兰紫色为微风化岩 the red is completely efflorescent the yellow is badly efflorescent the green is appreciably efflorescent the blue and purple are faintly efflorescent Ａ Ａ 勘察成果： 边 坡 纵 剖 面 勘 察 地 质 图 勘察成果： 边 坡 纵 剖 面 勘 察 地 质 图 勘察成果： 边 坡 横 剖 面 勘 察 地 质 图 工作流程： 1 ，地质分区、编录与测量 2 ，合理布置测线 3 ，展开面波数据的采集和绘图 4 ，根据工程地质条件和水文地质条件 5 ，建立模型、分析、设计和加固 斜坡治理设计与效果： 由面波勘察成果，解释并绘制的地质成果图，边坡坡面上：残坡 积层与各类风化岩石的厚度、以及其界面的埋深与起伏形态清晰明确， 为边坡稳定计算和治理设计提供可靠数据。 元磨高速公路 66 处垂直高度大于 100 米的边坡，治理后历经 6 年的 通车运营，未出现因边坡问题而产生重大的断交状况 。 边坡治理效果 边坡治理效果 边坡治理效果 边坡治理效果 边坡治理效果 边坡治理效果 边坡治理效果 特长深埋隧道多为越岭隧道，往往位于区域分水岭地段。 地貌形态多样，地表植被覆盖厚，地形条件复杂。 水文地质及工程地质条件复杂。 传统直流电法勘探在隧道勘察中被广泛应用 存在精度低、受地形干扰因素大；剖面连续性差；工作效率低。 2003 年，我院在全国交通系统中率 先开展可控源音频大地电磁测深在特 长深埋隧道勘察中的应用，目的是解 决深埋隧道洞身位置岩性变化、构造 发育状况及基本水文条件等。 通过施工实践验证，保龙高速公路马家寨隧道工程地质勘察与实际开挖情况比较符合，得到了业主方和施工方的一致好评。 EH4 现 场 采 集 结束语： 结束语： 综合物探技术在公路工程地质勘察中的成功应用，提高了勘察成果 质量、缩短了勘察周期、降低了勘察成本，并为我们在山岭重丘区公路 勘察积累宝贵经验，即 “ 根据不同的地形情况、地物状况及地质条件，选 用与之相适应的物探方法，才能有效地解决地质上提出的问题 ” 。 谢 谢！