基于绕射波探测隧道围岩工程钻探孔旁地质情况的方法

技术领域

本发明涉及工程钻探技术领域，具体地说，涉及一种基于绕射波探测隧道围岩工程钻探孔旁地质情况的方法。

背景技术

工程钻探是目前应用于城市工程建设中(如盾构隧道、桥梁、房屋等)勘测地质情况的主要方法，通过记录分析钻孔钻进情况及岩芯，以判断地下地质情况。如果钻孔数量少，则控制范围小造成“一孔之见”，无法探明孔旁岩地质情况，易漏判；若钻孔数目多，则工作过于繁琐。虽说可以辅以电阻率CT法、弹性波CT法、管波测试法等方法，但电阻率CT法及弹性波CT法至少需要桩周两个钻孔分别安放发射和接收装置，工作量大，对孔间以外剖面无法识别，且设备过于庞大，现场探测时发射装置及接收装置安放难度大，不易与钻孔耦合，难以采集到理想信号；管波测试法利用钻探孔位探测孔旁一定范围内的岩溶、软弱夹层的发育分布情况，但管波法需要孔液与钻孔耦合，现场探测条件很难达到，且因管波不具方向性而难以分辨异常体的方位。因此，需要一种基于绕射波探测隧道围岩工程钻探孔旁地质情况的方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的内容是提供一种基于绕射波探测隧道围岩工程钻探孔旁地质情况的方法，其能够对工程钻探孔周边地层的分层厚度、地层的分层波速、隧道围岩及不良地质体的分布情况进行探测。

根据本发明的基于绕射波探测隧道围岩工程钻探孔旁地质情况的方法，其包括以下步骤：

一、在钻孔周边东南西北四个方位布设激振点；

二、在钻孔内设置三分量检波器，三分量检波器由钻孔底部自下而上移动进行地震波信号采集；

三、采集到的地震波信号由线缆传输至地震仪中；

四、地震仪将数据传送给电脑，电脑对采集到的反射波及绕射波信号进行数据处理分析。

作为优选，每个激振点距钻孔中心距离相同，为1～2m，根据钻孔周边地质情况的范围而定。

作为优选，激振点采用地面激振方式。

作为优选，三分量检波器的采样间隔为0.1～0.2ms。

作为优选，三分量检波器的采样时窗为1024～2048ms。

作为优选，数据处理分析的方法为：

a、评价数据质量；

b、进行数据滤波，去掉背景噪音；

c、识别初至波；

d、拾取各道数据初至波，计算地层分层波速及地层分层厚度；

e、分析各道数据，识别由不良地层中地质体引起的绕射波信号。

针对现有工程钻探孔旁地质情况探测手段的不足，本发明提供一种基于绕射波探测工程钻探孔旁地质情况的方法，该方法所采用的设备简便，仅需一个钻孔，能够对工程钻探孔周边地层的分层厚度、地层的分层波速、隧道围岩及不良地质体的分布情况进行探测，识别准确、快速。

附图说明

图1为实施例1中一种基于绕射波探测隧道围岩工程钻探孔旁地质情况的方法的流程图；

图2为实施例1中探测装置示意图；

图3为实施例1中地震波传播示意图；

图4为实施例2中1A钻孔东方位激振采集波形图；

图5为实施例2中1A钻孔南方位激振采集波形图；

图6为实施例2中1A钻孔西方位激振采集波形图；

图7为实施例2中1A钻孔北方位激振采集波形图；

图8为实施例2中1A钻孔西方位波形初至波拾取图；

图9为实施例2中1A钻孔西方位地层厚度及波速分层。

图中：

1三分量检波器，2第一连接电缆，3第一激振点、4第二激振点、5第三激振点、6第四激振点，7第二连接电缆，8地震仪，9第三连接电缆，10电脑，11钻孔，12不均匀地质体。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。

实施例1

如图1、图2、图3所示，本实施例提供了一种基于绕射波探测隧道围岩工程钻探孔旁地质情况的方法，其包括以下步骤：

一、在钻孔11周边东南西北四个方位布设激振点，分别为第一激振点3、第二激振点4、第三激振点5、第四激振点6；激振点采用地面激振方式(人工锤击或落锤，视需探测深度而定)；每个激振点距钻孔11中心距离相同，为1～2m，根据钻孔11周边地质情况的范围而定。第一激振点3、第二激振点4、第三激振点5、第四激振点6通过第二连接电缆7与地震仪8连接。

二、在钻孔11内设置三分量检波器1，三分量检波器1由钻孔11底部自下而上移动进行地震波信号采集；三分量检波器1的采样间隔为0.1～0.2ms。三分量检波器1的采样时窗为1024～2048ms。三分量检波器1通过第一连接电缆2与地震仪8连接。地震波由激振和不均匀地质体12产生。

三、采集到的地震波信号由线缆传输至地震仪8中；地震仪8通过第三连接电缆9与电脑10连接。

四、地震仪将数据传送给电脑10(便携式计算机)，电脑10对采集到的反射波及绕射波信号进行数据处理分析；

数据处理分析的方法为：

a、评价数据质量；

b、进行数据滤波，去掉背景噪音；

c、识别初至波；

d、拾取各道数据初至波，计算地层分层波速及地层分层厚度；

e、分析各道数据，识别由不良地层中地质体引起的绕射波信号。

与现有的探测钻孔周边及钻孔底部地质情况的方法相比，本实施例仅需一个钻孔11即可探明其周边地质情况，准确性及效率都大幅提高，且灵活性更强。

实施例2

本实施例结合具体项目对本发明做详细的说明。

场地由上至下地层为含砾粘性土、白云质灰岩，场地石灰岩岩溶发育，多有溶沟、石芽、溶蚀裂隙及溶洞分布。设计拟定桩身直径为800mm，为详尽了解桩孔位地质情况，现于桩中心钻孔，为1A钻孔，并辅以物探手段进行探测。

为达到最佳探测效果，测孔于钻孔终孔后立即进行。因拟设计桩身直径为800mm，为有效探测桩身地质情况，选定激振点距钻孔中心偏移距为1.5m。观察1A钻孔岩芯，各层层厚及岩溶发育段厚度均大于0.5m，为保证每一层位上至少有一道地震波信号，故选定采样点距为0.5m。1A终孔深度为55m，为保证能采集到钻孔底部数据及数据精度，选定采样间隔为0.2ms、采样时长1024ms。由钻孔底部自下而上分别采集东南西北四个方位的地震波信号，如图4-7所示。

探测后期数据处理：

a.分别评价东南西北四个方位地震波数据质量；

b.进行数据滤波，去掉背景噪音；

c.识别初至波见图8；

d.对比四个方位地震波数据，以异常较少的西方位数据进行波速分析及地层分层，拾取西方位各道数据初至波，计算地层分层厚度及地层分层波速，见图9；

分别分析东南西北四个方向数据。东方位深度16.5～22.5m、27～36m、50～53m，南方位深度16～22m、29.5～37.5m，西方位深度18～21.5m，北方位深度17.5～22m，地震续至波数据呈现低频、杂乱，绕射信号明显，推断该深度岩溶强发育。结合1A钻孔分析，1A钻孔在19.9～22.1m处发现溶洞发育，与探测结果东南方位差别较大。为验证探测结果，在东方位处补充一钻孔1B。1B钻孔验证与东方位探测结果相一致。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。