面波探测技术方案
深圳地铁7号线福赤区间面波勘探技术方案
深圳市工勘岩土集团有限公司
二Ｏ一四年十二月
目录
1、前言 (1)
2、主要勘探目的 (1)
3、执行规范 (1)
4、方法原理 (2)
5、测线布置 (3)
6、瑞利波法现场测试方法 (5)
7、资料处理与解释 (6)
8、提交成果 (8)
9、工期 (8)
10、投入人员及仪器设备 (9)
1、前言
受中国水电四局的委托，我公司拟对深圳地铁7号线福赤盾构区间进行面波（瑞利波）法勘探。本区间自福田河南岸的福临站北端开始，至滨河大道的赤尾站西端结束，里程桩号大致范围为：
左线ZDK20+360.117～ZDK20+845.492；
右线YDK20+347.717～YDK20+844.001。
线路下穿福田河、福临小区、滨河大道等，线路经过区地面环境复杂多变，将会给面波勘探带来诸多不便和影响，有的区段可能难以展开勘探，即使是积极创造条件勉强开展慨叹的区段，也需要投入更多的时间、人力、物力等，并且在诸多不利因素背景下所解算的成果资料的可信度会大打折扣。为了尽可能全面地完成地质任务，编制此方案。2、主要勘探目的
通过面波（瑞利波）勘探，揭示盾构区间隧道穿越区岩土强度的分布，提请盾构施工时提前采取相应措施。
3、执行规范
本次探测执行如下技术规范：
1）《多道瞬态面波勘察技术规程》(JGJ/T143—2004)；
2）《物化探工程测量规范》（DZ/T0153-95）；
3）《城市工程地球物理探测规范》（中华人民共和国行业标准JJ7-2007）；
4）《水利水电工程物探规程》（中华人民共和国水利水电行业标准
SL326-2005）；
5）《工程测量规范》（GB/50026-2007）。
4、方法原理
瑞利波是面波的一种。瑞利波法是利用瑞利波的运动学特征和动力学特征来进行工程质量检测及工程地质勘察的地球物理方法。
在自由界面（如地面）上进行竖向激振时，均会在其表面附近产生各种波长的瑞利波，其二维和三维波动及传播示意图见图1和图2。瑞利波有三个与工程质量检测和地质勘察有关的主要特征：
(1)、在分层介质中，瑞利波具有频散特性；
图1 瑞利波的椭圆极化示意图（二维）
(2)、瑞利波的波长不同，穿透深度也不同；
(3)、瑞利波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。
图2 三维空间的瑞利波传播示意图（三维）
各频率的瑞利波的能量主要集中在地表下一个波长的范围内，
而传播速度代表着半个波长（λR 2）范围内介质震动的平均传播速度。因此，一般认为瑞利波法的测试深度为半个波长。波长与速度及频率
三者有如下关系：
设瑞利波的传播速度为v R ，频率为f R ，则瑞利波的波长λR 为： λR R R v f = 当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。
瑞利波波速与岩土物理力学参数密切相关，波速高介质的刚度
大，同时不同波长的瑞利波，反映不同深度范围内的波速变化。所以
测试出地面以下不同深度处的瑞利波传播速度和波长，就可区分岩土
体的地球物理特征，从而划分不同岩土体的界限，识别空洞、、塌陷、富含水区、孤石等。
5、测线布置
1）根据水电四局的意向和要求，本区间面波勘探的测线布置在
隧道中轴线两侧各2.5m处，左右线共布置4条测线，自左线左侧至右线右侧的测线分别命名为1#测线、2#测线、3#测线和4#测线，理论测线总长度1963m左右。
2）遇有障碍物无法实施现场勘探时，跨过。
3）沿隧道轴线方向作业空间不足时，安排横断面或斜交断面进行面波勘探。测线间距按照沿隧道轴线方向3m布置，测线长度以在有限空间内尽可能揭示隧道全断面为限，并满足面波勘探现场工作方法和资料处理时扫描窗口宽度的需要。
4）隧道出福临小区后，即进入滨河大道，并呈斜交状自道路南测穿越至道路北侧，该段长度约80m左右，东延顺行滨河大道段约120m左右，设想两种方案如下：
（1）向交通主管部门申请，将滨河大道自皇岗路至赤尾人行天桥段全部封闭，实施时间为凌晨0时至5时，约需要两晚上。
采取本方案的缺点是：审批难度大，对交通影响大；
采取本方案的优点是：有安全保障，效率高，工作量相对小成本低，可杜绝大量的振动干扰，解算成果的可靠程度高。
（2）跨道路段部分，按照平行于滨河大道行车线方向布置斜交隧道的测线，选择凌晨0点至6点时段，逐步围挡逐步推进施工的方式穿越滨河大道，此段施工约需3晚上，后续东延顺行滨河大道段分为施工围挡内和外，约各需1个晚上。围挡外（左线）测线仍按局部围挡逐步推进的方式施工。
采取本方案的缺点是：是安全保障难度大，效率低，工作量大，
成本高，振动干扰大，解算成果可靠程度低。
采取本方案的优点是：无需专门审批道路封闭，对交通影响小；
5）测线的测放
测线的测放由施工单位完成，现场面波勘探施工时，根据施测并标记在实地的标志点，参照地形地物，根据测线定稿图，用皮尺丈量和确定。
具体测线布置图，以最终可实施及实施结果为准。
6、瑞利波法现场测试方法
（1）排列布置标准
测线定位准确，按现场试验所确定排列形式布置，以每排列6通道，前后排列搭接3通道，采用追逐法施工。测线误差小于0.5m，排列位置误差小于0.2m，拾震点前后误差小于5cm ，左右误差小于10cm。拾震器要求埋置准、稳、直、紧，在硬化地面区配置检波器靴。激震点位于拾震点连线的延长线上，其前后误差小于100cm，左右误差小于50cm，激震时避开周围有影响的振动干扰，保持充足而均匀的激振能量(单一排列布设示意图3)，激震能量不小于660J。
（2）仪器设备及测试方法
本次测试采用我公司SWS-5型多功能数字图像工程物探与检测仪，现场测试的工作原理如图4所示。
P波S波
瑞利波
图4 瑞利波法工作原理图
瑞利面波法在现场测试中采用单一电缆,每个排列6道检波器，道间距2m，激震点偏移距15～25m追逐法逐个排列向前移动采集数据，形成连续测试断面。
瑞利面波仪器及数据采集参数暂设定如表1所示。
7、资料处理与解释
瑞利波测试采集到的原始资料是瑞利波沿地面传播的振动波形，对这种资料进行计算处理和解释后，才能得到所需的成果。瑞利波资
料的主要处理解释内容为：
（1）、原始记录（见图5）预处理，在预处理阶段对每一排列
采集到的原始记录进行时域和频域的分析，对直达波，反射波等规则波动和不规则波动采取限制措施，以最大限度地突出瑞利波，减小其它波动的影响，达到去粗取细、去伪存真，确保客观反映岩土物理状态的原始记录进入下一道处理工序。
图5 原始记录示意图
（2）、对道间波形进行互相关?+∞∞-+=dt
t u t u )()(12τγ。
（3）、利用互相关函数求出两个测点间各频率波形的相位差
??()f 。
（4）、利用v f x R =2π???计算不同频率不同深度处的瑞利
波速。
（5）、绘制瑞利波频散曲线（如图6），生成瑞利波频散数据
库。
图6 频散曲线示意图
（6）、对频散曲线由浅部到深层进行跟踪扫描和解释，计算出各测点自地表向下的岩土波速分布及异常位置，建立深度─波速异常数据库。
（7）、利用专业软件形成成果图件。
8、提交成果
所提交的成果资料包括：
1）瑞利波探测报告；
2）瑞利波探测解释剖面图；
3）测线布置图。
9、工期
福田河南岸范围内现场工作：1天。
福田河北岸至滨河大道以南范围内现场工作：1天。
滨河大道范围内视方案选择，现场工作：2天～5天。
室内工作10天。
总有效工期14～17天。
10、投入人员及仪器设备
物探高级工程师1名；
工程师3名；
技术工人5～7名；
SWS-5型多功能数字图像工程物探与检测仪1台套；
专业数据处理软件1套，配套高速运算计算机1台套。