DBJT 13-314-2019 城市轨道交通工程不良地质体探测技术规程

DB

DB

城

市

轨

道

交

通

工

程

不

良

地

质

体

探

测

技

术

规

程

DBJ/T

13-314-2019

J

14956-2019

for

adverse

survey

of

Fujianprovincial

mass

rail

transportation福

建

科

学

技

术

出

版

社

2019-12-10

--01

前言2本规程根据福建省住房和城乡建设厅

《关于印发福建省住房2和城乡建设系统2017年第一批科学技术项目计划的通知》(闽建办科

[017]8号)的要求,由福建省建筑设计研究院有限公司、福建省建筑科学研究院有限责任公司会同有关单位共同编制而成。本规程编制过程中,编制组系统总结了省内外城市轨道交通工程不良地质体的探测技术和工程实践经验,在广泛征求意见的基础上,经反复讨论、修改,完成报批稿,经有关部门组织审查定稿。本规程主要内容包括:1总则;2术语;3基本规定;4轨道交通不良地质体特征;5不良地质体地球物理探测方法;6探测成果验证;7成果报告;8附录和条文说明。本规程由福建省住房与城乡建设厅负责管理,由福建省建筑设计研究院有限公司负责具体技术内容的解释。i .本规程实施过程中,请各单位结合工程实践,认真总结i .验、积累资料,随时将意见或建议反馈给福建省建筑设计研究院有限公司

(地址:福州市通湖路188号,邮编:350001,联系电话E-mal:475068460@qqcom),以供今后修订时参考。本规程主编单位:福建省建筑设计研究院有限公司福建省建筑科学研究院有限责任公司本规程参编单位

(排名不分先后):福州地铁集团有限公司福建省地质工程勘察院1厦门轨道交通集团有限公司广州地铁设计研究院股份有限公司深圳地铁集团有限公司深圳市市政设计研究院有限公司中铁隧道局集团有限公司中铁南方投资集团有限公司中交一公局集团有限公司华汇工程设计集团股份有限公司本规程主要起草人:刘宏岳 吕英明 孙智勇 戴一鸣杨世华 刘俊龙 李少波 郭云峰张 华 刘树亚 郭卫社 徐 超郑金伙 谢泽福 曹 勤 黎心海林朝旭 殷 勇 罗兴财 张红梅林孝城本规程主要审查人:赖树钦 林 琛 胡绕陈昌彦刘润泽 张厚美苏 艺2目 录1

总则

……………

12

术语

……………

23

基本规定

………

44

轨道交通不良地质体特征

……

65

不良地质体地球物理探测方法

………………

85.1

一般规定

……………………

85.2

跨孔层析成像方法的一般规定 ………………

95.3

微动探测法

…………………

115.4

跨孔弹性波层析成像法 ……

145.5

跨孔电磁波层析成像法 ……

175.6

跨孔电阻率层析成像法 ……

196

探测成果验证…………………

237

成果报告………

25附录

A

微动探测

(无线方式)现场记录表

…

26附录B 基本公式及计算图表

…………………

27B.1

数据误差计算公式

…………

27B.2

电磁波吸收系数计算公式 …………………

27B.3

弹性波射线走时公式

………

27本规范用词说明

…………………

29引用标准名录

……………………

30附:条文说明

……………………

311Contentssicil1

Generalproviions

……………

1sicil2

Terms

…………

23

Bascrequiements……………

44

Charactersofengineerngadversegeologialbody

………

65

Geophyscalsurveymethods…………………

85.1

Generarequiements…………

8l i l i5.2

Generarequrementl i l ici iiit il

r i ci iiit il

r i iii

i ti ail

ail i i cea li l

iist5.3

Mirotemorsurveymethod…………………

115.4

Boreholspansesmiccomputerzedtomographymethod

………

145.5

Boreholspanresstviycomputerzedtomographymethod

……

175.6

Boreholspaneectomagnetccomputerzedtomographymethod

…………………

196

Verfcatonofsurveyresul ………………

237

Testreport

…………………

25AppendixA

Recordtableofmirotremorsurveymethod……………………

26AppendixB

Bascformulaandcalultonchart……………

27B.1

Cacultonformulaofdataerror

……………

27B.2

Formulaofeectromagnetcwaveabsorptoncoefiint………

27B.3

Formulfortravetmeofeastcwaves

……

27Explanatonofwordinginthisstandard………

29Litofquotedstandards

………

30Addiion:Explanatonsofproviions…………

3121

总则1.0.1

为规范和统一福建省城市轨道交通工程不良地质体的探测工作,发挥地球物理探测技术在城市建设工程中地下不良地质体探测的优势作用,做到技术先进、方法合理,保证探测成果质量,提高经济效益,倡导绿色岩土理念,制定本规程。1.0.2

本规程适用于城市轨道交通工程勘察、设计、施工阶段不良地质体的探测。1.0.3

不良地质体的地球物理探测应根据现场条件、探测目的,选用有效的探测方法。1.0.4

城市轨道交通工程不良地质体探测,除应符合本规程外,尚应符合国家和福建省现行有关标准的规定。12

术语i2.0.1

地球物理探测geophyscalsurveyi利用目标体与周边介质的物理性质差异,根据应用地球物理原理,选择适当的方法和相应的仪器设备,通过分析研究观测到的物理场,探查目标体的形态、空间分布、工程特性的方法。c2.0.2

不良地质体adversegeologialbodyc埋藏或发育于工程建设场地范围内的孤石、块石、滚石,岩溶,岩脉,破碎带,软硬复合地层等影响城市轨道交通施工的地质作用产物。c2.0.3

不良地质体探测surveyofadversegeologialbodyc采用地球物理方法探测地下不良地质体,查明其类型、性质、埋深和规模等特征的活动。i i2.0.4

有效性试验efecti i开展探测工作之前,对探测方法适用性、探测参数合理性等进行的试验。c2.0.5

微动探测

mirotremorsurveyc借助专用仪器设备观测天然微动信号,通过分析、处理提取面波信号,反演获得地下介质横波速度变化,进而探查地质结构的方法。i i2.0.6

地球物理层析成像geophysi i根据研究对象选择合适的物性参数,对研究区域内对象基于层析分析原理进行地球物理反演,从而得到研究对象内部结构及其分布规律。分为弹性波层析成像、电磁波层析成像、电阻率层析成像等。i2.0.7

跨孔弹性波层析成像法boreholespansesmiccomputer-i2ziedtomographyz在孔间,利用地震波透射原理,对被测区域进行多方位断面扫描,重建被测区域弹性波速度图像的一种探测方法,简称跨孔弹性波CT。l i2.0.8

跨孔电磁波层析成像法

boreholespanel iiwavecomputerzedtomographyi在孔间,利用电磁波在有耗介质中传播时,能量被介质吸收而衰减,重建电磁波吸收系数分布的一种探测方法,简称跨孔电磁波CT。iiti2.0.9

跨孔电阻率层析成像法

iitierzedtomographyf在孔间,利用直流电源所激发的电位场,通过观测探测区不f同方向的电位或电位差,重构探测区内部介质的电阻率分布的一种探测方法,简称跨孔电阻率CT。2.0.10

干扰源intererencesource在轨道交通工程不良地质体探测中,影响探测信号质量、数据信噪比和探测深度等的各种干扰因素。s i2.0.11

频散曲线dis i瑞雷面波频散现象的描述方式,指面波相速度与频率的关系曲线。瑞雷面波在非均匀介质传播过程中会发生频散现象,即面波各频率组分以不同的相速度传播。2.0.12

微动

H/V

曲线

H/Vcurve三分量微动数据中水平方向振动与垂直方向振动信号频谱的比值与频率的关系曲线。i2.0.13

射线密度raydenstyi弹性波、电磁波层析成像反演计算时划分的网格单元内通过射线的条数,是衡量弹性波、电磁波层析成像反演可靠性的一个指标。33

基本规定3.0.1

城市轨道交通不良地质体地球物理探测应具备下列条件:1

被探测对象与其周围介质间存在一定的物性

(弹性波速度、密度、电阻率等)差异;2

不良地质体相对于其埋藏深度或探测距离应具有一定的规模,或特征参数明显,其异常场能够从干扰场或背景场中分辨出来;3

工作现场应具备开展探测工作的空间和条件。3.0.2

探测方法的选择应考虑以下因素:1

测区内可能发育的不良地质体类型、测区地层属性及岩性等工程地质环境背景条件;2

不良地质体的特性,如大小、性状、埋深及其与周边介质的物性差异等;3

探测工作任务;4

场地干扰因素,如振动干扰、地电干扰、电磁干扰等;5

工作影响因素,如接地条件、交通、人流、场地作业条件及安全隐患等。3.0.3

探测仪器应定期进行检查、校准和保养。在同一工区相同方法的多台套仪器设备,应进行一致性试验。3.0.4

现场探测工作开始前,应根据探测目的、场地环境等因素开展有效性试验,确定合适探测方法和工作参数。3.0.5

探测的测量工作应符合下列规定:1

测量放样应符合现行国家标准

《城市轨道交通工程测量规范》(GB/T50308)的有关规定;2

测量探测点的坐标和高程时,精度应符合现行行业标准4和城市轨道交通工程控制测量和工程测量的相关规定。3.0.6

在探测过程中和完成后,应进行数据质量检查,参与处理、解释的数据质量应合格。3.0.7

对探测的地下异常应进行复核或验证。3.0.8

城市轨道交通工程不良地质体的探测,应重视成果验证,探测成果应用效果的回访。3.0.9

探测记录应符合下列规定:1

原始记录应齐全完整、真实、清晰,不得擦改、涂改,严禁事后追记。电子记录应做好备份;2

原始数据经质量检查不合格,应重新探测;3

数据处理不得使用未经检查或检查不合格的数据。3.0.10

城市轨道交通工程地球物理探测资料解释应在分析各项物性资料的基础上,充分利用各种已知资料,按照从已知到未知、先易后难、点面结合、定性指导定量的原则进行。3.0.11

探测作业应确保人身安全;现场作业应遵守国标

《岩土工程勘察安全规范》

(GB50585)等相关规定。不良地质体现场探测作业还应符合下列安全保护规定:1

在施工区作业时,遵守施工方安全规定;2

在路面作业时,应遵守相应的交通安全管理规定。3.0.12

城市轨道交通工程勘察阶段由于场地作业条件限制无法完成预定钻孔时,宜采用微动探测补充勘探,并应采用剖面方式。3.0.13

采用新技术新方法进行城市轨道交通工程不良地质体探测时,应满足下列要求:1

采用的新技术新方法应能满足不良地质体探测要求,并具有足够数量的工程探测实践经验及成功案例;2

技术方法通过省部级以上的技术鉴定或取得行业协会认可;3

应在实施探测工作方案中说明其技术原理及判释标准,必要时应向委托方提供探测细则。5不良地质体工程特征孤石块石滚石1

,,,可循2

岩石强度高,与周边岩土体差异大3

地层均匀性差,软硬不均4

地层稳定性差,复合地层受扰动后,易失稳,产生塌陷岩溶1

岩溶存在于可溶性岩石中,岩面埋深,,洞体形态各异,大小不一2

()系密切,岩溶发育地段一般岩体较破碎,节理裂隙发育3

地层均匀性差,软硬不均,常为土岩结合复合地层4

(),发生岩溶突水突泥5

地层稳定性差,在附加荷载,,地基产生不均匀沉降或突然下陷6

岩溶发育易与,覆黏性土层内,,土洞对工程活动产生危害7

潜伏岩溶存在运营期间安全问题4

轨道交通不良地质体特征4.0.1

轨道交通不良地质体包括孤石、块石、滚石,岩溶,岩脉,破碎带,软硬复合地层等。4.0.2

轨道交通不良地质体的工程特征如表4.0.2所示:表4.0.2表4.0.2

轨道交通不良地质体的工程特征不良地质体工程特征岩脉1

空间分布,,断裂构造及裂隙所控制2

岩石强度一般相对周围岩土层高破碎带1

岩体完整,,,,地层均匀性差,分布规律受区域性断裂构造所控制2

岩石强度一般相对周围较完整岩体的岩石低3

一般裂隙水发育,水文地质特征复杂,透水性强4

地层稳定,不良地质现象,施工风险较大软硬复合地层1

地层均匀性差软硬不均,性质变化大2

硬岩岩石强度高3

水文地质条件复杂4

施工中盾,,困难不良地质体弹性波特征电阻率特征电磁波吸收特征孤石块石滚石速度高;密度大高电阻率低吸收系数岩溶有充填物相对低速相对低阻相对高吸收系数无充填物相对低速;面波高波发育有水时低阻;无水时相对高阻相对高吸收系数/水平方向波阻抗界变化明显高电阻率;岩脉破碎,为流水道时,相对低电阻率低吸收系数;岩脉破碎且为流通道时,相对高吸系数破碎带相对低速相对低电阻率相对高吸收系数软硬复合地层波阻抗界面变化明显电阻率高低变化明显吸收系数高低变化明显续表4.0.3

轨道交通不良地质体的地球物理特征如表续表4.0.3

轨道交通不良地质体的地球物理特征如表4.0.3所示:表4.0.3

轨道交通不良地质体的地球物理特征7不良地质体探测方法孤石岩溶岩脉软硬复合地层微动探测法●●●●跨孔弹性波层析成像法●●●●跨孔电阻率层析成像法●●○○跨孔电磁波层析成像法○●●○5

不良地质体地球物理探测方法5.1

一般规定5.1.1

不良地质体探测宜采用的探测方法:微动探测法、跨孔弹性波层析成像法、跨孔电阻率层析成像法、跨孔电磁波层析成像法。5.1.2

水域

(海域)不良地质体探测宜采用多次覆盖地震反射波方法,并应符合

《城市工程地球物理探测标准》CJJ/T7的规定。5.1.3

探测方法的适用性见表5.1.3:表5.1.3

探测方法的适用性:表5.1.3

探测方法的适用性:●———;○———1

收集、分析相关资料,现场踏勘;2

编制和审查探测工作方案;3

开展有效性试验,确定探测方法及其采集参数;4

现场数据采集与记录;5

数据质量分析和评价;86

数据处理与解释;7

成果复核与验证;8

报告编写,成果提交与归档;9

后期地质情况跟踪,进行比对分析总结,动态指导施工。5.2

跨孔层析成像方法的一般规定5.2.1

跨孔层析成像的应用条件应符合下列要求:1

探测区域周边两侧应具备钻孔施工条件。2

根据探测目的和深度、精度要求,合理选择钻孔深度、激发和接收钻孔的间距。1)激发和接收钻孔的间距不宜大于20倍所要探测的最小目标体的尺度,孔间距不应大于20米,取两者最小值;2)钻孔深度应大于探测目标体的埋深,且不小于目标体的埋深与1/2钻孔间距之和。3

钻孔宜使用地质钻机成孔;孔径应满足物探使用设备的尺寸要求;孔壁应顺直、光滑。应采用裸孔进行测试,孔壁条件较差时,应采用泥浆护壁或下套管进行护壁。其中,跨孔弹性波层析成像法及跨孔电阻率层析成像法两种方法的套管与孔壁间应充满钻井液。5.2.2

跨孔层析成像观测系统应符合下列要求:1

同一剖面上进行多组跨孔层析成像观测时,观测系统宜保持一致。激发点距和接收点距宜相同;2

宜采用定点

(定发射点、定接收点)扇形扫描、水平同步、斜同步

(发高同步、接高同步)进行观测,射线分布均匀,交叉角度不宜过小;定点观测的扇形中心线与激发点位于相同的深度

(高程);斜同步应对称观测;电磁波CT、电阻率CT同一剖面观测完后,宜交换发射、接收孔再采用相同观测系统进行观测;3

发射和接收点间距宜为两孔间距的1/20~1/10,且不宜9大于1m;4

每组共激发点

(定点)记录应包含有倾角大于30°的激发接收射线。激发接收射线应覆盖探测目标区域,密度宜均衡分布。5.2.3

跨孔层析成像现场测试和数据采集应符合下列要求:1

信号激发和接收应在背景相对安静和信号相对稳定时进行;2

根据地质及地球物理条件、观测系统、成像精度、分辨率和任务要求选择和建立初始模型,成像网格单元应不小于二分之一测点间距,单元总数不宜大于射线条数;3

测试前应测量激发孔和接收孔中心的水平距离,误差不大于2cm。当对测量的波速精度要求较高时,应对钻孔进行测斜,计算各激发点和接收点的相对坐标和高程;4

测试前应测量钻孔孔口与地面的距离

(或高程),误差不大于1cm。电火花激发头和检波器

(串)(发射天线和接收天线)投放深度以孔口为基准计算,误差不大于2cm。5.2.4

跨孔层析成像数据处理应符合下列规定:1

资料处理时应分析已知的地质资料,根据已知地质条件、经验值、现场试验计算等方法确定波速

(衰减系数)的约束极值;2

反演迭代次数应根据射线路径和图像形态的稳定程度确定,也可根据相邻两次迭代的图像数据方差确定。5.2.5

跨孔层析成像成果解释应符合下列规定:1

对于相互连接的探测剖面,应采用相同的反演方法、模型和参数;2

波速

(吸收系数)剖面图像可采用等值线、灰度、色谱等图示方法;3

跨孔层析成像资料解释推断应充分结合地质、设计和施工资料,总结和研究各种异常现象,得出客观准确的结论;104

及时对资料进行初步整理和解释。如发现原始资料有可疑之处或解释结论不够充分时,应作必要的外业补充工作。5.3

微动探测法5.3.1

微动测线的布置宜沿隧道或连续墙、基坑支挡结构的中心线布设,测点台阵宜覆盖隧道或连续墙、基坑支挡结构的范围;对重点探测区域,测线、测点应加密或网状布设。5.3.2

根据探测目的、探测深度和精度要求,选择合适的台阵半径、仪器采集参数及记录时间。5.3.3

宜选取部分有代表性的已知钻孔进行微动探测,取得地层基本地球物理参数。5.3.4

微动探测工作开展前,应进行台阵拾振器的一致性检查,各拾振器的相位一致性和振幅一致性应优于95%。5.3.5

宜采用二维台阵观测方式,如圆形台阵、内嵌三角形台阵、“T”形台阵、“L”形台阵和

“十字”形台阵等,不宜采用直线形排列台阵。5.3.6

微动面波震源的分布、触发时间及强度是随机的,采集的震动信号应满足平面波的假设要求。5.3.7

仪器设备要求应满足以下规定:1

应选用专业微动探测仪器设备,不宜采用工程地震勘探仪器;2

采集时间长度可控,采集时间不小于10min;3

A/D转换位数不应小于24位;4

动态范围大于120dB;5

系统噪声不应大于1μV。5.3.8

拾振器应满足以下规定:1

应采用三分量速度拾振器,固有频率不宜大于2Hz;2

拾振器应有水平调节装置,保证拾振器水平、稳定放置。5.3.9

拾振器布置应符合下列规定:11ti ·V 4r,i-ti -1·V 4r,i-1æ ö14(.3.13-1)ti -ti -1Vx ,=

ç51

ti ·V 4r,i-ti -1·V 4r,i-1æ ö14(.3.13-1)ti -ti -1Vx ,=

ç5良好;2

拾振器应摆放在密实地面上并调水平。5.3.10

外业数据采集应符合下列规定:1

应根据现场振动干扰情况,选择合适的采集时机,宜避开测点附近持续的强震动震源;2

测试现场存在非持续的干扰因素时,应延长信号采集时间,确保数据处理时有足够的有效信号可供筛选使用。5.3.11 现场记录宜按本规程附录

A

的规定,包括测点编号、台阵类型,测试起止时间,环境干扰状况等。5.3.12

微动探测数据质量评价应符合下列规定:1

微动处理系统所需测点信息应与外业原始班报记录一致;2

数据质量评价应考虑微动数据在所需频率范围内的信噪比,信噪比宜大于10倍。5.3.13

微动探测数据处理应符合下列规定:S1

可选用高分辨率频率-波数方法

(HRFK)、常规频率-S波数方法

(F-K)或空间自相关方法

(PAC)等提取面波的频散曲线;2

应计算各检波点的

H/V曲线和台阵平均

H/V曲线;3

微动剖面探测应在微动记录中提取出瑞雷波相速度频散5曲线后,采用式

(.3.13-1)计算各测点视S

波速度Vx:5/÷è øi式中:Vx,———视S波速度

(m/s);iiVr,———瑞雷波相速度

(m/s);ii st

———周期

i s4

绘制相速度-频率曲线,也可绘制相速度-深度曲线;5

当进行剖面测试时,应绘制各测点面波频散相速度等值线图,也可根据反演计算的层速度绘制Vx

剖面等值线图;126

宜对探测异常进行分类。5.3.14

微动探测成果解释应符合下列规定:1

应根据微动成果图件结合已知地质资料进行解释;2

面波的深度转换可选用半波长法,或参照已知钻孔数据进行对比解释;3 可根据面波相速度等值线剖面图和各测点

H/V

曲线按本条文说明分析评价异常类别。5.3.15

微动探测取得的分类异常应进行钻探验证,验证重点集中布置在Ⅲ类、Ⅳ类异常区域。对异常特征相似的多个异常可选择性地进行钻孔验证,根据验证结果再决定是否进一步布置验证方案。微动异常分类宜按如下原则分析判断:Ⅰ类异常:局部速度稍偏高或者偏高;或者无明显速度偏高,但

H/V曲线中出现小峰值频率对应较好等情况。该类异常对应的可能是岩土层分界面或者不均匀风化面,出现孤石的可能性极小;Ⅱ类异常:局部速度稍偏高或者偏高,且

H/V

曲线中出现小峰值频率对应较好,或者大峰值频率对应较差;或者无明显速度偏高,但

H/V曲线中出现大峰值频率对应较好等情况。该类异常对应的可能是阻抗比较大的岩土层分界面或者不均匀风化面,出现孤石的可能性较小;Ⅲ类异常:速度明显偏高;或者速度稍偏高或者偏高,且H/V曲线中出现大峰值频率对应较好等情况。该类异常对应的可能是速度较高的岩土体或不均匀风化,出现孤石的可能性较大;Ⅳ类异常:速度明显偏高,且

H/V

曲线中出现大峰值频率对应较好。该类异常对应的可能是速度较高的岩土体或不均匀风化,出现孤石的可能性极大。5.3.16

根据微动探测成果结合钻孔验证情况对不良地质体存在概率进行分析评价,宜划分为安全区、警示区、危险区。分区的13划分依据如下原则:1)安全区:A.基本无速度及

H/V

异常,不存在基岩凸起的,存在孤石的可能性极小的测试区域;B.存在局部速度异常经少数验证孔排除的测试区域;2)警示区:A.存在局部异常,建议钻孔验证由于场地等原因无法验证的测试区域;B.验证结果不能排除基岩凸起或者孤石

(如揭露岩脉、碎块状)的测试区域;3)危险区:A.存在明显异常,钻探验证为孤石区域;B.存在明显异常,建议钻孔验证由于场地等原因无法验证的测试区域;C.验证孔揭露孤石及孤石群或者基岩凸起

(包括基岩完全侵入隧道洞身、基岩局部侵入隧道洞身

造

成

的

上

软

下

硬

的

情

况)的

测

试区域;D.揭露岩脉侵入隧道洞身的测试区域;E.存在岩溶、软硬复合地层区域。5.3.17

宜收集盾构施工过程的施工参数

(盾构机推力、扭矩、姿态等反映岩土层强度的各种力学参数),与微动探测成果对比,提高分析解释准确性。V5.3.18

微动探测法成果图件宜包括典型波形记录、频散曲线V(r-f)、H/V曲线、相速度剖面或视S波速度剖面、不良地质体成果图等。5.4

跨孔弹性波层析成像法5.4.1

跨孔弹性波层析成像的应用条件应符合下列要求:1

被探测目标体与周边介质存在较显著的弹性波速度差异;2

钻孔位置宜使目标测区位于成像区域的中部,同时结合14工程特点布置。5.4.2

弹性波激发装置宜采用高压可调电火花震源,应符合下列要求:1

仪器设备的防护和使用必须符合高压电器的要求;2

震源应能激发高频声波脉冲,能量可控、满足接收要求;3

震源产生的激发波形起跳尖锐、稳定,具有触发接收仪器同步装置,同步时间误差应小于0.1ms。5.4.3

数据采集系统应满足下列技术指标:1

数据采集主机应采用声波仪或多道地震仪,并具有信号增强、外触发、滤波、数字采集等功能;t2

采样间隔可选,最小采样间隔不大于0.05ms;t3

记录长度可选,每道样点数不小于512点;4

模数转换精度不小于24bi;5

通频带:2Hz~5000Hz;6

放大器内部噪声小于1μV;7

动态范围大于96dB;8

检波器各道之间固有频率相差小于10%,灵敏度相差小于10%,相位差小于1ms;9

绝缘电阻大于10MΩ;10

孔下和水下检波器应有良好的防水性能。5.4.4

现场观测系统应符合下列要求:1

采用多道接收方式观测时,同一震源点的相邻接收排列应重复不少于一道;2

孔内激发时宜自下而上激发;3

弹性波射线应覆盖被测体,密度宜均衡分布。5.4.5

现场测试和数据采集应符合下列要求:1

激发电压选择应以保证接收信号初至清晰且不破坏钻孔套管为前提;2

信号接收宜采用加速度型压电检波器或检波器串;153

激发孔内应注入井液耦合,测试前应向激发孔和接收孔内注水至淹没高压放电头和检波器;4

数据采集时仪器滤波档宜采用

“全通”模式,分析测区有效波和干扰波特征,如为压制干扰波,宜采用同一滤波参数;5

估算初至时间,结合现场探测距离和精度要求,确定采样间隔和记录长度,初至时间宜小于记录长度的2/3;6

现场应实时对采集的记录进行检查,干扰严重的记录应重新采集;7

现场应结合相邻记录对比波组的规律性以及各道初至时间的连续性。当波组或初至时间出现突变时应重复激发采集数据,确认两次记录的一致性;8

使用检波器串接收,同一张记录中超过3道或两相邻道工作不正常的,应实时查找原因,排除故障后重新采集;9

同一激发点的相邻排列重叠道的旅行时差大于0.2ms时,应重新采集。5.4.6

数据处理应符合下列要求:1

对数据进行预处理。读取每条射线的初至时间,若初至时间存在延时,应进行校正。读取初至时间的起跳位置应采用统一标准,无法判读初至时间的记录道应做屏蔽处理;2

根据测量、测斜资料建立坐标系,将每条射线的激发点、接收点位置与相应的旅行时资料形成数据文件;3

计算出每条射线的平均波速,并分别显示出各个同步和定点的平均波速,以确定参加反演参数的变幅范围;4

根据地质及地球物理条件、观测系统、成像精度、分辨率和任务要求选择和建立数学物理模型,网格单元应不小于测点间距,单元总数不宜大于射线条数;模型的初始值和约束极值可由已知地质条件、经验值、现场试验计算等方法得出;5

射线追踪可选择线性方程、打靶法、最小旅行时或平方慢度等方法,宜采用弯曲射线追踪法进行反演计算;16BS SC6

反演方法宜选择误差反投影算法

(BS SC(VD)、代数重建法

(ART)、联合迭代法

(IRT)、共轭梯度法

(G)、阻尼最小二乘

(LSQR)等方法,以及由这些方法改进而成的其他方法;7

可将钻孔或探洞的物性参数、测井资料作为边界条件,加入相应的反演计算中,以克服边界误差;8

已知波速可约束反演,或不参与反演;9

反演迭代次数应根据射线路径和图像形态的稳定程度确定,也可根据相邻两次迭代的图像数据方差确定;10

对于相互连接的探测剖面,应采用相同的反演方法、模型和参数;11

对于二边观测的层析成像数据,可选择具有压缩恢复处理功能的反演软件,以减小图像在垂直观测方向上的伪差。5.4.7

成果解释应符合下列规定:1

弯曲反演的最终射线分布图可作为成果之一,根据射线疏密情况、水平射线平均速度、低于或高于特定波速值的射线分布,确定高速区或低速区的位置和规模,并按CT图像参数的变化梯度确定异常范围、延伸方向;2

根据CT图像中地震波波速的分布规律,结合被探测区域的地层岩性、结构构造、风化卸荷及岩体质量等情况确定异常范围及延伸方向,并进行地质推断解释;对物探解译的各类异常,结合其他资料,进行综合推断分析。5.5

跨孔电磁波层析成像法5.5.1

跨孔电磁波层析成像的应用条件应符合下列要求:1

被探测目标体与周边介质存在较显著的电性差异并具有一定的规模,钻孔位置宜使目标测区位于成像区域的中部,同时结合工程特点布置;2

探测区域内不存在足以影响观测质量的强电磁干扰;173

钻孔内应无金属套管。5.5.2

跨孔电磁波层析成像的接收系统应选用电磁波透视仪,仪器设备应符合下列要求:1

工作频率具有一定可选范围,频率稳定;2

接收机输入端噪声电平不大于0.2dBm;3

接收机测量范围为20dB~140dB,动态范围为100dB,测量误差范围为±3dB;4

应配备不同主频的系列天线,发射与接收天线具有良好的绝缘性和密封性。5.5.3

确定初始场强和背景吸收值,宜在地质条件相对简单的孔段进行试验。应选取不少于两个发射频率和相应的天线进行全孔段同步观测,选择观测数据不大于110dB时的最高频率为工作频率。5.5.4

现场测试和数据采集应符合下列要求:1

发射机与电缆间宜使用长度为2倍所选波长的绝缘绳相连,接收机与电缆间应用电缆滤波器相连;2

仪器工作频率应与天线相匹配;3

可选择单频或多频观测方式;当相邻有多组剖面进行层析成像时,应采用相同的频率进行观测;4

当仪器距孔口较近时,应用金属板将孔口进行封闭,以避免电磁波经空气绕射;5

现场观测发现异常,应加密观测;6

数据采集待数值稳定后再进行记录存储;7

对观测值有异常或疑问时应及时进行重复观测,并做好记录;8

当观测值发生畸变,应在畸变点周边加密观测或重复观测;9

电磁波射线应覆盖探测工程建设影响范围,密度宜均衡分布。185.5.5

数据处理应符合下列要求:1

对数据应进行预处理,按成像计算格式要求进行整理、编辑,剔除不合格数值等;2

根据测量、测斜资料建立坐标系,将每条射线的激发点、接收点位置与其相应的观测数据资料形成对应数据文件;3

根据地质及地球物理条件、观测系统、成像精度、分辨率和任务要求选择和建立数学物理模型,网格单元应不小于测点间距;S4 反

演

方

法

宜

选

择

奇

异

值

分

解

(SVD)、

联

合

迭

代S(IRT)、共扼梯度

(CG)、阻尼最小二乘

(LSQR)等方法,以及由这些方法改进而成的其他方法;5

反演迭代次数应根据射线路径和图像形态的稳定程度或相邻两次迭代的图像数据方差确定;6

多频观测的跨孔电磁波层析成像宜选择相对衰减成像,选择的频率应频散明显、数据没有盲区;7

对于二边观测的层析成像数据,可选择具有压缩恢复处理功能的反演软件,以减小图像在垂直观测方向上的伪差。5.5.6

成果解释应符合下列规定:1

根据反演的最终射线分布疏密情况、图像等值线的梯度变化确定异常范围、延伸方向;2

层析成像图像中吸收系数异常的解释,应结合被探测区域的地层岩性、构造、风化程度及岩体质量等情况进行综合分析,做出合理的解释。5.6

跨孔电阻率层析成像法5.6.1

跨孔电阻率层析成像法应用条件应符合下列规定:1

探测目标体与周围介质间应存在显著的电性差异,钻孔位置宜使目标测区位于成像区域的中部,同时结合工程特点布置;192

测区内不存在足以影响观测质量的杂散电流和强电磁干扰噪声;3

探测区域周边至少两侧应具备钻孔施工条件,探测目标体规模大小与成像单元具有可比性;4

孔深不应小于孔间距的1.5倍;5

钻孔内应无金属套管。5.6.2

电法仪性能指标应符合下列规定:1

电压通道:±0.5%

±1个字,24位

A/D;2

电压最高采样分辨率:0.01μV;3

输入阻抗:≥50MΩ;4

电流通道:±0.5%

±1个字,24位

A/D;5

电流最高采样分辨率:0.02μA;6

绝缘性能:≥500MΩ;7

深度测量误差不应大于0.5%。5.6.3

跨孔探测时,孔间距宜为10~15m,钻孔深度满足跨孔探测要求。5.6.4

现场测试应符合下列规定:1

电极电缆长度标记相对误差不应大于0.2%;2

测试钻孔

(套管)内径不应小于75mm;测试前,应采用与电极的直径相当的重锤进行探孔;3

对于松散地层,应在成孔后及时安装塑料滤管,塑料滤管上的圆孔宜按梅花状排列,孔间距不大于5cm,孔径不应小于5mm;必要时塑料滤管外包扎土工布或滤网;4

测试前孔内应注满井液耦合,并保持静水位不变;5

装置类型可采用二极法、三极法和四极法;6

远电极应有良好的接地条件,距观测剖面的距离应为孔间距的5倍以上;在孔间和两孔连线外侧的地表宜同时布设地表测量电极;7

现场测试前应采取措施消除自然电位、极化电位对正常20测量的干扰,通过自然电位的补偿装置进行补偿。5.6.5

数据处理应符合下列要求:1

对数据进行预处理,剔除不合格数据点;2

根据测量、测斜资料建立坐标系,计算每条射线的供电电极和测量电极成像剖面的二维坐标,并形成数据文件;3

计算出每点的测量视电阻率值,并分别显示出各个同步和定点的平均视电阻率曲线,以确定参加反演参数的变化范围;4

应根据地质、地球物理条件、观测系统、成像精度、分辨率和任务要求选择和建立数学物理模型。网格单元尺寸应不小于测点间距且应小于最小探测对象的直径;5

正演计算理论值宜选择α中心法、有限差分法、有限单元法、积分方程法和边界单元法等方法,应根据实际情况确定;6

反演迭代宜选择最小二乘法,积分方程等方法,以及由这些方法改进而成的其他方法;7

反演迭代次数应根据电流场路径和图像形态的稳定程度或相邻两次迭代的图像数据方差确定;8

对于相互连接的剖面,应采用相同的反演方法、模型和参数。5.6.6

成果解释应符合下列规定:1

测点深度应以孔口标高为深度零点,深度比例尺宜与钻孔柱状图的比例尺一致;2

根据反演结果绘制电阻率等值线图或色谱图,根据电阻率值大小、分布范围以及梯度变化等特征对异常体进行识别,圈定异常范围;3

资料解释应依据等值线图或色谱图上的视电阻率值的变化特征,结合地质、钻探等有关资料,进行综合分析;4

成像的影像宜采用伪彩色色块、等值线方式;同一项目应采用相同的色谱、色标,当存在多条剖面首尾相连时,可将方向相同或相近的剖面连接在一起,形成影像剖面;215

成果应包括影像图、地质解释剖面图,同一剖面或测线的影像和地质解释剖面图应绘制在同一张图件中,并标注隧道结构线、里程等工程信息。226

探测成果验证6.0.1

对探测的异常区域应采用钻探等方法进行验证。6.0.2

不良地质体成果验证应符合下列要求:1

钻探验证作业应按现行行业标准

《建筑工程地质勘探与J取样技术规程》(GJ/T87)的相关规定执行;J2

采用钻探取芯方法进行验证,岩芯采取率应按相关规范要求执行,对孤石不良地质体岩芯采取率不小于80%;3

芯样上应标明孔号、回次、起止深度,并摆好芯样,拍照留存;4

钻探过程中若揭露到不良地质体,应采取减压

(低压)、慢速钻进,若遇钻具突然掉钻应立即停钻、停泵,及时丈量机上余尺,准确记录孔深及有关情况;5

不良地质体应采取岩芯样,选取中、微风化岩样进行岩石抗压试验;6

探测到的异常点都应进行钻孔验证。6.0.3

钻孔的封孔应符合

《城市轨道交通岩土工程勘察规范》(GB50307)的有关规定。6.0.4

不良地质体探测成果判断应符合下列规定:1

对孤石等硬质风化核、岩脉及基岩凸起,应结合钻探成果,判断风化核、岩脉及其上下风化岩的岩性特征;2

在岩溶发育区域根据野外钻探资料、并结合岩溶埋藏条件和发育程度综合判定岩溶溶洞和伴生土洞的性质;3

应结合钻探、物探成果确定不良地质体的埋深位置、规模;4

若验证结果与物探成果不一致时,应进一步分析原因,23必要时进行物探复测和钻探验证。6.0.5

应根据验证结果修正物探探测结论,完善物探报告。247

成果报告7.0.1

成果报告应内容全面,重点突出,立论有据,逻辑严谨,文字简练,结论明确,附图、附表等资料齐全。7.0.2

探测成果报告内容应包括:工程概况,目的任务,地形、地质及地球物理特征,工作方法与技术,仪器设备,资料处理与解释,主要成果分析与验证,结论与评价,问题与建议等。7.0.3

成果报告的插图、插表可包括方法原理图、典型曲线图或图像、对比分析图、工作量表、物性参数表、仪器技术参数、成果解释列表等。成果报告的附图、附表应符合工程和探测方法的技术要求。7.0.4

完成工程的阶段性探测工作后,可根据需要编写中间成果或阶段性成果报告。7.0.5

成果报告应经校核和审核、批准后才能提交,并应按有关规定进行归档。中间成果或阶段性成果报告,经校核后可在现场交付使用,但应说明其使用条件。25编号类型/(m)里程/(m)(m)

(

)1234567891011121314151617附录A 微动探测

(无线方式)

现场记录表工程名称: 工程地点: 测试日期:测线编号:仪器型号: 页码:仪器开机时间:

仪器开机时间:

仪器关机时间:操作:

记录:

校对:B1vxy

dai ×100% (.1.1)E=EB1vxy

dai ×100% (.1.1)E=E 0e -βr

rf()inθ (.2.1)

tj =∫Rj(

,)s

=∫RjA (

,)s (.3.1)B.1

数据误差计算公式相对误差δ应按下式计算:δ=

|dai-d'ai| B式中:dai———基本观测值,当进行了重复观测时,是指有效数据的算术平均值;d'ai———系统检查观测值,当进行了重复观测时,是指有效数据的算术平均值。B.2

电磁波吸收系数计算公式孔

(洞)间电磁波吸收系数应按下式计算:·θs Bd式中:β———电磁波吸收系数

(B/m);dE———接收电磁波场强

(mV);E0———偶极子天线初始辐射场强

(mV);r———收发距

(m); iθθf()———方向系数,简化时可取sn iθθθ———收发射线的水平夹角。B.3

弹性波射线走时公式弹性波射线走时应按下列公式计算:d x

y

d27B

tjB

tj =∑dij ·Xi (.3.2)

i

=1,,…,N (.3.3)j=12 B2M Bxyj=1,,…,

2M Bxy式中:v(

,)———地层速度分布函数;Rj———第j条射线路径;xyvxyA(

,)=1/

(

,)———慢度分布函数;xyvxyjt

———第j条射线的走时;jdij———第j条射线穿过第i个网格的长度;Xi———第i个网格中的慢度;N———网格数;M———射线数。28本规范用词说明1

为便于在执行本规范条文时区别对待,对于要求严格程度不同的用词,说明如下:1)表示很严格,非这样做不可的:正面词采用

“必须”,反面词采用

“严禁”;2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:正面词采用

“应”,反面词采用

“不应”或

“不得”;3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:正面词采用

“宜”,反面词采用

“不宜”;4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用

“可”。2

条文中指定应按其他有关标准、规范执行时,写法为:“应符合……的规定”或

“应按……执行”。29引用标准名录1 《城市轨道交通工程测量规范》GB/T503082 《岩土工程勘察安全规范》GB505853 《城市工程地球物理探测规范》CJJ/T74 《建筑工程地质勘探与取样技术规程》JGJ/T875 《城市轨道交通岩土工程勘察规范》GB5030730福建省城市轨道交通不良地质体探测技术规程c jStandardforadversegeolgic jni r tini r tiDBJ/T13-314-2019条文说明31制订说明2福建省工程建设地方标准

《城市轨道交通工程不良地质体探2测技术规程》(DBJ/T13-314-2019),经福建省住房和城乡建设厅2019年12月10日以闽建科

〔019〕14号公告批准发布。本标准制定过程中,编制组进行了广泛的调查研究,总结了国内城市轨道交通工程不良地质体探测的实践经验,同时参考了国内外先进技术法规、技术标准,对本标准内容的反复讨论、分析和论证,取得了重要技术参数。为便于广大施工、监理、设计、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定,福建省工程建设地方标准

《城市轨道交通工程不良地质体探测技术规程》编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明,对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。32目录1

总则……………

292

术语……………

303

基本规定………

324

轨道交通不良地质体特征……

335

不良地质体地球物理探测方法………………

385.1

一般规定……………………

385.2

跨孔层析成像方法的一般规定

………………

385.3

微动探测法

…………………

395.4

跨孔弹性波层析成像法 ……

415.5

跨孔电磁波层析成像法 ……

425.6

跨孔电阻率层析成像法 ……

426

探测成果验证…………………

447

成果报告………

45331

总则1.0.1

城市轨道交通主要是指在不同形式轨道上运行的城市公共交通工具,是城市地铁、轻轨、磁悬浮等轨道交通的总称。近年来,随着国家大力推进城市轨道交通工程建设,我省福州、厦门城市地铁线路相继建成运营,泉州、武夷山等城市轨道交通工程项目正在加快推进前期工作。城市轨道交通建设开通拓展了城市发展空间,缓解了城市交通拥挤问题,目前已成为现代城市居民出行主要方式。福建省位于东南沿海,区域地质条件复杂,地下水系发达,导致我省城市轨道交通工程建设技术难度较大,投资成本较高,建设周期较长。福建省沿海属于多山地带,地质情况变化大,岩层与土层变化频繁,常遇未完全风化岩石残留体(孤石)等不良地质体。对不良地质体的探测和处理,目前尚无相应的国标、行标可供参照执行。为规范福建省城市轨道交通不良地质体探测方法技术要求,使用合理的探测方法,保证探测成果质量,提高经济效益,促进绿色岩土发展,制定本规程。1.0.3

工程地球物理探测包含很多种技术方法,每种物探方法应用的基础是基于探测目标对象与周围介质间存在一种或多种物性参数的差异。针对城市复杂环境条件,应选择对不良地质体的物性参数比较敏感的探测方法才能进行有效探测,例如针对孤石速度高、密度大的主要特征,选择方法应能反映其一种或多种的物性参数变化。352

术语2.0.2

本条中提及的岩脉,是存在浅表层城市轨道交通施工范围内的不良地质体。2.0.5

微动探测指利用台阵观测技术采集天然源微动信号,并通过数据处理方法从中提取瑞雷波频散信息,再对其反演获得地下介质S波速度结构的面波勘探方法。采用三分量拾振器时可同时得到反映土层波阻抗变化的

H/V曲线。P在地球表面,无论何时何地都存在一种天然的微弱震动,称P为

“微动”,其震源主要与天气、气压以及海浪、潮汐等天然因素变化和人类日常生活、生产活动等产生的震动有关,前者的频率小于1Hz,后者频率大于1Hz。城市中震动源主要由行驶中的车辆、机械震动、和人类日常生活、生产活动等产生,频率大于1Hz。震源来自观测点的四面八方,携带丰富的地球内部信息。微动是一种由体波

(

波和S波)和面波

(瑞利波和拉夫波)组成的复杂振动,垂直方向上瑞雷面波的能量占信号总能量的70%以上。微动探测采用空间自相关

(SPAC)法或频率波数

(F-K)法从微动信号的垂直分量中提取瑞利波频散曲线,并通过对频散曲线的反演获得地下介质的横波速度结构。微动探测无需人工激发震源,不受勘探场地环境振动和电磁干扰影响,仪器设备轻便,勘探周期短、成本低,尤其适用于传统物探方法很难开展工作的城市环境。由于不受浅层高速层屏蔽作用的影响,对深部低速层的分辨能力远远超过其他物探方法。近期在轨道交通勘察工作中进行微动探测技术的应用研究主要在球状风化体

(孤石)探测、溶洞探测、地下空洞探测、断裂带探36

4D 0v (

4D 0v (.0.12-1)2.0.11

瑞雷面波有基阶波、高阶波等模态之分。同一频率,不同模态的相速度不同;同一模态,不同频率下相速度不同。2.0.12

微动

H/V谱比法,又叫

Nakamura方法或准转换函数谱方法,首先由

Nogoshi和Igarashi提出,经

Nakamura推广应用于场地响应评估。H/V

值使用单台水平与垂直分量频谱相比得到,实施起来简单快捷,因而得到广泛的应用。微动

H/V

峰值频率与松散沉积层的S波共振频率相吻合,这和很多应用结果相符。H/V曲线中的频率峰值f0

与松散覆盖层的平均剪切波速度和覆盖层厚度相关,可以近似用如下公式表示:f0=

Vs 2式中,Vs———覆盖层加权平均剪切波速度

(m/s);vDo

———松散覆盖层厚度

(m)。vH/V曲线总体上反映了土层从浅部覆盖层到基岩的波阻抗变化规律,轨道交通工程不良地质体的波阻抗变化大,H/V

曲线反映明显。H/V曲线的峰值频率与覆盖层的S波速度结构和厚度密切相关,对应峰值频率的

H/V量值和覆盖层与下伏基岩的S波速度比呈一定比例,即速度比越大,峰值频率的

H/V

量值也越大。373

基本规定3.0.1

地球物理探测

(物探)是通过观测和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘探方法,电法或

(电磁法)勘探以介质电性差异为基础,研究天然或人工电场

(或电磁场)变化规律;地震勘探以介质弹性差异为基础,研究波场变化规律;磁法勘探以介质磁性差异为基础,研究地磁场变化规律。本条明确了应用地球物理方法探测不良地质体的前提条件。3.0.2

在轨道交通工程不良地质体探测中,由于其环境的复杂性,各类地球物理方法均存在其优势与不足,探测深度和精度也都不相同,在选择探测方法时,应综合考虑探测目标的深度、探测地质环境特性和探测精度要求,在分析各物探方法的适用条件的基础上选择合理的方法或方法组合。3.0.3

仪器设备是城市轨道交通不良地质体探测的工具,是获得可靠信息数据和提高工作效率的基本保证。本条规定是对仪器设备的基本要求,探测仪器设备要定期检验校正,经常维护保养,保持良好性能状态。仪器的操作人员和维修应具备相应的能力。3.0.4

根据探测目的、探测深度与场地环境等因素选择1-2种物探方法,然后开展有效性试验,再确定合适的探测方法与数据采集参数。3.0.6

数据采集后应及时对原始数据进行检查,质量不合格数据应重测。3.0.7

数据初步处理后,发现物探异常时,应对收集的各种资料进行分析判释,排查异常是否由场地干扰、建

(构)筑物等引起,然后结合地质资料进行解释,必要时对单点异常应进行复核38或复测。3.0.13

积极推广经过检验证明有效的新技术和新方法,可以不断提高解决问题的水平和能力,推动轨道交通工程不良地质体综合探测技术的发展。394

轨道交通不良地质体特征4.0.1

1

本条对不良地质体的类型进行了规定。根据对轨道交通建设特别是盾构区间和车站施工的影响程度,不良地质体主要类型包括孤石、块石、滚石,岩溶,岩脉,破碎带,软硬复合地层等。轨道交通建设常遇到的地下障碍物,如填石、既有旧基础、桩基础、旧桥梁基础、堤岸基础、深埋管廊、箱涵和深埋管道等,可参照本规程的相关规定执行。对于埋藏的河道、暗浜、墓穴、防空洞、空洞等对工程不利的埋藏物,可根据埋藏物的性质参照本规程的相关规定执行。2

不良地质体的描述如下:1)孤石:即球状风化体,为岩石的不均匀风化的产物。岩石在风化应力的作用下,其结构、成分和性质会产生不同程度的变异,根据岩石风化程度的不同,将岩石划分为全、强、中、微四类风化岩,已完全风化成土而未经搬运的风化碎屑物定名为残积土。当岩石有三组以上相互正交的原生节理时,节理把岩体分割成许多长方形或近似正方形的岩块,节理相交处

(棱角部位)的风化作用较强烈,经过一段时间的风化作用之后,棱角逐步圆化,方形岩块逐渐变为球形岩块,这种现象为球状风化。岩块周边风化较深的部分则成为残积土、土状风化岩等。残积土、全风化、强风化岩中的中风化、微风化残留体定名为

“孤石”。一般存在于花岗岩类

(如花岗岩、斑岩、辉绿岩等)的岩石风化带中,某些砂岩、灰岩中的风化带中也存在类似

“孤石”的残留球状风化核。“孤石”在我国南方花岗岩发育地区普遍存在,其形状各异,大小也从几十厘米到几米不等,强度较大。40块石:是指具有外倾结构面的岩体受节理、裂隙的影响发生重力崩塌,形成块石坠落存在于场地地层中;或粒径大于20cm的岩石人为抛填于场地地层中,被后期沉积土层所覆盖。滚石:是指块石在外力作用下从边坡和陡崖表面失稳后经下落、回弹、跳跃、滚动或滑动等运动方式中的一种或几种的组合沿着坡面向下快速运动,最后在较平缓的地带或障碍物附近静止下来,堆积存在于坡积土层中,被后期沉积土层所覆盖。2)岩溶:岩溶

(又称喀斯特)是可溶性岩石

[包括碳酸盐类岩石

(石灰岩、白云岩等)、硫酸盐类岩石

(石膏、芒硝等)和卤素类岩石

(岩盐等)]在地表水或地下水的溶蚀、冲蚀、潜蚀和崩塌等作用下,产生的各种地质作用、形态和现象的总称。主要有溶洞、溶沟

(槽)、溶蚀裂隙、石芽、溶蚀漏斗等形态。根据充填物不同,可形成空洞、充填土洞及水洞等。土洞是指埋藏在岩溶地区可溶性岩层的上覆土层内的空洞。土洞继续发展,易形成地表塌陷。3)岩脉:又称

“岩墙”,是岩浆沿围岩的裂缝挤入后冷凝形成的不整合侵入岩体,一般为充填在岩石裂隙中的板状岩体,横切岩层,与层理斜交,属于不整合侵入体的一种。岩脉的宽度一般为几十厘米至数十米,长度可由数十米至数千米不等。依据成分、形态、产状及与地质构造的关系,可分为简单岩脉、复杂岩脉、岩脉群及环状岩脉等。通常将直立或近直立的板状岩体称为岩墙,而将与层理斜交,形状较不规则的板状岩体称为岩脉。4)破碎带:岩体中具有一定宽度和相当延伸长度的非单一裂缝组成的破碎条带地段。一般指断层或裂隙密集带等造成的岩石强烈破碎的地带。常见于断裂带附近、节理、裂隙密集带、褶皱的轴部等构造带,分布规律受区域性断裂构造所控制。破碎带的宽度从几十厘米到数百米,长度可为数米乃至数十千米。按其形成时的受力状况,可分为压性、扭性和张性三种。5)软硬复合地层:将开挖断面范围内和开挖延伸方向上,41由两种或两种以上不同地层组成,且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质特征相差悬殊的组合地层。组合方式包括在断面垂直方向上不同地层的组合

(如上软下硬地层、基岩突起)及水平方向上地层的不同组合

(如岩脉)等两大类。一般指隧道洞身范围地层软硬不均,既有软土或软岩地层的不稳定性,又具有硬岩的高强度。4.0.2

轨道交通不良地质体的工程特征:1

孤石、块石、滚石:1)分布无规律。孤石的成因受岩石矿物成分及原生构造的影响,存在于残积土、全风化、强风化岩的风化带中,形状主要以球形、亚圆形为主,大小不一,常见的粒径从几十厘米到十几米都有,有时呈串珠状分布

(俗称葫芦串)。孤石、块石、滚石的空间分布均具有随机性,无规律可循。2)岩石强度高。孤石、块石、滚石的岩石抗压强度高,常见天然抗压强度为30~150MPa,最大可达150~250MPa,硬度大,强度高,对盾构施工影响大,刀具磨损大,施工困难。3地层均匀性差。孤石强度高,硬度大,与周边岩石土状风化物的力学性质有显著的差异。3)地层均匀性差。孤石、块石、滚石强度高,硬度大,与周边岩石土状风化物或一般沉积土的力学性质有显著的差异。4)地层稳定性差。由于孤石、块石、滚石周边一般为水稳性差的土状风化物,盾构施工时,孤石常会随刀盘滚动,难以被破碎、清除,造成进尺困难。当发生孤石周边土体流失或被掏空时,孤石失去支撑会发生失稳、塌落,进而引生地表塌陷,造成事故。5)孤石、块石、滚石会给地铁施工带来极大风险,盾构机掘进中若遇未探明的孤石、块石、滚石,经常会严重损坏盾构机,甚至会造成喷涌、塌方等意外情况。被动的处理孤石、块石、滚石也会造成环境破坏,延误工期、堵塞路面交通,增加投42资控制的不确定性等,造成的损失往往是巨大的。2

岩溶不良地质包含岩溶及伴生的土洞:岩溶:1)岩溶与新构造运动的关系密切,地壳强烈上升地区,岩溶以垂直方向发育为主;地壳相对稳定地区,岩溶以水平方向发育为主;地壳下降地区,既有水平发育又有垂直发育。因岩溶发育较为复杂,影响因素较多,造成岩溶洞体形态各异,大小不一。受溶沟、溶槽、石芽、塌陷洼地等岩溶形态的影响,岩面埋深变化大:基岩面可以再很小的范围产生较大的变化。2)岩溶的发育与地质构造

(节理、裂隙、断裂、褶皱等)关系密切,受岩性、裂隙、断层和不同岩性接触带或不整合面等的控制,一般节理、裂隙交叉处或密集带、断层破碎带、褶皱背斜轴部张性节理发育带等部位岩溶较发育。这些构造一般都具有方向性,决定了岩溶发育具有带状性。3)由于岩溶发育形态差异,不同部位的岩石强度差异较大,溶洞充填物及充填状态

(充填密实、未充填、半充填、充水、水流冲蚀物充填)不同,性质变化大,接触断面常为土岩复合地块层,性质差异大。4)发育的溶洞往往存在地下暗河,岩溶连通性好,地下水富集,水量较大,施工揭露岩溶水,易发生岩溶突水,灾害大。5)岩溶地基的稳定性受洞体的形态、埋藏条件、洞体顶板岩层的产状、厚度及洞体的充填情况影响,在受到开挖扰动、外力施加荷载、振动作用等影响下,原有的平衡状态发生改变,易引起洞体坍塌,使地基产生不均匀沉降、下陷等。6)岩溶发育并与土洞伴生:尤其是土洞易坍塌,对地下工程施工及今后运营都构成极大的威胁。7)地铁隧道下若潜伏岩溶,则存在运营期间安全问题。土洞受周边工程活动影响大,可在短时间内发展并扩大,对隧道行车安全构成威胁。因此隧道下方的土洞为高风险区。发现的土洞43均需处理。土洞:1)土洞为埋藏在岩溶地区可溶性岩层的上覆土层内的空洞。可分为地表水机械冲蚀作用形成的土洞和地下水潜蚀作用形成的土洞。一般多位于黏性土层中,砂土及碎石土中少见。土洞是岩溶作用的产物,其分布受岩性、岩溶水、地质构造等因素控制。凡具备土洞发育条件的岩溶发育地区,一般均有土洞发育。2)土洞的发育与地下水关系密切,地下水潜蚀形成的土洞多位于地下水变化幅度内,在竖向分布上受地下水位线控制。地下水将土颗粒沿岩溶洞穴裂隙带走,形成空洞,并向上呈拱形发展,形成上大下小的空洞。土洞和地面塌陷的形成和发展,有其一定的规律性,但由于工程地质和水文地质条件的复杂性,决定了土洞分布的复杂性。3)由于土洞的塌陷堆积物或充填物与周边原状土性质差异较大,造成断面地层具有明显的不均匀性。土洞破坏了地层结构的均匀性,弱化了地层自身强度和抗变形能力。4)土洞在地下水作用、开挖扰动、外力施加荷载、振动作用等影响下,原有的平衡状态发生改变,易引起洞体坍塌,使地基产生不均匀沉降、下陷等。1()土洞的成因与工程建设与人类活动息息相关,更决定了1土洞探查的复杂性和变化性。234()土洞的存在,施工活动会加剧原有地层的变形。234()土洞的大小和发展,对周边地层的稳定影响极大。()土洞上部施工会打破土洞上部地层的力学不平衡,导致土洞上方地层结构的失稳破坏,易导致地面沉降、塌陷,影响周边建

(构)筑物的稳定性。3

岩脉:1)由于岩脉为后期侵入体,空间分布具有区域性。岩脉切断围岩,呈不整合接触,产状一般较陡,规模有大有小,厚度从44几十厘米到几千米,长度从几十米到几百千米,岩性比较复杂,基性到酸性都有,岩脉周边围岩可能有变质现象。2)由于岩脉抗风化能力一般较强,岩石强度一般较周边围岩高。福州地区岩脉岩性以辉绿岩、花岗闪长岩,花岗斑岩、石英正长斑岩等居多。厦门、泉州地区岩脉多为辉绿岩。与软硬复合地层类似,盾构掘进时若遇到岩脉/岩墙,会导致盾构姿态不好控制、刀盘压力控制不住、刀盘磨损厉害,产生涌水、喷涌等问题,严重时会引起卡机,造成工程安全风险。提前探测岩脉的存在对于合理地进行盾构机选型,优化刀盘配备,控制地面沉降等有重要意义。4

破碎带:1)由于构造活动造成岩层发生拉张性或挤压性破碎,破碎带基岩风化剧烈,节理和裂隙极其发育,岩体破碎,岩石强度一般相对周围完整岩体的岩石强度低。由断层所生成的破碎带含有断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩或断层泥等。由斜坡破坏生成的破碎带也可含有角砾、碎裂块石和糜棱状黏土等,地层均匀性差。2)破碎带渗透性较周边围岩大,透水性强,储水性好,是基岩裂隙水发育的有利构造,水文地质特征复杂,一般裂隙水发育,涌水量大,排降水施工难度大。3)由于破碎带岩体完整性差,由破碎带组成的滑带为滑坡体的滑动位置,地层稳定性差,透水性强。隧道及地下工程施工中易产生透水、涌水、冒顶、坍塌等不良地质现象,施工风险较大,甚至引起山体滑动以至在隧道建成后长期整治不好,应尽量避免。5

软硬复合地层:1)地层均匀性差、软硬不均。垂直方向上软硬复合地层一般中下部为中-微风化硬岩,强度高,与上部相对较软的岩土层(一般沉积的四系地层、残积土及土状风化岩等)岩土层的物理、45力学特性差异大,软硬不均,且硬岩岩面一般起伏较大,同一断面岩土硬度、强度差异大。水平方向上软硬复合地层如岩脉接触带附近或岩脉侵入到周边土状风化岩中组成的复合地层。隧道盾构施工时,刀盘、刀具较难选择,易产生偏磨,盾构姿态较难控制,易产生偏位

(上浮、侧移等)。2)硬岩岩石强度高。常见硬岩岩石天然抗压强度为30~150MPa,最大可达150~250MPa,硬度大,强度高,对盾构施工影响大,刀具磨损大,施工困难。3)水文地质条件复杂。软硬地层交界面的断层破碎带、岩脉侵入带等构造带往往储藏有较丰富的地下水,地层渗透性较大,涌水量大,排降水施工难度大。隧道开挖施工时,易出现渗漏、透水、涌水、突涌等不良地质现象。透水量大时,甚至可能淹没隧道。4)由于盾构机刀具对软硬岩的适应能力不同,同一断面软硬不均的地层施工中易造成刀具偏磨、卡壳,盾构姿态难以控制,刀具损坏严重且更换困难。4.0.3

不良地质体所具有的地球物理参数特征是地球物理探测方法的前提,应根据探测对象的物性差异选择合适的探测方法。微动探测法主要基于弹性波速度、波阻抗差异;跨孔弹性波层析成像法主要基于速度差异;跨孔电阻率层析成像法主要基于电阻率特征差异;跨孔电磁波层析成像法主要基于电磁波吸收系数(计算公式见附录B.2)差异。岩溶无充填物时,地球物理特征参数相对复杂,需要根据具体的工程情况和水文地质条件分析处理。465

不良地质体地球物理探测方法5.1

一般规定5.1.1

本规程推荐的地球物理方法包括微动探测法、跨孔弹性波层析成像法、跨孔电阻率层析成像法、跨孔电磁波层析成像法四种方法。规程编写过程总结了多年来国内许多物探方法在地铁建设过程实践中不良地质体探测的成功和失败案例,排除了一些基本无效或效果不明显无法在城市复杂环境推广应用的方法。例如地质雷达在福建城市由于地下水深度浅,电磁波穿透深度浅,探测一定埋深地铁施工不良地质体基本无效;推荐的四种方法对福建地方区域特色的不良地质体较有效。5.1.2 宜采用小偏移距、小道间距、小炮间距、多通道采集(不小于12道),CMP点间隔不大于1m;宽震源频带,主频在300-1500Hz为宜。5.1.3

本条规定了不良地质体探测可供选择的探测方法。每种探测方法都有自己的适用条件和适用范围,针对性地选择探测方法,应依据本条所述的注意因素,选择合适的物探方法进行探查,可以取得事半功倍的效果。微动探测法作为一种无损探测方法,特别适合在城市复杂场地条件开展作业,一般为主要的探查方法,适用于孤石、块石、滚石,岩溶,岩脉,破碎带,软硬复合地层等的探查;各类跨孔层析成像方法也可用于探查孤石、块石、滚石,岩溶,岩脉,破碎带,软硬复合地层等不良地质体,宜根据安全、效率、经济的原则选择使用。破碎带推荐的探测方法有微动探测法,跨孔电磁波层析成像法。475.1.4

当探测任务简单或工作量较小时,工作程序可以简化;工程地质条件复杂时,需密切配合施工方,做好地质情况跟踪,适时对施工方提出预警与建议,动态指导施工。5.2

跨孔层析成像方法的一般规定5.2.1

跨孔弹性波层析成像可用PVC、金属套管;跨孔电磁波层析成像使用

PVC

管;跨孔电阻率层析成像需要使用带孔的PVC管。5.2.2

2跨孔层析成像共激发点

(定点发射)扇形扫描观测系统如图1所示。对孔间及自然临空面所构成的区域进行跨孔层析成像时,宜采用扇形扫描方式。4

射线宜分布均匀,交叉角度不宜过小,扇形扫描的最大角度以不产生明显断面外绕射为原则,一般按45°角的扇形扫描开展工作,效果较好。一般情况下,射线角度大于60°的记录道应做屏蔽处理。点距应根据探测精度和方法特点确定,扇形扫描观测时发射点距不宜大于10m,并且每一个孔内的发射点应不少于5个,接收点距不宜大于1m。当发射点间距大于接收点间距时,应采用两孔互换观测系统。两孔互换有利于数据的检查,起到互相校正的作用,并能及时发现异常数据,进行现场判断。在实际工作中,观测系统严格满足层析成像理论的很少,一般是在两孔间进行层析成像。图1

跨孔层析成像观测系统485.2.3

3

测试前应检查电火花激发头和检波器

(串)

(发射天线和接收天线)连接电缆上的深度标记是否牢固,对滑动的标记进行归位和标定。测量时电火花激发头和检波器

(串)

(天线)底部应悬挂适当质量的重锤使电缆在钻孔中保持铅直。激发点宜自下而上移动。5.3

微动探测法5.3.2

台阵中各拾振器之间的间距与探测精度有关,一般间距越小,可探测精度越高,反之则越低;可探测精度与场地地层剪切波速度、台阵类型、处理算法等有关系。应根据反映目标体的最大埋深的最小频率值,选择合适的有效记录时间。有效记录时间指微动记录中采用一定算法剔除强震动或异常干扰区段后,筛选出的有效时间窗口累计长度,一般不宜少于5min。5.3.3

采用物探方法取得的物理场参数异常变化进行地质属性解释是探测目的,探测资料解释宜遵循从已知到未知,先易后难,点面结合的指导原则。在已知钻孔特别是已经揭露不良地质体的初详勘钻孔进行微动测试,取得基本参数,对于微动剖面的解释有益。5.3.4

一致性测试时应将全部仪器集中放置到地面条件相同的位置处,同步记录不应少于10min,计算各台仪器的功率谱之比、相干系数和相位差,对仪器的一致性做出评价。在有效频段范围,相干系数一致性应优于95%,相位差宜小于5°。5.3.5

直线形排列有方向依赖性,不建议使用。建议采用圆形台阵,圆形台阵能顾及各个方向来的振动信号。场地条件受限制时,宜灵活采用

T

形台阵、L形台阵、十字形台阵、U

形台阵等,台阵尽量避免对称布设。一般而言,拾振器布设越多,边长越多,提取的频散曲线越准确;采用6台拾振器圆形台阵

(圆心一台,圆周均匀分布5台)是较为经济合理的方式。495

N =

(1-coh5

N =

(1-coh 2) (.3.12-1)用沿排列方向传播的地震噪音能量,二维排列能更有效地利用来自不同方向随机噪音震动信号,是微动探测的主要观测方式。5.3.6

微动信号的振幅和形态随时空变化而发生变化,但在一定时空范围内具有统计稳定性,可用时间和空间上的平稳随机过程描述。微动探测以平面波理论为基础,现场测试时应了解测区的地球物理条件、测点附近的震源情况,若存在震源来自城市高架桥车辆和运行中的地铁信号时,应寻找合适的测试时间。5.3.7

有线仪器通过电缆连接各拾振器同步采集信号,无线仪器一般通过

GPS授时功能实现各采集系统的同步信号采集。5.3.9

拾振器避免直接放置于下水道、地下通讯缆线通道等的井盖上。5.3.10

应避免在恶劣的天气条件下采集信号,如:刮风、下大雨、温差太大

(避免在临界工作温度条件下使用设备)、存在低压气象事件。采集设备开始采集时,避免人员在拾振器