11微動技術在城市地下空間探測中的應用-上勘集團-孔俊禹.pdf

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1、微動技術在城市地下空間探測中的應用中國測繪學會地下管線專業委員會2023年年會中國測繪學會地下管線專業委員會2023年年會孔俊禹上?？辈煸O計研究院（集團）股份有限公司2023年11月 上海1研究背景2微動探測基本原理3微動探測工作方法4城市地下空間探測實例目錄CONTENTS5結論與展望3一、研究背景 為了增大探測深度，降低施工成本，提高場地適應性，選取一種適合城市深層地下空間探測的方法對于城市地下空間安全開發利用具有重要意義。施工受場地限制成本高受噪聲影響大隨著我國城市地下空間開發日益深層化，開展城市環境下深層探測技術研究，可以更好地保障城市地下空間安全開發和合理利用。城市地下空間探測主要包

2、括城市地層波速測試及地層劃分、地下障礙物探測等，常用的地球物理探測技術主要有：單孔聲波測試、高密度電法、電磁感應法、地質雷達法、彈性波CT法、主動源面波法。4一、研究背景 微動法以天然震動作為信號源，既降低了施工成本，又可以充分利用背景噪聲，適用于城市地下空間的探測。目前該技術已被廣泛應用于城市地質調查、地下障礙物探測、地震活動監測、巖性分層、地熱調查、巖溶勘查、地下空洞探測等多個領域。尤其在城市強干擾條件下進行地下巖性分層及障礙物探測方面表現出獨特的優勢。地震活動監測城市地質調查地下障礙物探測微動探測應用領域巖性分層地熱調查地下障礙物探測巖性分層地下障礙物探測剪切波速測試.5二、微動探測基本

3、原理 微動探測法是利用檢波器記錄微動信號、估算面波相速度的過程，通過反演面波頻散曲線，獲取觀測臺陣中心點地下介質橫波速度結構，從而達到探測目的。常用的提取頻散曲線方法有SPAC法和FK法等?！癋K”法優勢：臺陣布置不受地形地物限制短板：同樣臺陣尺度，探測深度小“SPAC”法 優勢：臺陣尺度相對小 資料處理時間短短板：儀器一致性要求高主要用于長周期微動監測和深部結構探測廣泛應用于城市地下空間探測6三、微動探測工作方法 微動探測一般分為三大步驟：數據采集（觀測臺陣）、數據處理（提取頻散曲線）和成果解釋（頻散曲線反演）。微動臺站微動臺陣微動信號頻散曲線速度-深度剖面7三、微動探測工作方法 微動勘探法

4、數據采集的臺陣布設方式目前主要有T型、U型、十字型、圓型、嵌套三角型、直線型等。常用微動臺陣布置方式(d)圓型 （e）嵌套三角型 （f）直線型(a)T型 （b）U型 （c）十字型8三、微動探測工作方法 微動探測在工作方式上可分為單點探測和剖面探測，單點探測常用于地層進行分層探測或地層剪切波速度測試，但是當需要查明某一區域的速度結構變化或者探測斷裂帶、局部地質異常體、采空區等情況時，則需要采用剖面探測的形式。微動剖面探查微動單點探測9四、城市地下空間探測實例 地層剪切波速度測試該試驗點位于上海市區某公園內，場地平坦開闊，其附近有一已知波速測試孔，根據已知波速測試孔資料可知，場地上覆土層至上而下依

5、次為雜填土、粘質粉土（江灘土）、淤泥質黏土、粉砂、粉質黏土、砂質粉土、粉砂、含礫中粗砂、粉質黏土、細沙?；谧詣觿摻ǔ跏寄Ｐ头囱萁Y果基于自動創建初始模型反演結果 土層名稱層底深度（m）單孔法土層剪切波速度（m/s）層底深度（m）反演速度（m/s）主要層位平均反演波速（m/s）誤差值（m/s）誤差比例（%）雜填土4130/粘質粉土（江灘土）91415.36170170.629.620.997.561809162淤泥質粘土1614710.73168165.318.312.4512.816515.29163粘土20.717718.28187187105.65粉砂27.122321.86202205.

6、517.57.8526.16209粉質粘土30.523731.3223623610.42砂質粉土38.127637.51297288124.35粉砂68.231044.93613584815.4853.8636064.56353粉砂77.835077.434434461.71含礫中粗砂92.835992.8135835810.28粉質粘土95.2377/細砂100393100373373205.09基于自動創建初始模型反演結果與測試波速對比表基于自動創建初始模型反演結果與測試波速對比表10四、城市地下空間探測實例 地層剪切波速度測試 用已知波速約束模型反演結果用已知波速約束模型反演結果土層名稱

7、層底深度（m）單孔法土層剪切波速度（m/s）層底深度（m）反演速度（m/s）主要層位平均反演波速（m/s）誤差值（m/s）誤差比例（%）雜填土4130413613664.62粘質粉土（江灘土）91415.36144146.35.33.767.561489147淤泥質粘土1614710.7315415364.0812.815215.29153粘土20.717718.2818018031.69粉砂27.122321.86233231.58.53.8126.16230粉質粘土30.523731.32247247104.22砂質粉土38.127637.5127427420.72粉砂68.231044.

8、9310317.37.32.3553.8632064.56322粉砂77.835077.4361361113.14含礫中粗砂92.835992.81374374154.18粉質粘土95.2377/細砂10039310039639630.76基于用已知波速模型反演結果與測試波速對比表基于用已知波速模型反演結果與測試波速對比表11四、城市地下空間探測實例 基巖起伏探測該試驗點位于廣東東莞某基坑外側綠化上，場地平坦開闊，適用于嵌套三角形臺陣。測線平行于基坑邊緣布設，根據該項目的勘察資料可知，場地地層自上而下依次為中粗砂、砂質粘性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖。微動探測現場照片微動探測現

9、場照片 某基坑地層基巖面探測成果剖面某基坑地層基巖面探測成果剖面12四、城市地下空間探測實例 地下障礙物探測探測目標箱涵埋深約45m，寬約10m，試驗場地地表為綠化帶，覆土為雜填土，檢波器和地面耦合較好，各種頻率信號充分。微動傳感器使用嵌套三角形排列，排列最小半徑1.5m，測點間距2m。微動探測成果剖面現場工作照片微動探測成果剖面現場工作照片測點布置示意圖測點布置示意圖13四、城市地下空間探測實例 地下障礙物探測在上海某過江隧道暗埋段上方進行微動探測試驗。根據已知資料，該隧道呈南北走向，上方道路呈東西走向，該道路上微動信號的傳播方向與道路方向一致，因此選擇直線型排列沿道路布設東西向微動測線進行

10、剖面探測，微動探測測線與隧道走向接近垂直，如圖所示。微動探測橫波速度剖面圖微動探測橫波速度剖面圖微動測線布設與隧道走向示意圖微動測線布設與隧道走向示意圖14四、城市地下空間探測實例 地下障礙物探測在上海某填埋場地進行微動探測試驗，場地中間為土壩，兩側為填埋區。該場地未覆膜，填埋深度淺；存在明顯的填埋層厚度變化；填埋邊界明顯；上部后期未堆土、表層有規律種植的苗木，探測條件較好。高密度電阻率法與微動成果對比分析圖高密度電阻率法與微動成果對比分析圖現場工作照片現場工作照片15五、結論與展望02工程實例表明，微動波速測試結果與單孔聲波測試結果具有較好的對應性，因此，用單孔聲波測試結果輔助微動法進行大范圍波速測試具有一定可行性。另外微動探測技術在地下障礙物探測中也具有良好的有效性與穩定性。隨著微動技術的進一步開發與應用，在城市地下空間探測中會發揮越來越重要的作用。01微動勘探技術在針對城市場地條件復雜、要求精度高等特點，從野外觀測方式到室內資料處理整個過程，均提供了較好的解決方案。針對不同場地環境和探測需求選擇合適的觀測系統和工作方式，可以有效的提高微動勘探工作效率和環境適應性。16感謝聆聽