水域物探在闽江下游龙城段引水工程勘察中的应用

陈 尘

水域物探在闽江下游龙城段引水工程勘察中的应用

陈 尘

(福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001)

闽江下游龙城段引水工程过江输水管道，拟采用岩石顶管技术施工。该工程地质勘察采用水域物探和常规地质钻探相结合方法，对施工场区的地质地形作出准确详实的评价，为设计部门选择最优管道线路提供详实可靠的地质条件保障。

过江管道；地质钻探；水域物探；岩石顶管技术

1 工程概述

近年来闽江下游段由于河床下切、入海流量减少等原因，福州城区水厂取水口河水受咸潮上溯氯离子超标、海水涨潮顶托废污水回流污染等影响，水质日趋恶化，对福州城区供水造成严重影响。在开展闽江下游河道综合整治，合理开发利用大樟溪流域水资源，有效化解闽江下游现有福州城区各水厂取水口河水水质偏差问题的基础上，建设北水南调平潭及闽江口水资源配置工程十分紧迫。

平潭及闽江口引水工程(福州段)是福建省北水南调平潭及闽江口水资源配置(一闸三线)工程的重要组成部分，该工程计划从大樟溪莒口拦河闸上游取水，中途从闽江干流竹岐取水口调水补充，引水往平潭、福清、长乐、福州南港片等地，工程主要涉及闽江下游段、闽江下游重要支流大樟溪、龙江以及平潭岛等区域。

平潭及闽江口引水工程设计的前期工作(地质勘察设计部分)由我公司负责。该工程地质勘察点位于尚干综合农场山龙鞋厂附近， 往东北方向穿越乌龙江接入城门水厂， 总长3.837km ，其中闽江乌龙江段河道龙祥岛至城门水厂(以下简称龙城段) 的过江管道，长约1.149km是勘察工作中重难点部分。在勘探施工中沿龙城段原拟输水管道线共布置勘探钻孔7个，揭示出地层如下：淤泥、中砂、卵石、强风化凝灰熔岩和弱风化凝灰熔岩，如图1所示。

图1 原拟建管道工程地质纵断面图

根据图1，结合钻孔内采取岩石样本，经实验室进行相关岩石实验得知，原拟建管道于桩号HM4+828.5～HM5+488.5段(龙城段)约660m需穿越凝灰熔岩及其风化层，岩石单轴饱和抗压强度为60MPa～90MPa，属于工程坚硬岩类，不适合采用常规管道施工技术。根据龙城段输水管道沿线地形地质条件，加以从安全稳定、使用寿命和后期维护等方面因素综合考虑，设计部门拟推荐采用岩石顶管技术进行施工。顶管主要穿越地层为粉质粘土、淤泥、中砂以及各种风化的岩石，地层较为复杂且起伏较大。为减少施工对地层扰动，保证开挖面不发生坍塌与沉降，拟采用泥水加压平衡模式进行顶管施工[1]。经初步测算，岩石顶管技术施工造价约2.7万元/m，是常规顶管施工的2.2倍，开挖沉管施工的3倍。由于岩石顶管技术施工难度大、造价高，故要求线路设计简洁精准。

为此，设计部门要求我公司采用相应的勘察技术，对拟建线路乌龙江龙城段的上游和下游方向200m内地质情况进行初步勘察，探明该场区范围内岩土分布情况，为设计部门选择经济、合理的最优输水线路提供详实工程地质资料。

2 常规工程地质钻探

根据岩土勘察规范及前期踏勘资料,按常规工程地质钻探要求，应在原拟建管道线路的上下游每隔50m横向设置勘探线8条，每条线路上布置勘探钻孔6个，勘探孔间距150m，共布置48个勘探钻孔。如此则面临以下4点问题：

(1)常规工程地质钻探依靠收集各个钻孔资料来推测地下地质条件，无法详实反映河床底弱风化基岩埋藏情况。

(2)初步预算钻探工程费用约45万元。

(3)拟安排钻机工作船进行江上作业，但施工场地位于闽江下游乌龙江段主航道上，无法长时间连续进行钻探施工，工期长难以预估。

(4)施工场地受潮汐影响明显，导致勘探点测量放样、钻探深度、精度误差都较大。

由于存在工程费用高、工期长、精度低等问题，本段地质勘察不适合采用常规工程地质钻探方法。经研究拟采用工程物探与常规钻探相结合方法进行该段工程地质勘察，其中采用水域物探方法进行勘察工期7d，工程费用15.6万元。

3 水域工程物探

3.1 水域物探勘察工作基本原理及优点

本次水域物探勘察工作系采用水域走航式地震反射波方法。接收采用24道漂浮电缆，道间距1m，震源采用气动机械声波连续冲击震源，CAP多次覆盖叠加技术。

多道多次覆盖CAP叠加技术在地震反射波勘探技术中具有里程碑的意义。多次覆盖技术又称之为水平多次叠加，又称为共反射点(CAP)叠加。多次覆盖，即是将不同激震点、不同接收点上接收的来自相同反射点的地震反射信号，经过几何地震学校正后叠加起来，得到同一个反射点的叠加值。

覆盖次数取决于每次激震时接收点的数量和激震点间距，对于单边激震而言，覆盖次数n由下式确定：

覆盖次数用n=N/2A进行计算，式中N—采集记录地震道数，A—激发炮点间距。

多道采集技术中，CAP点间距主要与道间距有关，当采用道间距1m的电缆，24道采集，船速为1m/s，CAP覆盖次数为可达12次，CAP间隔也可达到0.5m；当采用道间距0.5m的电缆时，CAP 间隔可达到0.25m，可满足该工程对风化残留体探测的要求。CAP道集是由不同偏移距的若干炮检记录对在同一共深度反射点的记录组成的，在时间与偏移距坐标系收集的所有记录，其水平反射界面的时距曲线为一条双曲线形态。利用叠加速度或偏移距与时间的关系，将反射波到达时间排列成直线，并累加产生一个单独的记录，它的信噪比要高于所有原始记录。

水域走航式地震反射波方法由于工作船的航速受发动机马力、海水流速、涨落潮、风向、驾驶技术等影响，不可能保持恒定的速度，实际作业中基本上为1.2m/s～1.4m/s之间。震源激发点距取决于船速和震源船冲击间隔时间，震源船冲击间隔时间保持1s，炮点距在1.2m～1.5m之间，不同测线或同一测线不同里程段炮点距有所不同。因此该工程采用准CAP叠加方法，即抽取小面元的来自不同激震点、不同接收点上接收的反射地震信号进行叠加。

多道多次覆盖CAP叠加技术水域地震反射波勘探是该工程的关键方法技术。与单道地震对比，多次CAP覆盖的具有以下6个显著优点：

图2 水域地震反射波法物探勘察成果解释剖面图

(1)使有效信号得到增强。

(2)提高横向分辨率。

(3)对多次波和噪声信号拟制或有效消除。

(4)从地震反射波在界面处的反射能量分配看，不同偏移距其反射系数不一样，较浅地层要用较小的偏移距，较深的地层要用相对大的偏移距。单道地震采用同一偏移距不能确定并同时清楚反映从上到下不同深度的地层信息。多道采集则很好地克服此不足。

(5)可提取静校正数据。

(6)反射界面能够偏移归位到其客观的空间位置。

3.2 资料处理及成果解释

3.2.1 水域地震反射波法资料处理

水域地震反射波方法数据处理和成图解释流程如下：

(1)数据处理：解编→动平衡记录时间补偿→坏道剔除→频谱分析→滤波→速度分析→抽道集→噪音处理→反褶积→滤波→动校正→CAP迭加→多次波消除→偏移→深度衰减补偿→长PCX文件制作→绘制彩色反射波时间剖面图；

(2)计算各地震道坐标、距离：航迹归一→地震道号与坐标对应点输入→计算各道坐标、各道坐标投影道隧洞轴线或设计线上→计算偏离轴线距离→插值计算每个CAP点的里程桩号、偏离距[2]；

(3)考虑海水高程变化，按叠加速度计算各CAP道的过江管线管顶、管底时间。

3.2.2 水域地震反射波法成果解释

水域地震反射波法共测试了14条测线，从地震反射波叠加剖面上可以清楚地分出3个界面，其中T1同相轴为水底界面；T2同相轴为细砂界面，波形特征为海相沉积层中同相轴较多，有同相轴尖灭现象，风化层中同相轴较少；T3同相轴为碎块状强风化凝灰熔岩顶界面，测区碎块状强分基岩有凸起[3]。具体各层分层,如图2所示。

4 形成结果

上述“水域走航地震反射波法物探勘察成果解释剖面图”，经分析、整合处理，最后综合形成“龙城段水域物探三维图”，如图3所示。根据图3显示的地质地形状况，选出最优管道线路(新拟建管道线路)。在新拟建管道线路上布设勘探钻孔进行常规地质钻探后，绘制出“新拟建管道工程地质纵断面图”，如图4所示。

将图4和图3进行对比分析，两图所显示的地质状况基本吻合，经测算新拟输水管道穿越弱风化凝灰熔岩长度仅需287m，较原拟建管道少穿越岩石373m。上述地质勘察说明新拟建管道完全满足设计和施工要求。

图3 龙城段水域物探三维图

5 结语

上述勘察工作显示，水域走航式地震反射波法物探勘察技术，具有高效快捷、精度准确、抗干扰能力强等优点，其获得的数据、图像经分析整合形成的物探三维图，地形立体感强、图像直观[4]。该物探法作用于施工场区面积较大范围的复杂水域地质地形初勘效果良好。

在物探勘察基础上，结合定点、定线作常规地质钻探勘察，再进行对比综合分析，地质勘察工作显然能收到节省工期、节约成本、提高精度的效果；同时能够对施工场区的地质地形作出正确评价，为设计部门提供详实可靠的地质条件保障。

[1] 福建省平潭及闽江口水资源配置(一闸三线)工程可行性研究报告[R].2015(6).

[2] 李红娜,邵阳.海底盾构隧道前方障碍物探测[J].建筑机械化,2012(S2):143-146.

[3] 刘宏岳.水域浅层地震反射波勘探数据处理及工程实例[Z].2008(3).

[4] 王海庆,徐明.抗干扰高分辨率浅层地震勘探[J].北京：地质出版社,1990.

Application of geophysical prospecting in water area to geotechnical investigation which in the Long Cheng part of Min Jiang river downstream

CHENChen

(Fuzhou cityconstruction Design and Reseach institute Co.Ltd.，Fuzhou 350001)

The crossing river pipes for the Water Transfer Project in the Long Cheng part of Min Jiang river downstream,are planned to be constructed with rock pipe jacking technique.In this project,the geological exploration is done by geophysical prospecting in water area together with geological drilling technique,to give an accurate and comprehensive assessment of the topographical and geological condition in construction area,and also to provide full and accurate guarantee of the geological condition,on which the ultimate pipe line route picked by design department will base.

The crossing river pipes;Geological drilling technique; Geophysical prospecting in water area; Rock pipe jacking technique

陈尘(1984.3- ),男，工程师。

E-mail:25523969@qq.com

2017-01-05

TU195

A

1004-6135(2017)04-0109-04