CN114706121A - 一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，其包括：(S1)在大型排水箱涵上方区域布置两种偏移距的地震映像检测测线，通过激振确定两种偏移距地震映像剖面中直达波初至的时间差，结合两种偏移距的水平间距以确定地层的波速V；(S2)以垂直或者大角度与大型排水箱涵走向相交布设地震映像检测测线，通过激振获取地震映像剖面，根据地震映像剖面中的多次波及多次波两端绕射以计算大型排水箱涵的边界和顶界面位置；其中，顶界面的埋深h＝V×△T/2；△T为相邻多次波对应的时间差。本方法可高效无损确定箱涵的顶埋深，无需开挖，无需多种方法联合实施，采集周期较短、投入成本较低，对场地无特殊要求，且对箱涵的边界和埋深探测精度高。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程检测与测试领域，特别涉及一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法。
背景技术
大型排水箱涵是城市排水体系的重要基础设施，承担着确保城市污水有序收集、运输和治理，维护城市日常运行的重要作用。随着城市建设快速发展，交通日趋繁忙，道路负荷的加重、道路扩宽改造及其他周边工程活动影响越来越多，导致现阶段普遍处于年久失修的大型排水箱涵存在一定的安全隐患，对其保护工作越来越迫在眉睫，但是由于大型排水箱涵年代久远，竣工资料的缺失或存在偏差，对其边界定位和顶埋深定位成为了保护工作的一项重要前提条件。
现阶段国内具有少量关于大型排水箱涵探测的技术，其中无损定位手段主要为地震映像法、探地雷达法和高密度电阻率法，其中地震映像法仅能确定箱涵的边界位置，不能探测箱涵的埋深；探地雷达法探测箱涵是基于箱涵与周围土壤的介电常数具有明显的差异，而箱涵介电常数与其周围土壤的介电常数差异较小，探地雷达定位效果时常不佳，甚至很难定位箱涵的边界和埋深，尤其在地层水位较高地区，有效探测深度较浅，难以满足实际工程需求；高密度电阻率法可以探测箱涵的边界和埋深，但该方法探测误差较大，无法达到实际工程需求，且在实施过程中需要布置较长测线和开具小孔以插入电极，检测时间较长，对于位于城市道路周边的箱涵，高密度电阻率法难以具有布置测线的空间和长时间检测的条件，应用范围较为狭窄。其他方法主要依靠钻孔或开挖确定箱涵的埋深，这种方法对场地造成破坏、投入成本较高及采集分析周期长，不能满足市场的技术需求。综上所述，现阶段市场缺乏一套快速、有效、准确的大型排水箱涵定位的技术方法，尤其对于箱涵埋深定位的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，该方法通过两个具有不同偏移距的地震映像检测测线检测地层波速，并根据小偏移距的地震映像检测测线获取完整的地震映像剖面，通过地层波速以及地震映像剖面对大型排水箱涵进行准确定位。
本发明的技术方案是，一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，其包括：
(S1)在大型排水箱涵上方区域布置两种偏移距的地震映像检测测线，通过激振确定两种偏移距地震映像剖面中直达波初至的时间差，结合两种偏移距的水平间距以确定地层的波速V；
(S2)以垂直或者大角度与大型排水箱涵走向相交布设地震映像检测测线，通过激振获取完整的地震映像剖面，根据地震映像剖面中的多次波及多次波两端绕射以计算所述大型排水箱涵的边界和顶界面位置；其中，顶界面的埋深h＝V×△T/2；△T为相邻多次波对应的时间差。
本发明的进一步改进在于，步骤S1中，两个地震映像检测测线的偏移距的取值范围1.0m～30m；两个地震映像检测测线的偏移距的差值为5m～30m。采集形成的地震映像剖面可以是1道或者多道剖面。
本发明的进一步改进在于，步骤S1中，两个地震映像检测测线具有共同激振点，使得两种偏移距地震剖面同时采集，以减少由于人为和仪器造成的不同偏移距采集数据的时间延迟。
本发明的进一步改进在于，步骤S2中，地震映像检测测线的长度大于所述大型排水箱涵的宽度，并横跨所述大型排水箱涵。
本发明的进一步改进在于，步骤S2中，地震映像检测测线的偏移距的大小需要小于3m；检波器间距范围为0.1～2.0m。
本发明的进一步改进在于，计算相邻多次波对应的时间差的过程中，选取两个相邻多次波的波峰时间差、波谷时间差或者零点时间差。
本发明的有益效果为：本方法可以高效无损确定箱涵的顶埋深，无需开挖、钻孔，对环境不产生破坏，突破了地震映像不能探测异常物深度的认知，无需多种方法联合实施，采集周期较短、投入成本较低，对场地无特殊要求，即使在城市道路亦可以实施检测，适应性强，且对箱涵的边界和埋深探测精度高。
附图说明
图1是箱涵正演模型及其正演剖面图；
图2是不同偏移距定位箱涵埋深原理示意图；
图3是获取地震映像剖面过程中地震映像检测测线的示意图；
图4是地震映像剖面图；
图5是大型排水箱涵位置地震波法探测原理示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
地震映像原理：地震映像法主要是在地表用铁锤敲击铁板，以共偏移距用单道或多道检波器接收来自地下地层的反射、绕射、散射等多波信号，来研究地下地层情况。当震源激发一弹性波场，在一定的频带范围内子波向下传播，当遇到波阻抗界面(两弹性力学性质不同介质的分界面)，就会产生波的反射、绕射、散射等现象。一般地下地层的分界面会产生反射波，障碍物等复杂介质产生绕射波、散射波、转换波；地层突变点产生绕射波。
现场探测时，在最佳窗口内选择一个公共偏移距，采用单道小步长，保持激振点和接收点距离不变，同步移动震源和接收传感器。每激发一次接收一道波形，最后得到一张多道记录，各道具有相同的偏移距。将野外测试所获得的地震波记录获进行回放、编辑整理；通过滤波、增益等处理以提高信噪比；然后对有效波进行研究分析，判断其性质及深度等，最后，配合测线，确定目标物等异常位置。其探测原理下图5所示。
箱涵定位原理：大型排水箱涵本身为钢筋混凝土结构，其结构外表面与土壤接触，内表面在非满水情况下与潮湿的空气相接触，在满水情况下与污水相接触。地震映像法可等效为等偏移距自激自收的反射波法，震源用于输出地震波信号，检波器用于接收地震波信号，地震波信号在土层中传播，当地震波信号遇到排水箱涵与土层之间的分界面时，会产生反射信号，检波器接收反射信号并加以存储；通过对反射信号处理后可以获得地震映像剖面数据，根据排水箱涵在地震映像剖面上形成的异常反射特征判断箱涵的具体位置。
本实施例中地震映像埋深定位原理：图1为箱涵正演模型及其正演剖面图，图1a为正演模型，图1b为根据正演模型采用地震映像法定位箱涵得到的正演剖面，具体实施过程按照技术方案进行操作。
采用地震映像法可以确定箱涵的边界位置，排水箱涵在地震映像剖面上的反射特征会表现为强反射、多次反射及绕射，下图1中根据绕射可确定箱涵的边界位置，多次反射可以确定箱涵的顶界面，相邻多次反射波(多次波)的双程旅行时为T，结合不同偏移距的地震映像可以确定地层的波速，进而确定箱涵的埋深h。
图2为不同偏移距地震映像定位箱涵埋深的原理示意图，采用两种不同的偏移距l1和l2，由激振点A传播至检波器B和检波器B’的双程旅行时分别为T1和T2，地层中弹性波速为V，由图可确定地层中弹性波速为V＝(l2-l1)/△T；此处△T＝T1-T2。
本实施例中，为了确定箱涵的埋深，需要先通过两个不同的大偏移距确定地层的波速，然后通过小偏移距确定箱涵的边界及箱涵顶部的位置。具体实施如下：
1、在大型排水箱涵上方区域布置两种不同偏移距的地震映像测线，两个偏移距的大小需要能够有效区分地震映像剖面中波形起跳时间差,在本实施例中两种不同的偏移距分别设置为1.0m和20.0m,垂直箱涵采集一道或多道数据形成地震映像剖面，计算两种不同偏移距地震映像剖面起跳波形的时间差T。
2、根据两种不同偏移距地震映像剖面的初始波形起跳时间差T和二者之间的水平间距19.0m，能够确定地层的波速V＝19/T。
3、如图3、4所示，在大型排水箱涵上方区域布置1条完整的地震映像测线，测线延伸方向与大型排水箱涵走向垂直或大角度相交，布置的测线长度大于箱涵的宽度的1.5倍以上，且横跨整个箱涵，如箱涵宽度为10m，布置测线的长度为20m，使得箱涵位于测线中心位置。
4、将采集完成的数据处理形成地震映像剖面，根据箱涵在地震映像剖面中的异常反应识别箱涵的边界和多次反射波(多次波)，图4中指出了箱涵的边界位置，箱涵边界两端在剖面中呈绕射反应，箱涵的顶部在地震映像剖面中呈多次强反射，两个相邻强反射波形的起跳时间差为多次反射双程旅行时△T(相邻多次波对应的时间差)，通过计算可得箱涵的顶部埋深h＝△T×V/2。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，其特征在于包括：
(S1)在大型排水箱涵上方区域布置两种偏移距的地震映像检测测线，通过激振确定两种偏移距地震映像剖面中直达波初至的时间差，结合两种偏移距的水平间距以确定地层的波速V；
(S2)以垂直或者大角度与大型排水箱涵走向相交布设地震映像检测测线，通过激振获取完整的地震映像剖面，根据地震映像剖面中的多次波及多次波两端绕射以计算所述大型排水箱涵的边界和顶界面位置；其中，顶界面的埋深h＝V×△T/2；△T为相邻多次波对应的时间差。
2.根据权利要求1所述的一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，其特征在于，步骤S1中，两个地震映像检测测线的偏移距的取值范围1.0m～30m；两个地震映像检测测线的偏移距的差值为5m～30m。
3.根据权利要求2所述的一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，其特征在于，步骤S1中，两个地震映像检测测线具有共同激振点。
4.根据权利要求1所述的一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，其特征在于，步骤S2中，地震映像检测测线的长度大于所述大型排水箱涵的宽度，并横跨所述大型排水箱涵。
5.根据权利要求1所述的一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，其特征在于，步骤S2中，地震映像检测测线的偏移距的小于3m；检波器间距范围为0.1～2.0m。
6.根据权利要求1所述的一种基于多偏移距地震映像的大型排水箱涵定位方法，其特征在于，计算相邻多次波对应的时间差的过程中，选取两个相邻多次波的波峰时间差、波谷时间差或者零点时间差。
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