工程物探檢測方法技術(shù)應(yīng)用分析

胡俊

摘 要：工程物探是現(xiàn)代工程項(xiàng)目尤其是大型工程項(xiàng)目施工建設(shè)過程中的重要一環(huán)，在工程建設(shè)需求和勘探技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，工程物探檢測方法和技術(shù)快速發(fā)展。本文主要風(fēng)險(xiǎn)工程物探過程中的檢測技術(shù)和方法，并在此基礎(chǔ)上談一下個(gè)人的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，以供參考。

關(guān)鍵詞：工程建設(shè)；物探技術(shù)；檢測方法；研究

隨著科技水平的不斷發(fā)展，工程物探及其檢測應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到各個(gè)工程項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)域，目前國內(nèi)工程物探技術(shù)手段已具有世界先進(jìn)水平，傳統(tǒng)物探檢測技術(shù)的創(chuàng)新與改進(jìn)，大大提高了工程檢測質(zhì)量和效率。在工程物探檢測過程中，常用的檢測技術(shù)和方法如下：

一、直流電法物探檢測技術(shù)

該種物探檢測方法，主要是基于不同的巖層電學(xué)性質(zhì)，通過對電場變化基本規(guī)律的觀察來有效解決地質(zhì)方面的問題。對于不同的工程而言，其巖性因成分以及結(jié)構(gòu)等而具有導(dǎo)電性差異。工程物探檢測過程中采用的直流電法基本原理即根據(jù)導(dǎo)電性差異對巖層分布情況以及地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行勘察和全面把握。對于直流電法而言，其常用的主要有兩種，即電測深法與電剖面法。其中，前者主要是探測沿垂向深度變化方面的地質(zhì)信息，而后者則主要是全面了解和準(zhǔn)確把握沿橫向電性變化問題。該種物探檢測方法在現(xiàn)代鐵路工程的巖頂隧道項(xiàng)目探查過程中的應(yīng)用效果比較顯著，尤其是坍塌、滑坡等方面的應(yīng)用；比如，掌子面大量涌入砂質(zhì)粘土，導(dǎo)致工程項(xiàng)目無法施工建設(shè)，為查明坍塌位置及其成因，采用電法在坍塌坑邊緣布設(shè)“井”字型檢測線。通過對其綜合剖面圖分析發(fā)現(xiàn)，電剖面曲線出現(xiàn)高阻異常以及低阻異常現(xiàn)象，等視電阻率斷面圖在某個(gè)點(diǎn)的底部反映高阻隆起異常，兩側(cè)有直立條帶狀異常反映，剖面圖解釋為高阻隆花崗巖侵入體，二側(cè)等值線直立密集帶為風(fēng)化接觸帶，上部低阻為火山巖風(fēng)化帶?；谥绷麟姺ń忉?，本工程項(xiàng)目的坍塌主要原因是因?yàn)槠渖喜匡L(fēng)化層、地下水作用結(jié)果，順著花崗巖侵入接觸帶并且向隧道中坍塌；根據(jù)這一解釋成果，在上述點(diǎn)位處設(shè)鉆驗(yàn)證，結(jié)果在24米處發(fā)現(xiàn)了花崗頂界面，這與電法解釋深度（22米）只相差2米，而且坍塌治理方案某個(gè)點(diǎn)采用鉆孔注漿堵漏，可以達(dá)到預(yù)期的處理效果。

二、探地雷達(dá)法

該種技術(shù)方法主要是通過向地下發(fā)射尖銳脈沖式電磁波以及接收反射回波方式，獲得直觀圖像資料。由于地下物體差異，因此導(dǎo)電率以及磁導(dǎo)率和介電常數(shù)等也存在著較大的差異。在該種情況下，電磁波差異傳播又會(huì)推衍地下物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)。通常情況下，介質(zhì)導(dǎo)電率越高，則雷達(dá)波的吸收就會(huì)越大，以致于振幅衰減加快。如果介質(zhì)介電常數(shù)較大，雷達(dá)波的傳播速度就會(huì)越小。其中，真空介電常數(shù)ε空=1，此時(shí)雷達(dá)波的傳播速度就會(huì)達(dá)到最大，為光速C=3×108m/s。其中水的介電常數(shù)ε水=81，此時(shí)雷達(dá)波的傳播速度計(jì)為：

（1）

由于每一層的物質(zhì)結(jié)構(gòu)存在較大的差異，因此引起雷達(dá)脈沖反射的各面層介電常數(shù)也不盡相同。探查過程中，沿著地面移動(dòng)天線發(fā)射、接收脈沖信號，并且將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后所得的數(shù)據(jù)信號按照某種方式編碼排列并對其進(jìn)行有效的處理，通過顯示系統(tǒng)顯現(xiàn)出連續(xù)的地下縱向剖面圖像。其中，水平坐標(biāo)是地面各位置，垂直坐標(biāo)則為脈沖雙程傳播的時(shí)間，其中時(shí)間換算成深度。在收發(fā)一體天線使用過程中，其深度Z計(jì)為：

（2）

其中，上式中的c代表的是空氣介質(zhì)中的電磁波傳播速度，即c=0.3m/ns。其中，ε和t分別代表介質(zhì)相對介電常數(shù)以及脈沖從地表傳播目標(biāo)物再經(jīng)目標(biāo)物反射回地表的雙程傳播時(shí)間。

三、瞬變電磁法檢測技術(shù)手段

該種技術(shù)方法主要是以不接地回線源為基礎(chǔ)，向地下不間斷的發(fā)送脈沖電磁場，在脈沖電磁場間斷時(shí)，通過線圈對二次渦流場進(jìn)行觀測。從實(shí)踐來看，瞬變電磁法得以廣泛的應(yīng)用，而且在接地條件相對較差以及可在高阻圍巖中對低阻目標(biāo)物進(jìn)行區(qū)分。同時(shí)，利用多測道剖面曲線，對覆蓋層下有無賦存低阻異常體進(jìn)行觀測。實(shí)踐中可以看到，對于紅層低阻覆蓋地帶找水問題而言，是現(xiàn)代物探檢測過程中的一個(gè)非常大的難題，采用瞬變電磁法效果非常的好。找水取得較好效果。通過對瞬變電磁電阻率擬斷面分析，圖中某個(gè)點(diǎn)的淺部反映一近似直立的高阻閉合圈，當(dāng)探測的深度不斷增大時(shí)，該位置的電阻率半封閉直立異常，并且逐漸向其他點(diǎn)發(fā)生位移，而且電阻率值也隨著深度的不斷增加而有所降低，其中最大值從上部位置的1000下降至4，該種常特征說明該地段是有傾斜的高阻矽化石英巖脈，而且淺部位置不含水。隨著深度的不斷增大，其含水性也逐漸增加，此時(shí)電阻率降低。

四、地震波法檢測技術(shù)

地震勘探是通過對人工激發(fā)地震彈性波在工程巖土介質(zhì)中傳播規(guī)律的研究，來實(shí)現(xiàn)對地層構(gòu)造及其分布形態(tài)的探測。地震勘探主要利用的是地下介質(zhì)傳播條件變化特征，對地質(zhì)問題和具體情況進(jìn)行查明。同時(shí)，根據(jù)采集到的地震波在空氣等介質(zhì)中的傳播與振幅以及波形特征等，對介質(zhì)物性及其巖性和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行劃分。其中又包括反射波法以及瑞雷面波法等，具體分析如下。

第一，反射波法。該種技術(shù)方法主要是利用反射波沿著測線反射時(shí)距曲線對反射界面深度以及構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行觀測，其在龍巖石灰?guī)r地帶的應(yīng)用效果非常的顯著，而且能夠?qū)規(guī)r基巖面上的覆蓋層厚度進(jìn)行準(zhǔn)確探測。通過對剖面圖線的觀察可以看出每一道反射波同相軸，在一定的時(shí)間里呈波浪起伏反射界面線，說明界面跳動(dòng)為不平整的灰?guī)r頂界面；通過時(shí)間記錄計(jì)算可知其上覆蓋層的厚度，地震成果可以作為石灰?guī)r設(shè)計(jì)開采的地質(zhì)條件參考依據(jù)。

第二，瑞雷面波法。該種技術(shù)方法是全新的巖土原位勘探測試技術(shù)手段，其主要是利用面波頻散性以及傳播速度等于巖土物理力學(xué)性質(zhì)之間的相互關(guān)系，來有效解決現(xiàn)代工程項(xiàng)目施工建設(shè)過程中的相關(guān)地質(zhì)問題。比如，該某高等級公路施工質(zhì)量檢測過程中，采用該探測技術(shù)手段，通過對其頻散曲線觀察可以看出曲線形態(tài)近似斜線，反映深度有兩處跳動(dòng)異常，其中前者為水泥路面層底界厚度，后者為穩(wěn)定層底界深度；通過對該地段鉆探驗(yàn)證，道路面層底界的厚度與物探解釋之間的差為0.5cm，相對誤差平均2.26%，其精度完全符合擬建公路工程項(xiàng)目的等級要求。從本質(zhì)上來講，瑞雷面波法技術(shù)利用了彈性動(dòng)力學(xué)理論，其中震源在地上瞬態(tài)狀況下是縱、橫波相互疊加而成的波型轉(zhuǎn)換結(jié)果；質(zhì)點(diǎn)按照橢圓軌道逆時(shí)針進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，形成一定軌跡振動(dòng)，而且在地表和附近能量比較集中。該種方法可以通過建立二維坐標(biāo)系，其中垂直方向以及水平方向分別為Z軸與X軸，而坐標(biāo)原點(diǎn)處于地面震源位置?；谌鹄酌娌z測理論，在擬合反演模式應(yīng)用條件下，可活動(dòng)測點(diǎn)位置的垂直方向瑞雷面波波速布設(shè)情況，由不同巖土層瑞雷面波速度特性差異，不同波速的介質(zhì)給予其特有的地質(zhì)屬性解釋，從實(shí)現(xiàn)垂向巖土層探查之目的。

結(jié)束語：

總而言之，工程項(xiàng)目施工建設(shè)過程中可采用的綜合物探手段有很多種，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及目的等，合理的選擇適用物探技術(shù)方法。在工程物探檢測過程中，應(yīng)當(dāng)立足實(shí)際和工況條件，選擇一種或者結(jié)合使用幾種技術(shù)方法，以達(dá)到分析工程項(xiàng)目地質(zhì)特征和解決問題的目的。

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