管波探測方法在復雜礦體勘查中的應用研究

李 劍

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質勘查局七0六隊，新疆 阿勒泰 836500）

我國近幾年加大了對礦山基礎設施建設的投資，復雜礦體勘查建設的范圍變得越來越大，但是各種復雜的地質問題也越來越多，嵌巖樁基礎形式是我國巖溶地區(qū)礦山的主要形式，傳統(tǒng)的鉆探手段不僅需要較長的時間同時成本也相對較高，再加上巖溶空間存在發(fā)育不均性的特征使傳統(tǒng)的鉆探手段不能得到結果。想要對礦山基樁樁體范圍內的地質情況如何，對礦山基樁樁體鉆孔旁邊一定范圍內軟弱夾層等不良地質體的發(fā)育情況進行了解，只有通過管波探測方法才能實現(xiàn)，且因為應用管波探測方法可以在判斷基樁持力層是不是完整時提供依據(jù)，也能夠為復雜礦體勘查設計和復雜礦體勘查施工提供更可靠的依據(jù)。

1 管波探測方法與技術

1.1 管波的探測原理

管波探測方法是依靠彈性波的波動原理進行探測工作。管波探測通過物理彈性波進行鉆孔的時候，可以將孔旁一定范圍內的軟弱夾層等一系列不良地質體探測出來。鉆孔過程中可以將鉆孔旁邊一定范圍內的溶洞及軟弱夾層等不良地質體探測出來，管波在傳播過程中沿著鉆孔軸在孔徑變化和孔液內部發(fā)生反射現(xiàn)象，在管波能夠探測到的范圍之內所有的波組變化都會發(fā)生反射現(xiàn)象。正是因為鉆孔旁邊存在各種類型的不良地質體，比如溶洞和軟弱夾層等不良地質體使鉆孔旁邊的圓柱狀空間出現(xiàn)波組抗的情況，由此可見鉆孔旁邊有沒有不良地質體對此影響很大。在管波探測過程中規(guī)定相同的間隔操作發(fā)射儀的發(fā)射換能器和記錄儀的接收換能器放到孔液的鉆孔這個步驟，因為這樣才能達到所有的探測位置發(fā)射儀都發(fā)射相同主頻的脈沖信號的目的。想要達到改變探測位置的目的，只有采取移動大氣的換能器和接收換能器的方式才能成功，在記錄同一探測的不同深度的探測點振動的同時，還按照最深到淺的順序畫出時間剖面圖，以后從時間剖面圖中分析洞穴和軟弱夾層等不良地質體的情況。

1.2 管波的特征

從管波探測的時間剖面圖中發(fā)現(xiàn)，在直達波的后面有能量非常強而且及其明顯的反射波組，同時存在上行反射波組和下行反射波組的情況是比較常見的，只有少數(shù)情況下才只有一種反射波，正是因為孔旁地質體和管波能量載體之間的關系為水力聯(lián)系，再加上上行反射波組和下行反射波組之間管波能量消散，所以才會發(fā)生反射的現(xiàn)象。只要是具有這些特征的就能夠判斷出孔旁確實存在不良地質體。除此之外，直達波組不僅沒有出現(xiàn)明顯向下彎曲的變化，而且還能從管波探測的時間剖面圖中看出直達波組后面沒有直線型反射波組。而且這兩點也可以判斷孔旁基巖到底是不是完整的。界面反射能量比較強且頻率較低，上反射界面和下反射界面存在能量消散的現(xiàn)象就是洞穴和溶洞的反應形式，當溶洞與探測孔之間的水力聯(lián)系小于孔液壓縮波速的時候，軟弱夾層的剪切波速也比孔液壓縮波速小，那么管波能量不僅會消失而且還會變成無直達管波，反射管波能量低且頻率高的情況受到溶蝕及裂縫的影響而顯示出來。從不良地質體邊界的反射管波在時間剖面圖上表現(xiàn)為傾斜走向的反射波，不良地質體頂?shù)椎纳疃染褪菚r間剖面圖上零時間和相軸時距軸線相交的地方。

2 管波探測方法在復雜礦體勘查中的應用實例

2.1 管波探測方法應用于巖溶地區(qū)樁基礎勘查

復雜礦體勘查概況：地層最下面為灰?guī)r，最上面一層為雜填圖。溶洞及溶溝槽是巖溶的主要表現(xiàn)形式。受到場地巖溶發(fā)育的影響，想要進行管波探測就必須對先對其進行詳細勘查，保證每一個樁位的每一個樁孔都是經(jīng)過鉆探與勘查這一步的。

將管波探測結果與鉆探資料進行結合得知，雖然沒有被鉆探揭露但是存在巖溶的鉆孔樁位就有16個，這個數(shù)量已經(jīng)超過所有經(jīng)過探測樁位的一半，而且這16個樁位中有0.6米洞高的也有2.8米洞高的樁位，算起來16個樁位的平均洞高為1.78米。

一共有53個巖溶被鉆探揭露，只有4個巖溶沒有任何變化，而其余的巖溶都越來越大，其中溶洞最高增加了6.85米，最小的增加了0.4米高的洞高。原來鉆孔個數(shù)為25個，當鉆孔鉆的深度達到設計要求的孔深度之后，管波探測發(fā)現(xiàn)有18個鉆孔需要加深深度，平均每個孔洞需要加深6.3米。

漏漿深度和管波Vance再撞擊成孔的過程中兩者解釋深度完全吻合。

2.2 在復雜礦體勘查中的應用

復雜礦體勘查概況：常吉這片地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，不僅氣溫比較高而且氣候非常潮濕，4月份到8月份之間是這個地區(qū)的降雨季，滑坡區(qū)的地下水來自基巖裂隙水和第四系土層中的上層滯水，滑坡過程中粉質粘土的碎石或者碎石土堆積起來流出上層滯水，這片地區(qū)主要靠大氣降水進行補給，天氣情況對水位和水量多少有影響。在風化帶氣候基巖裂隙水的來源地中水量與基巖裂隙的發(fā)育程度有直接關系，對于基巖裂隙來說水量的多少與其連通性直接掛鉤。

明顯的界面在探測結果中顯現(xiàn)出來，上行反射波和下行反射波在直達波后面呈現(xiàn)傾斜狀態(tài)。ZK27鉆孔的終孔有46.1米深，因為收到孔底沉碴的影響，所以管波探測只能到44米深，通過分析管波探測結果得知。ZK34鉆孔的終孔有35.9米深，因為受到孔底沉碴的影響使管波探測只能達到30.5米。ZK36鉆孔的終孔有48.3米深，受到孔底沉碴的影響管波探測只能到46米的地方，深度40.8米之后的巖石都比較完整。

2.3 在樁基檢測中的應用

桂林一項新建復雜礦體中其基礎采用大口徑嵌巖樁方式進行施工，施工過程中樁徑1.5米且長度在30米左右。通過超聲波透射的方法對樁身進行質量檢測，因為有一小部分的超聲檢測管在施工過程中充填了混凝土，所以有一部分的樁基受到影響而沒有辦法使用超聲透射法進行檢測，最終這部分的樁基進行檢測時只能將其改為鉆孔抽心的方法。

J-6號樁基長為22.1米，經(jīng)過鉆孔ZK6的抽芯檢測之后得道樁基樁身質量完整且樁底沒有沉碴，樁基和基巖膠結完好，但是樁基在0米到16米的地方卻有異常情況，折斷地方混凝土不夠密實，特別是在這段的2.5米到4.2米處以及9.0米和9.6米處的混凝土及其松散。對這段樁基進行鉆孔抽芯后的結果與管波探測結果是相同的。

3 結語

管波探測方法對鉆孔旁一定范圍內的不良地質體進行檢測時就是利用管波的彈性波，這也是管波探測方法的原理且對精度有極高的要求，具有非常強的分辨能力，管波探測方法不僅儀器設備投資少且所用時間也比較短，管波探測方法與鉆探的一樁一孔或者多孔進行比較，管波探測方法占有絕對優(yōu)勢。采用樁基抽芯鉆孔進行華南探測可以對樁身質量的完整性作出準確的三段，同時還能對樁底和基巖膠結情況進行詳細的了解。由此可見管波探測方法的應用非常廣泛。