工程物探檢測(cè)方法技術(shù)應(yīng)用及展望

劉 灃

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局物化探大隊(duì)，江西 南昌 330000）

工程物探（工程地球物理勘探）主要是在土木工程類(lèi)領(lǐng)域中進(jìn)行工程檢測(cè)，其主要基礎(chǔ)為地下重力、電場(chǎng)等物理場(chǎng)。地質(zhì)體不同決定物理性質(zhì)存在差異，這就導(dǎo)致地下物理場(chǎng)分布各不相同，通過(guò)物理場(chǎng)勘探以及相關(guān)地質(zhì)資料，可以有效明確當(dāng)?shù)厥┕さ牡刭|(zhì)構(gòu)造。伴隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，工程物探檢測(cè)方法開(kāi)始呈現(xiàn)出多樣性，各類(lèi)先進(jìn)的儀器設(shè)備開(kāi)始應(yīng)用在工程勘察中，發(fā)揮其透視性、效率高等優(yōu)勢(shì)，為工程建設(shè)提供有力的支持。從目前的情況看，我國(guó)工程物探開(kāi)始應(yīng)用于水利水電、道路橋梁、城市建設(shè)、化工國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，且在工程實(shí)踐中技術(shù)以及裝備水平均處于世界前列，在實(shí)際工程建設(shè)中取得了良好效果。由此可見(jiàn)，對(duì)工程物探檢測(cè)方法技術(shù)應(yīng)用及展望進(jìn)行探究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程物探檢測(cè)方法

截止到現(xiàn)今，工程物探檢測(cè)方法的種類(lèi)有很多，其所使用的設(shè)備以及原理各不相同，且在先進(jìn)技術(shù)的推動(dòng)下，新型的物探檢測(cè)方法層出不窮，現(xiàn)階段應(yīng)用較為成熟的工程物探方法主要有彈性波類(lèi)、電磁波類(lèi)、影響類(lèi)三種。彈性波類(lèi)：應(yīng)用彈性波進(jìn)行工程物探的方法主要有兩種，即聲波法、地震波法，聲波法中涉及到穿透聲波、表面聲波、單孔聲波、聲波反射等。地震波法包括連續(xù)地震波測(cè)試、地震測(cè)井等，聲波法以及地震波法是以巖體內(nèi)彈性波的傳播特點(diǎn)作為基礎(chǔ)，但是兩種方法各具特色，可以同時(shí)采用兩種方法來(lái)提高工程物探檢測(cè)準(zhǔn)確性，兩者不可互相取代。電磁波類(lèi)：在利用電磁波技術(shù)進(jìn)行工程物探時(shí)，主要采用探地雷達(dá)、電磁波CT 技術(shù)，在隧道施工中主要采用探地雷達(dá)進(jìn)行預(yù)警工作，并且也可以利用探地雷達(dá)技術(shù)對(duì)公路施工質(zhì)量、混凝土襯砌與地下洞室圍巖的結(jié)合情況進(jìn)行檢測(cè)，而電磁波技術(shù)在成像階段需要有巖土體在吸收階段的形成數(shù)值作為依據(jù)，應(yīng)用該技術(shù)可以探測(cè)到地質(zhì)體的電性差異以及規(guī)模，明確節(jié)工程建造階段存在的不良地質(zhì)情況以及灌漿效果。影像類(lèi)：其原理主要是將物體本體與環(huán)境光照顏色進(jìn)行疊加，以此來(lái)顯示出物體特有的圖像特點(diǎn)，一般情況下，可以應(yīng)用錄像設(shè)備在一定的光照條件下，對(duì)物體的圖像進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)分析圖像特征，詳細(xì)掌握受檢對(duì)象的工程質(zhì)量以及工程地質(zhì)情況，目前依據(jù)影像類(lèi)設(shè)備的工作特點(diǎn)，可以將其分為地面錄像設(shè)備、鉆孔彩色錄像設(shè)備、水下錄像設(shè)備，目前這些設(shè)備常用于堆石體的密度以及附加質(zhì)量的檢測(cè)。

2 工程物探檢測(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用

2.1 水利工程應(yīng)用

水利工程對(duì)國(guó)計(jì)民生具有重要影響，所以為了有效提高水利工程的施工質(zhì)量，需要注重工程物探工作，在實(shí)際勘探過(guò)程中，需要對(duì)覆蓋層、巖溶、滑體坡、堤壩隱患情況進(jìn)行勘探[1]。在實(shí)施覆蓋層探測(cè)的過(guò)程中，需要注意分析每層的厚度以及基巖頂部的起伏情況，如在南水北調(diào)中線工程中的陶岔渠進(jìn)行覆蓋層探測(cè)時(shí)，可以利用物探技術(shù)呈現(xiàn)出如圖1 所示的三維地震勘探成果。巖溶探測(cè)階段，需要明確的內(nèi)容有巖溶溶溝、洞穴的埋深、分布、規(guī)模、地下水等情況?；w坡探測(cè)階段應(yīng)該掌握滑體坡的危害、含水層分布、滑體坡整體厚度、滑體坡的堆積情況等。堤壩隱患中應(yīng)該明確堤壩建設(shè)后是否存在洞穴、裂隙、砂層的情況，明確隱患的位置。

圖1 南水北調(diào)中線工程中陶岔渠三維地震勘探結(jié)果

在利用工程物探技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要對(duì)建筑巖體、灌漿效果、混凝土質(zhì)量、錨桿錨固質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，在建筑檢驗(yàn)質(zhì)量檢測(cè)階段，可以利用物探探測(cè)技術(shù)分級(jí)處理巖體質(zhì)量，詳細(xì)掌握巖體各層厚度，分析其內(nèi)部是否存在不良的地質(zhì)體，準(zhǔn)確標(biāo)注出巖體的高程，如圖2 所示，我國(guó)采用地震連續(xù)波測(cè)試的方式對(duì)某水利工程縱向圍堰建基面進(jìn)行檢測(cè)。灌漿效果檢測(cè)中可以用電磁波CT 技術(shù)分析固結(jié)灌漿后的巖土力學(xué)情況?；炷临|(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程主要是利用物探檢測(cè)技術(shù)混凝土灌漿效果、洞室混凝土襯砌質(zhì)量、凍傷混凝土空鼓深度進(jìn)行檢測(cè)。錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)中可以利用聲波技術(shù)生成的反射信號(hào)明確錨桿長(zhǎng)度是否合格以及砂漿飽和以及缺陷情況[2]。

圖2 某水利工程縱向圍堰建基面檢測(cè)結(jié)果

2.2 巖土工程應(yīng)用

工程物探在巖土工程中也可以從勘察、檢測(cè)兩方面進(jìn)行分析，在巖土工程勘察中，相較于傳統(tǒng)的鉆探技術(shù)，應(yīng)用工程物探技術(shù)可以對(duì)工程的地質(zhì)情況進(jìn)行連續(xù)性的探測(cè)，從而確保探勘的準(zhǔn)確性，高效解決巖土工程存在的問(wèn)題，并且工程物探技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣，不會(huì)受到外界條件的限制，可以有效降低成本，減少施工工期，并且采用工程物探技術(shù)具有較高的精度，所以在巖土工程勘查中提倡采用工程物探技術(shù)。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在巖土工程勘探中，彈性波技術(shù)屬于其中重要的一項(xiàng)，彈性波作為應(yīng)力波的一種，可以通過(guò)對(duì)其的分析，掌握巖層的地質(zhì)特性，如巖層界面具有較大的差異，彈性波就會(huì)出現(xiàn)異常的情況，所以當(dāng)前可以用彈性波進(jìn)行巖土工程的地質(zhì)勘探。

工程物探技術(shù)應(yīng)用于巖土工程檢測(cè)中，主要是對(duì)地基的加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析基樁、路基的緊密型，確保工程質(zhì)量，在建筑階段應(yīng)用工程物探技術(shù)可以分析裂縫情況，其主要應(yīng)用的原理是電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度具有較大的差異，所以可以通過(guò)分析電磁波在檢測(cè)物體的傳播情況，掌握巖土的裂縫情況，在其基礎(chǔ)上制定科學(xué)的解決對(duì)策[3]。在巖土工程檢測(cè)方法中應(yīng)用最為廣泛的就是聲波勘測(cè)技術(shù)，這主要是由于該技術(shù)在操作起來(lái)較為簡(jiǎn)單，且勘測(cè)面積較大，可以節(jié)省較多的工程資金。

2.3 能源勘探應(yīng)用

應(yīng)用工程物探技術(shù)可以對(duì)礦產(chǎn)、能源進(jìn)行探測(cè)，在實(shí)際工作的，可以利用地震探測(cè)技術(shù)、聲波技術(shù)對(duì)天然氣、石油、地下井田、氣田進(jìn)行全面仔細(xì)的探查，從而有效掌握油氣儲(chǔ)能位置，協(xié)助工作人員在開(kāi)采階段解決遇到的問(wèn)題。除了上述應(yīng)用之外，也可以利用工程物探技術(shù)對(duì)地下“孤石”、地鐵巖溶進(jìn)行探測(cè)。

3 工程物探檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展展望

3.1 勘探類(lèi)物探發(fā)展展望

以物探方法作為出發(fā)點(diǎn)，在發(fā)展趨勢(shì)上，勘探類(lèi)物探開(kāi)始呈現(xiàn)出三維化，如在進(jìn)行電法勘探時(shí)，可以依據(jù)巖石、礦體、地質(zhì)構(gòu)造的導(dǎo)電性、介電性等性質(zhì)，對(duì)礦體、地質(zhì)構(gòu)造的特性參數(shù)等予以分析，將地質(zhì)剖面通過(guò)三維立體化的方式呈現(xiàn)。除此之外，現(xiàn)階段我國(guó)廣泛研討三維地震勘探的情況，但是在其發(fā)展階段仍然存在一系列的問(wèn)題，所以應(yīng)該加強(qiáng)三維地震勘探的突破，使其在未來(lái)可以得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)水生勘探技術(shù)而言，為了實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度、快速度的測(cè)量，在未來(lái)也應(yīng)該發(fā)展全角度的三維勘探技術(shù)。從儀器設(shè)備作為出發(fā)點(diǎn)，為了更好的適應(yīng)時(shí)代建設(shè)的發(fā)展要求，設(shè)備應(yīng)該具有靈敏度、分辨率、精度高的特點(diǎn)，確保工程技術(shù)中的儀器設(shè)備具有多功能檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行良好的測(cè)量，并且在實(shí)施勘探時(shí)可以結(jié)合多種學(xué)科，綜合分析各種參數(shù)，從而有效提高探測(cè)結(jié)果，精準(zhǔn)探測(cè)地層以及情況，在這一過(guò)程中需要分析的參數(shù)有磁化率、電阻率、密度、縱波速度等[4]。

3.2 檢測(cè)類(lèi)方法技術(shù)

未來(lái)工程物探在發(fā)展階段，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)得到擴(kuò)展，在技術(shù)的推動(dòng)下，工程物探會(huì)逐漸向各個(gè)領(lǐng)域中滲透，相較于工程物探而言，儀器設(shè)備的選擇至關(guān)重要，未來(lái)選取的儀器設(shè)備會(huì)擁有更高的精準(zhǔn)度，可以需要在第一時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而將檢測(cè)結(jié)果清晰顯示出來(lái)[5,6]。除此之外，檢測(cè)類(lèi)技術(shù)方法可以利用信息化技術(shù)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控，利用遠(yuǎn)超操作來(lái)節(jié)省更多的人力資源、物力資源、財(cái)力資源。相較于鉆探，工程物探的優(yōu)勢(shì)明顯，其可以獲得連續(xù)性的地層數(shù)據(jù)，從而有效提高勘探的準(zhǔn)確性，因此該技術(shù)提倡應(yīng)用在橋梁、國(guó)防、化工、核電領(lǐng)域，全方面推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用在工程建設(shè)中，水利工程、土木工程、能源勘探工程等領(lǐng)域都開(kāi)始涉及到工程物探檢測(cè)技術(shù)，為了使其更好的滿足工程需求，在未來(lái)需要研發(fā)出新型的技術(shù)與設(shè)備，以此來(lái)提高工程物探的檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)質(zhì)量的提升。