工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

姚 強(qiáng)，賀 真，李 鍵

（1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江 212005；2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八〇七隊(duì)，江蘇 南京 210041）

巖土工程包含土壤、巖石、水中施工與地下施工等工程，在巖土工程中勘探地質(zhì)狀況結(jié)合掌握的工程地質(zhì)信息，調(diào)整施工方法，保證巖土施工可以順利進(jìn)行。工程物探技術(shù)在巖土工程地質(zhì)勘探中得到良好的應(yīng)用，可以快速推進(jìn)地質(zhì)勘探工作，提高巖土工程地質(zhì)勘探信息的準(zhǔn)確度，為巖土工程施工提供技術(shù)支撐。

當(dāng)前我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用。其中，巖土工程地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用備受關(guān)注，該技術(shù)主要集中在工程施工中的地質(zhì)勘探領(lǐng)域。該技術(shù)的使用已得到相關(guān)技術(shù)人員的認(rèn)可和使用。主要原因是工程和地球物理技術(shù)可以解決巖土勘察在使用過程中的許多問題和任務(wù)，同時(shí)，與其他大地測量技術(shù)相比，該技術(shù)操作相對(duì)簡單，獲得的測量數(shù)據(jù)具有一定的可靠性。在勘探工作執(zhí)行過程中，不受地形等外界因素的影響，大大降低了勘探工作的成本，因此被廣泛應(yīng)用于巖土領(lǐng)域的勘探工作。

1 工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用意義

工程物探技術(shù)在土木工程中巖土工程占據(jù)極為重要的位置，巖土工程施工期間需要清楚工程所在地實(shí)際情況，勘查巖土工地質(zhì)情況。在巖土工程勘測中受到勘測設(shè)備精度、地質(zhì)環(huán)境因素與勘測技術(shù)的制約，使勘測結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的出入，沒有可靠數(shù)據(jù)的支撐，無法推動(dòng)工程發(fā)展。在我國工程物探技術(shù)發(fā)展的過程中，技術(shù)體系得到完善，出現(xiàn)很多新的技術(shù)并應(yīng)用到巖土工程中，提高巖土工程勘察工作的便捷性與勘查結(jié)果的精準(zhǔn)度，為巖土工程發(fā)展帶來不少的益處[1]。

在巖土工程勘探過程中，使用先進(jìn)的勘探技術(shù)體系、利用現(xiàn)代化勘探設(shè)備掌握地質(zhì)情況，可以為巖土工程勘探工作提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)巖土工程施工。在數(shù)據(jù)的支持下可以靈活的調(diào)整施工方案，合理的應(yīng)用施工技術(shù)，提高巖土工程施工的安全系數(shù)與工作效率。在巖土工程項(xiàng)目運(yùn)行期間，需要結(jié)合地質(zhì)環(huán)境因素進(jìn)行考量，給出勘察工作執(zhí)行方案，結(jié)合收集到的勘察數(shù)據(jù)繪制地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)表，指導(dǎo)巖土工程施工的開展。施工技術(shù)在數(shù)據(jù)支撐下得到合理應(yīng)用，為巖土工程安全施工提供保障。

2 巖土工程中常用的工程物探技術(shù)

2.1 地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)

巖土工程勘探工作在新時(shí)期出現(xiàn)一定的變化，隨著我國科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)很多新型技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)也是在此過程應(yīng)用到巖土勘察工作中，是雷達(dá)技術(shù)在新時(shí)期的一種應(yīng)用形式。地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)利用發(fā)射機(jī)發(fā)射天線，發(fā)出超高頻電磁脈沖信號(hào)，信號(hào)頻率在12.5M～1200M的區(qū)間中，且脈沖寬度為0.1ns。借助超高頻電磁脈沖信號(hào)探測巖土工程區(qū)域環(huán)境，結(jié)合返回的脈沖信號(hào)成像施工區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境，生成數(shù)據(jù)圖像。其可以清晰地顯示地質(zhì)勘探結(jié)構(gòu)，為巖土工程施工提供精準(zhǔn)的地質(zhì)環(huán)境勘探結(jié)果，使巖土工程施工可以高效率地進(jìn)行[2]。

2.2 CT勘探技術(shù)

在巖土工程地質(zhì)環(huán)境勘探期間，使用CT勘探技術(shù)分析工作區(qū)域的地震波。而地震波分析結(jié)果會(huì)以圖像的方式呈現(xiàn)出來，使用CT技術(shù)勘探工程地質(zhì)環(huán)境，通過CT設(shè)備將地震波接收點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)數(shù)據(jù)銜接在一起，分析地震波實(shí)際情況，統(tǒng)計(jì)收集地質(zhì)彈性波數(shù)據(jù)，利用軟件將巖土工程的地質(zhì)環(huán)境情況與結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)以圖表的形式繪制出來，從而為巖土工程施工人員提供可靠的數(shù)據(jù)。結(jié)合數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)現(xiàn)場工作人員施工，確保巖土工程施工可以高效、安全的開展。

圖1 CT勘探技術(shù)應(yīng)用結(jié)果

3 工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

3.1 巖土工程勘查特征分析

在施工現(xiàn)場施工過程中，由于施工場地和環(huán)境的限制，會(huì)出現(xiàn)多種土壤介質(zhì)，因此需要結(jié)合不同的地質(zhì)介質(zhì)，采用合適的研究方法。與通常的地質(zhì)環(huán)境相比，巖土剖面勘探工作有其獨(dú)特性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一、在巖土勘察中，分布以平面上的條紋形式為主，寬度相對(duì)較窄。但它的擴(kuò)展性非常好，可以在各種地質(zhì)地貌和地貌下使用，在使用過程中可以承受很多惡劣地質(zhì)條件的影響。二，巷道運(yùn)營過程中的荷載會(huì)較小，但在一些有前景的工程中，對(duì)沉降不均勻問題提出了更高的要求。在進(jìn)行任何具體的調(diào)查工作之前，都需要根據(jù)調(diào)查項(xiàng)目的實(shí)際路段和項(xiàng)目的施工要求，對(duì)諸多因素進(jìn)行綜合分析。

3.2 劃分地質(zhì)界面類型

在巖土工程中使用工程物探技術(shù)可以劃分地質(zhì)界面類型，該技術(shù)應(yīng)用集中在巖土工程地質(zhì)勘探階段，結(jié)合勘探信息劃分地質(zhì)結(jié)構(gòu)界面，由此為后面工程施工創(chuàng)造有利的條件。在巖土工程施工期間不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)巖土施工造成較大的影響，在巖土工程初期階段需要收集項(xiàng)目所在地各方面信息，檢測分析地質(zhì)情況，提升巖土工程施工的合理性、科學(xué)性。采用科學(xué)方法控制施工風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)利用一定的操作方式控制風(fēng)險(xiǎn)因素，保證工程可以按照規(guī)劃要求順利開展。不同地理位置的地質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)存在一定的差異，結(jié)合收集的信息將我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)歸為地殼表層、淺層、中層與深層4個(gè)層次。地質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次按照水平方式劃分，確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)層次時(shí)，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境條件判斷地質(zhì)界面層級(jí)[3]。

在巖土工程中劃分地質(zhì)界面有巨大的作用，直接關(guān)系到巖土工程施工能否安全、可靠的進(jìn)行，需要掌握工程物探技術(shù)在巖土工程中的使用方法，合理應(yīng)用技術(shù)提高劃分地質(zhì)界面工作的效率，促使地質(zhì)區(qū)域劃分工作具備較高的精準(zhǔn)度，為后續(xù)工作的開展提供有利的條件。

3.3 勘察巖石層形態(tài)結(jié)構(gòu)

地質(zhì)表層下的巖石層會(huì)在外力作用與地下水流動(dòng)的影響下發(fā)生一定變化，存在巖石斷裂、褶皺或是其他形態(tài)結(jié)構(gòu)，在特殊條件干預(yù)下形成的巖石結(jié)構(gòu)會(huì)降低巖石層的穩(wěn)定性與強(qiáng)度。如果不能在巖土工程前確定此類結(jié)構(gòu)并進(jìn)行提前干預(yù)，會(huì)對(duì)巖土工程施工造成一定的威脅，導(dǎo)致施工無法在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的場地進(jìn)行。研究工程物探技術(shù)，勘探地質(zhì)表層下的巖石層結(jié)構(gòu)，掌握巖石形態(tài)與其他不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入地分析。通過科學(xué)的控制可以消除干預(yù)巖土工程施工的因素。工程物探技術(shù)充分利用地質(zhì)雷達(dá)，還會(huì)根據(jù)巖土工程所在區(qū)域的實(shí)際情況，合理應(yīng)用其他先進(jìn)的勘探設(shè)備，清楚工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過數(shù)據(jù)收集與分析為后續(xù)巖土工程施工提供可靠的數(shù)據(jù)，保證工程施工可靠、安全的進(jìn)行。

在工程物探技術(shù)應(yīng)用期間，合理使用勘探方法勘探地質(zhì)狀況，一旦發(fā)現(xiàn)施工地質(zhì)環(huán)境出現(xiàn)裂縫或巖石堆疊的情況，需要分析此類現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。此種情況可能由工程施工地附近山脈地形因素引發(fā)，山脈地形還會(huì)對(duì)巖土工程施工造成一定的威脅。如果沒有結(jié)合掌握的信息調(diào)整工程方案，會(huì)威脅到現(xiàn)場工作人員的人身安全。遇到此種情況需要快速結(jié)合收集到的信息，調(diào)整巖土工程施工方案，由此將危險(xiǎn)因素對(duì)工程施工形成的不良影響控制在最低水平。

3.4 質(zhì)量檢測

在巖土工程進(jìn)行期間開展質(zhì)量檢測工作，保證工程達(dá)到質(zhì)量要求。巖土工程項(xiàng)目建設(shè)工作進(jìn)行期間，各階段均存在一定的隱蔽性工作，一般的質(zhì)量檢測方法難以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在部分施工區(qū)域或施工階段，無法使用常規(guī)的質(zhì)量檢測方法，從而不能確定巖土工程施工的具體情況，難以保證工程施工不存在質(zhì)量問題。工程物探技術(shù)應(yīng)用到巖土工程中，可以有效解決此類問題，清楚施工區(qū)域的大體環(huán)境。選擇先進(jìn)的檢測設(shè)備，合理應(yīng)用工程物探地震波技術(shù)檢測隱蔽施工區(qū)域的工作情況，由此為巖土工程施工提供可靠的數(shù)據(jù)。

以某巖土工程項(xiàng)目為例，項(xiàng)目建設(shè)地環(huán)境較為復(fù)雜，地質(zhì)地貌由丘陵與海積階地構(gòu)成。在地基施工結(jié)束后使用過往的質(zhì)量檢測方法，無法檢測地基施工的實(shí)際狀況，不能確定施工是否達(dá)到質(zhì)量要求。此時(shí)可以使用地震波技術(shù)檢測地基情況，獲得該處地震波數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)地基中一個(gè)施工位置沒有達(dá)到規(guī)定要求的地基深度，此問題存在會(huì)影響到巖土工程的穩(wěn)定性。施工單位得到檢測信息后快速開展補(bǔ)救工作，在工作結(jié)束后再次檢測工作實(shí)施情況，確保地基深度達(dá)到要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下項(xiàng)工作。

3.5 參數(shù)勘探

在巖土工程中開展地質(zhì)勘查工作，圍繞項(xiàng)目所在地勘察地質(zhì)狀況，收集地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)，將其作為指導(dǎo)巖土工程施工的導(dǎo)向信息。傳統(tǒng)地質(zhì)勘探工作得到的數(shù)據(jù)難以精確反映地質(zhì)狀況，同時(shí)在巖土工程施工中還存在一定的隱患，可能會(huì)出現(xiàn)突發(fā)事件。如果不能合理地處置突發(fā)事件，會(huì)拖慢工程進(jìn)度，還會(huì)對(duì)現(xiàn)場人員造成一定的威脅。使用工程物探技術(shù)勘查工程地質(zhì)狀況，收集地質(zhì)信息并進(jìn)行深入地分析，由此為巖土工程施工提供可靠數(shù)據(jù)，可以提前進(jìn)行預(yù)防。除此之外，還能根據(jù)掌握的信息調(diào)整施工方案，提高巖土工程施工的安全系數(shù)。

4 巖土工程中工程物探技術(shù)的前景分析

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用在巖土工程中，勘察工程地質(zhì)狀況?？辈旖Y(jié)果直接影響到工程施工，作為當(dāng)下工程常用的地質(zhì)勘探技術(shù)，通過電磁波的發(fā)射、返回，收集地質(zhì)信息。為提高巖土工程施工的安全性與有效性，必須進(jìn)一步提高電磁波在信息發(fā)送、折回時(shí)的控制力度。提高地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在數(shù)據(jù)分析結(jié)果的精準(zhǔn)度，按照地質(zhì)勘探結(jié)構(gòu)，為巖土工程施工提供技術(shù)保障。

CT技術(shù)應(yīng)用在巖土工程勘探工作中，需要進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)成像的整體水平，數(shù)據(jù)成像效果直接影響到施工進(jìn)行情況，是工作人員開展工作的參考數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)人員、技術(shù)人員根據(jù)數(shù)據(jù)成像信息調(diào)整施工方案，因此必須提高數(shù)據(jù)成像質(zhì)量。CT技術(shù)利用地震波分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在當(dāng)下應(yīng)該提高技術(shù)應(yīng)用水平，使數(shù)據(jù)成效可以真實(shí)地反映地質(zhì)狀況，為巖土工程施工提供可靠數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

在我國科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展下，推動(dòng)巖土工程施工技術(shù)的發(fā)展。工程物探技術(shù)在此過程中成為巖土工程地質(zhì)勘探工作的常用手段，其已經(jīng)形成相對(duì)成熟的技術(shù)體系，可以為施工單位提供精準(zhǔn)的地質(zhì)信息，幫助施工單位完成巖土施工任務(wù)。當(dāng)下應(yīng)該隨著巖土工程施工需求，不斷提升工程物探技術(shù)的應(yīng)用水平，利用采集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)調(diào)整施工方案，組織施工資源，為工程順利開展提供條件。