物探技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用及前景探析

李 璐 彭文濤 張 民 山東中建聯(lián)巖土工程有限公司

1 前言

在巖土工程勘察期間，工作人員運用物探技術(shù)，收集大量的工程地質(zhì)資料和有關(guān)的數(shù)據(jù)資料，基于此，利用先進(jìn)的技術(shù)，進(jìn)行人工分析研判，對巖土工程的規(guī)劃、施工做出更加合理科學(xué)的方案設(shè)計、施工安排和安全措施，既能提高工程施工質(zhì)量，還能確保工程安全，實現(xiàn)質(zhì)量和效益雙提升。

2 工程物探技術(shù)概述

第一，在工程物探技術(shù)中綜合了多種現(xiàn)代化的科技，包括了高度電法、電磁波、鉆孔聲波探測技術(shù)，把相關(guān)技術(shù)進(jìn)行整合應(yīng)用，有利于對復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)行探究。例如，那些巖土較為疏松的區(qū)域或是巖溶縫隙較大的地質(zhì)。因為這部分地質(zhì)較為特殊、復(fù)雜，所以必須針對工程地質(zhì)進(jìn)行更為精準(zhǔn)化的勘查。第二，不同的工程在對物探技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時存有一定的差異。各項技術(shù)均擁有自己的優(yōu)勢和劣勢，在運用期間必須綜合具體的運用標(biāo)準(zhǔn)和實際情況對該技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的運用。如此便可以在最大程度上確保勘查技術(shù)的應(yīng)用成效。第三，在勘查活動實施以前，事先做好預(yù)備工作，可首先利用實驗對其進(jìn)行分析，選取出科學(xué)化的實驗采集規(guī)劃和施工設(shè)施，如此便可以有效提升勘查成果的精準(zhǔn)度和及時性。第四，在對工程物探技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用期間，針對獲取到的信息數(shù)據(jù)還需要實施再次對比與核實工作。經(jīng)過健全工作標(biāo)準(zhǔn)，定量分析成果，進(jìn)而推動該項技術(shù)的有效運用，而后把所得信息數(shù)據(jù)運用于工程施工中，確保工程后續(xù)工作正常開展。

3 物探方式的基本原則

首先是已知指導(dǎo)未知的原則。物探工作本身就是探索未知的過程，必須遵循從已知到未知這個最基本的原則。從簡單到復(fù)雜這一系列的過程來逐漸進(jìn)行，并可以在此前提下充分有效地利用相應(yīng)的地質(zhì)材料，對不同類型的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的選取。同時還可以適當(dāng)建立一個地質(zhì)地球的物理模型，正確指導(dǎo)最終的物探數(shù)據(jù)，從而可以保證數(shù)據(jù)得到正確無誤的處理。通過這個過程不斷分析，在開始進(jìn)行物探工作之前，就需要充分的利用手中所有的地質(zhì)資料。

其次是優(yōu)化組合的原則。著手于物性存在的差異性，可以在已知的地質(zhì)區(qū)域來對誤差方式進(jìn)行不同狀況的選擇，并且開展一系列的實驗和實踐活動。之后進(jìn)一步比較實驗的結(jié)果，其中非常關(guān)鍵的就是可以查清楚其中存在的問題，同時還需要做到適當(dāng)?shù)墓?jié)約資金，并且在合理選取相應(yīng)的督查方式之后能夠?qū)M合的原則進(jìn)一步優(yōu)化，促使勘察效果以及經(jīng)濟(jì)效益在很大程度上得以有效地提高。

4 物探技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

4.1 物探技術(shù)在地質(zhì)狀況與資源勘察中的應(yīng)用

首先是面波。通過儀器當(dāng)中所發(fā)出來的信號環(huán)進(jìn)一步傳播地質(zhì)層，如果傳播介質(zhì)當(dāng)中發(fā)生不均勻狀況時，可能會促使面波信號呈現(xiàn)一種頻散的狀態(tài)，如果面波形式頻散，主要可能在以下兩個方面可以體現(xiàn)。一方面體現(xiàn)在面波本身速度上的變化。如果信號本身的頻率發(fā)生相應(yīng)的變化，就可能會促使面波速率，所以雖然發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，如果勘探本身的深度有所變化，就可能會促使面波的速度發(fā)生一系列的變化，從而對勘探信號的準(zhǔn)確性有一定的促進(jìn)作用。另一方面體現(xiàn)在拐點移動上的變化。如果低層厚度的速度出現(xiàn)變化，就可能會進(jìn)一步促使頻散曲線當(dāng)中所對應(yīng)的拐點位置隨之而發(fā)生相應(yīng)的變化。我們可以從中分析得出拐點的位置以及地層厚度之間存在的聯(lián)系是非常密切的。其次是體波。首先是波速，如果下覆層大于上覆層，就可能會促使相關(guān)信號在傳播的過程中體現(xiàn)出比較明顯的折射現(xiàn)象。第二是波抗，對于折射波來講，其中還包含初至折射波以及對比折射波這兩種形式。初至折射波相當(dāng)于是跟蹤初至區(qū)域的折射波，一般情況下，人們很難對其進(jìn)行辨認(rèn)和識別，它的識別率是相當(dāng)高的。但是對比折射波是跟蹤處置區(qū)與續(xù)至區(qū)這兩個區(qū)域的折射波，因此它本身探測能力是相對較弱的，同時對于探測逆轉(zhuǎn)層是不符合的。當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)正在逐漸地發(fā)展和進(jìn)步，我國的地質(zhì)勘探工作也取得了比較顯著的發(fā)展和進(jìn)步。在地質(zhì)狀況以及資源勘查的過程中，物探技術(shù)在其中發(fā)揮著獲取的作用和影響，同時還特別需要勘探單位的重視。比如遼寧鐵礦，在礦帶的鐵礦地區(qū)當(dāng)中，分布著大量的金屬，其中包括鐵、銅等，其中還劃分著古生界及中生界，而主要的構(gòu)造物是碳酸鹽。在礦體自身附近的無煙當(dāng)中，逐漸發(fā)生了熱液蝕變狀況。鐵山鐵礦本身就是大型的礦床，一般情況下它處于-400m的位置，其中分布著六大主體，而礦體本身的長度保持在4300m左右。

4.2 物探技術(shù)在巖溶勘察中的應(yīng)用

巖溶溶蝕現(xiàn)象導(dǎo)致基巖面起伏較大，且溶洞發(fā)育嚴(yán)重影響了城市軌道交通施工建設(shè)的安全。因此，必須查明軌道交通線路范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況，為設(shè)計提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。常規(guī)的鉆探手段很難查清巖溶的分布。由于巖溶溶洞內(nèi)充填物與周圍巖體之間存在明顯的物性差異，因此可以利用高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)等物探技術(shù)來探測巖溶的分布范圍、發(fā)育程度及形態(tài)特征等情況。由于巖溶發(fā)育具有隨機性、隱蔽性及不確定性等特點，如果采用傳統(tǒng)的工程地質(zhì)鉆探，技術(shù)水平難以掌握工作區(qū)域的整體情況，并且還將花費巨大的人力、財力，效益比還是達(dá)不到最優(yōu)的。目前，大多采用物探方法，充分發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)花費少、勘探速度快、設(shè)備輕便的物探方法優(yōu)勢，而且可以對線和面的工程地質(zhì)情況進(jìn)行連續(xù)的勘探，多種地球物理方法得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了較好的探測效果。巖溶復(fù)雜的成因?qū)е铝巳芏刺綔y的困難，而不同類型的溶洞會與周圍圍巖表現(xiàn)出明顯不同的物性差異（包括電阻率、波速、波阻抗、密度、磁化率、電磁波等），這些差異都是開展地球物理勘探工作的前提工作。目前，進(jìn)行巖溶探測的主要地球物理方法有:高密度電阻率法、超高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震、聲波透視CT、瞬變電磁、跨孔波速和微動等。根據(jù)需要解決的主要地質(zhì)問題并且結(jié)合地球物理方法的適用性、應(yīng)用條件及效果，選擇相應(yīng)的地球物理方法進(jìn)行勘探。但由于巖溶的復(fù)雜性，單一物探方法不能解決所有的巖溶探測問題，因此，多種地球物理方法的相互結(jié)合、優(yōu)勢互補使得巖溶探測結(jié)果更加準(zhǔn)確。由于城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)、施工工藝及周邊環(huán)境的復(fù)雜性，對于城市軌道交通工程中對巖溶勘察方法，通常多種地球物理方法，配合鉆孔資料進(jìn)行對比解釋。因此，應(yīng)考慮綜合物探方法技術(shù)，充分發(fā)揮物探技術(shù)經(jīng)濟(jì)、方便快捷、可以連續(xù)測量的優(yōu)點。特別是綜合物探更加準(zhǔn)確、可靠，可以以最小的代價達(dá)到最優(yōu)的目的，完成勘探工程的需要。

4.3 中國煤礦資源勘察及開采過程中的物探技術(shù)應(yīng)用

中國是一個煤炭大國，同時也是最大的煤炭消耗國，煤炭大量消耗的同時需要煤層的大量回采，隨著煤炭資源的大量回采，優(yōu)勢地質(zhì)條件下的煤炭資源趨于殆盡。煤炭企業(yè)不得不開采劣勢條件下的煤炭資源，特別是構(gòu)造區(qū)下的煤炭資源。煤礦開采過程中面對的地質(zhì)條件具有很大的不確定性，在一些復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)開采煤炭資源易引起煤礦災(zāi)害。例如，突水、瓦斯事故、沖擊地壓、頂板事故等。嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)。特別是煤礦事故發(fā)生時，不但造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，而且人員傷亡慘重，增加社會動蕩。物探是很好的探測構(gòu)造區(qū)的有效手段，對于預(yù)防煤礦事故具有重要意義。首先是瞬變電磁。瞬變電磁法也被稱為時間域電磁法，它屬于半空間瞬變電磁法。它是通過不接地回線或者是接入地線源向地下發(fā)射脈沖磁場，在第一次發(fā)射期間利用磁探頭觀測地下介質(zhì)引起的二次感應(yīng)渦流場，通過瞬變電磁觀測的數(shù)據(jù)獲得整個地層的電阻率，該設(shè)備主要探測地下構(gòu)造及地質(zhì)特征。其次是地質(zhì)雷達(dá)。地質(zhì)雷達(dá)是一種高頻率電磁波探測地質(zhì)構(gòu)造的勘探方法。其電磁波可以穿透一定的深度，屬于探地雷達(dá)。其頻率多為25MHz～250MHz。其組成主要分為兩部分，地下部分由發(fā)射天線以及接收天線和放大器組成，地面部分由信號觸發(fā)主機以及控制裝置組成。其系統(tǒng)由天線、三腳架、主機、電纜、顯示裝置組成。其工作方式是向地下發(fā)射電磁波，利用電磁波在不同介質(zhì)中傳播的速度不同獲取地層信息，從而解釋地下構(gòu)造。

5 物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用前景

物探技術(shù)的發(fā)展延伸了多種類型的新興技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)就是其中一種，在現(xiàn)階段也得到了很多的應(yīng)用，具有一定的監(jiān)測效果。地質(zhì)雷達(dá)的使用具有一定局限性，多數(shù)用于隧道、涵洞等工程項目中。在巖土工程勘察中采用物探技術(shù)可以對工程項目中的施工問題和隱患進(jìn)行及時的察覺、反饋和處理。由于，巖土工程勘察工程是不斷推進(jìn)的，推進(jìn)的距離越多，進(jìn)行勘測的雷達(dá)電磁波越弱，其勘察數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性更無法進(jìn)行保障，為提高數(shù)據(jù)勘測的精準(zhǔn)性和科學(xué)性，以及勘測工作的施工效率，要對雷達(dá)電磁波的工作效率進(jìn)行一定的調(diào)改，確保電磁波工作效率在適合的范圍內(nèi)可以有效對數(shù)據(jù)勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行保障。

6 結(jié)束語

綜上所述，通過物探技術(shù)的合理運用可以對施工現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境以及條件進(jìn)行較為全面的勘察，也能發(fā)現(xiàn)對施工建設(shè)造成影響的地質(zhì)因素，體現(xiàn)出比較強的技術(shù)應(yīng)用價值。技術(shù)人員應(yīng)該做好施工前期的勘查工作，借助多種物探技術(shù)對工程施工條件和地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的勘察，保障勘察數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。同時，通過先進(jìn)技術(shù)的合理使用可以形成直觀性的地質(zhì)剖面圖，給巖土工程施工提供更好的勘察數(shù)據(jù)支持，及時發(fā)現(xiàn)施工中可能遇到的問題。這樣可以對工程施工的地質(zhì)情況進(jìn)行更好的勘察，給圖紙設(shè)計和后期的施工建設(shè)提供更好的勘察技術(shù)支持。

綜上所述，本文對工程物探技術(shù)的涵義、工作原則及物探技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用進(jìn)行了探討分析，特別是對物探技術(shù)在地質(zhì)狀況與資源勘察、在巖溶勘察、煤礦資源勘察及開采過程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，最后對物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，對提高巖土工程施工質(zhì)量和效益有一定的參考價值。