關于物探技術在巖土工程勘察工作中應用的研究

■王紅鴿

（唐山市規劃建筑設計研究院 河北唐山 063000）

關于物探技術在巖土工程勘察工作中應用的研究

■王紅鴿

（唐山市規劃建筑設計研究院 河北唐山 063000）

巖土工程地質勘察工作是一項復雜、系統的工程，在實際工作中，需要嚴格的遵守相關規定與標準，并且結合以往施工經驗，才可以客觀真實的反映施工現場的地質情況、對地質不良作用等問題進行科學合理的分析，并提供必要的工程地質資料和設計參數。

巖土工程地質勘察技術應用

1 工程概述

二環路下穿唐津高速隧道工程位于唐山市開平區二環路與唐津高速交匯處，分南北兩幅，全長825m，隧道寬度16m，隧道高度7.8m。

2 工程物探

2.1 勘察技術方案

依據勘察任務、技術要求及相關技術規程規范，經過實地踏勘、試驗分析研究，結合工程實際情況和設計要求，對于隧道選擇瞬變電磁法、高密度電阻率法、瑞雷面波法，探測覆蓋層厚度、圍巖風化程度、地質構造分布狀況，并根據地震縱波速度劃分圍巖類別。既有效解決了勘察區域場地條件限了勘察成果的準確性，有效保障了勘察精度的要求制，又提高。

2.2 野外數據采集

2.2.1 瞬變電磁法

此次野外工作投入使用儀器為重慶奔騰數控技術研究所生產的WTEM-2Q瞬變電磁儀。

本次瞬變電磁法采用了中心回線裝置，多匝小線圈觀測方式，即：發射線圈尺度為2×2m，20匝；接收線圈尺度為1×1m，20匝.

野外正式觀測前，進行了多匝小線圈的中心回線裝置和重疊回線裝置的對比試驗，由圖3.3和3.4所示試驗曲線可知，從電壓曲線中可以明顯看出，重疊回線裝置的電壓曲線不僅在首支出現了“飽和”現象，其在尾支處亦沒有表現出完整的衰減形態，因此，中心回線裝置更為有利于該區工作。

選擇了2m×2m回線邊長，匝數為20匝的同心回線裝置，這樣不僅可以壓制干擾，提高工作效率。同時在已知鉆孔處驗證表明，其探測深度和精度完全滿足本次勘察設計的要求，同時該方法可減少旁側體積效應的影響，以保證有足夠的橫向和縱向分辨率。

圖1 多匝線圈中心回線裝置

圖2 多匝線圈重疊回線裝置

工作參數包括：發射頻率、采集時窗和疊加次數、增益、供電電流等。

2.2.1.1 發射頻率

供電頻率的選擇一般和勘探深度及抑制50Hz工頻干擾有關?？紤]到本次勘探采空區所要求的探測深度，選用低頻段工作，通過現場對4Hz，8Hz，16Hz和32Hz等四種工作頻率的對比試驗后，確認32Hz觀測曲線既對目標體的細節反映更靈敏,又能滿足本次探測深度的要求，最終確定工作頻率為32Hz。

2.2.1.2 采集時窗

從“煙圈”電流的擴散深度公式：

式中：d為擴散深度 （m），t為供電電流關斷后的延遲時間（ms），σ為導電率（S/m），為真空中的導磁率（H/m），為電阻率()。

根據探測采空區深度和本區視電阻率水平，取時窗數31個，tmax=2.0001ms。

2.2.1.3 疊加次數

疊加次數分別選用10、20、30、40、60、80次進行試驗，疊加次數越多，采集一個測點所需時間越長，但是合適的疊加次數能壓制和整合由天電及其他脈沖干擾源引起的異常，能夠提高數據的信噪比，本次疊加次數選在≥60次均可獲得較好接收信號。

2.2.1.4 增益

選擇增益從進行試驗，在干擾較大的區域，提高增益可以有效地壓制噪聲，從而提高信噪比，本次野外觀測選定前置放大器增益為8，主放增益為4可得到較好的信噪比信號。

2.2.1.5 供電電流

瞬變電磁法進行數據采集時，供電電流越大，信噪比越高，因此我們要盡量使用大的供電電流。本次為避免瞬變電磁觀測系統早期自感盲區的擴展，經試驗將發射線圈的電流選定在6～9A，在工作過程當中采用了直徑4mm2優質導線作為發射線圈材料，從而保證了接收信號質量。

2.2.2 瑞雷面波法

本次工作使用美國產NZXP-24淺層地震儀及配套電纜、檢波器等進行野外數據采集，偏移距6m，道間距為2m，每個測點采用24道4Hz低頻檢波器接收，80kg的重錘作為錘擊震源，采樣間隔為250μs，記錄長度512ms。

2.2.3 高密度電阻率法

本次高密度電阻率法勘探使用重慶地質儀器廠生產的DUK-2A高密度電阻率法測量儀。

高密度電阻率法勘探，采用2米道間距，60道電極工作方式，單個排列長度為120米。溫納裝置α排列，最小間隔離系數n（min）=1，最大間隔離系數n（max）=15，供電電壓360V。

2.2.4 室內資料處理

綜合物探資料的解釋方法為：結合已知的地質、鉆探和水文等資料，遵循從已知到未知，從點到線，從線到面，從簡單到復雜的原則進行分析推斷。具體成果詳見二環路下穿唐津高速隧道工程地球物理勘探報告。

2.2.5 按彈性波速劃分隧道圍巖分類，劃分標準見表

圍巖級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ圍巖類別 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ基巖 Vp(m/s) ＞800 800~550 ＜550

3 結束語

本次勘察采用鉆探與物探的結合，通過將高密度電法及瞬態面波法結合，極大提高了物探的工作效率，同時實現了兩種物探技術的優勢互補，縮短了物探工作的周期，有效降低了勘察成本，以綜合勘察技術快速、全面、準確可靠地查明擬建物場地上的巖溶分布情況，為工程施工提供了可靠的依據。

[1]鄧康.勘探技術在巖土工程中的應用探析 [J].科技資訊,2013,04:83+85.

[2]《建筑工程地質鉆探技術標準》 （JGJ87-92）.

P624[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-262-1