隧道勘察中物探和鉆探方法結合應用分析

楊 可

(山西省地勘局二一四地質隊，山西 運城 044000)

鉆探方法是傳統(tǒng)的隧道勘察方法，在隧道勘察中占據(jù)著重要地位，但隨著技術的不斷進步和勘察工作要求的日益提高，鉆探方法的準確性差、速度慢等弊端開始顯現(xiàn);物探方法的優(yōu)點在于準確性高、速度快且不會損傷被測對象，但是其操作較為復雜，難以單獨有效進行。所以，在實際隧道勘察中，將物探與鉆探相結合是一種必然選擇，本文就對幾種常見的兩者結合應用技術進行了探析。

1 鉆探、物探技術概述

1.1 鉆探和物探技術

1)鉆探技術。鉆探技術是最為傳統(tǒng)的隧道勘察技術，在近些年來，隨著科學技術的不斷進步，鉆探技術水平有了很大提高，各種新鉆探技術不斷出現(xiàn)，比如空氣鉆探技術、繩索取芯鉆探技術、液動沖擊回轉鉆探技術和受控定向鉆探技術等，相配套的鉆探機械設備也日益更新，鉆探所能達到的深度日益增大，對勘察工作的順利開展發(fā)揮了重要作用［1］。

鉆探技術的優(yōu)點在于其勘察結果較為直接，能夠準確判斷出地質中巖土層的組成情況，操作較為簡單，其缺點也比較明顯，包括施工成本較高、探測結果不能全面反映整個地區(qū)地質情況等。

2)物探技術。物探技術是利用物理學原理進行勘察的一種方法，比如測量物質的電性、密度和波的傳播特點等，常見的物探技術主要有電阻率技術、輸變電磁技術、地質雷達技術、瑞雷波法和聲波探測以及放射性測井法等多種，多種多樣的物探技術分別有著不同的適用條件，可以根據(jù)勘察的實際需求進行選用，對于復雜環(huán)境下勘察工作的進行有著重要意義。

物探技術的優(yōu)點在于不需要大量的人力、物力參與，能夠通過地面表面的探測得到深層地質的情況，且勘察的覆蓋范圍相對較廣;其缺點主要是要求測量人員必須有較高專業(yè)知識水平，勘察結果容易受其他因素干擾出現(xiàn)誤差。

1.2 鉆探和物探技術結合的意義與應用

鉆探和物探技術的結合，綜合了兩種勘察方法的優(yōu)點，對于勘察工作效率的提高、勘察結果準確性的提升有著重要意義，解決了鉆探施工中不安全問題，對于當前勘察工作水平的提高有著重要意義，被廣泛運用于以下幾個方面:

首先，水文情況的探查。水文情況是影響各種地下工程開展的重要因素，在實際建設當中，有許多安全事故都是由于地下水因素引起的，通過鉆探和物探結合的技術，能夠對地下水文情況進行詳細了解，辨別其分布情況，有效防止水害問題發(fā)生。

其次，地質構造斷層與巖石破碎程度的探查。近些年來，我國的隧道、建筑等基礎工程設施建設不斷加快，對于地質勘查的精確度提出了更高要求。在隧道或大型建筑的施工當中，如果對地質情況了解不夠深入，極容易引起安全事故，而通過物探的方法，能夠對地質構造斷層和巖石破碎程度做出準確判斷。比如電阻率法，能夠根據(jù)水平巖層的不同電阻率，分析出巖層的物性變化，進而確定巖層構成成分與斷層情況;錘擊法則可以根據(jù)建筑物樁基對外部力的應變情況，分析出樁體的承載力水平，進而確定地質內(nèi)巖石是否有破碎情況，采取合理的措施進行應對，保證工程安全。

第三，對采空區(qū)的探查。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在采空區(qū)上建設的高層建筑數(shù)量不斷增加，為保證建筑物的安全，就需要對采空區(qū)地基穩(wěn)定性進行準確評價，單純的物探或者鉆探顯然無法滿足此要求，而借助鉆探和物探結合的技術，可以精確探查采空區(qū)的發(fā)育和充填現(xiàn)狀，進而得到采空區(qū)穩(wěn)定性的有效數(shù)據(jù)，最大程度的保證了建筑工程的安全［2］。

2 鉆探和物探結合應用的技術

2.1 淺層地震法

淺層地震法的基本原理是巖土介質中地震波傳播規(guī)律，根據(jù)波動理論可知，由于不同巖土層在波阻抗上存在差異，會對經(jīng)過的地震波產(chǎn)生不同的反射，根據(jù)對反射結果的分析就可以得到隧道地層情況，是一種較為成熟的勘察方法，能夠有效探測出淺部的地質構造情況或巖土層的相關參數(shù)，尤其適用于物性分層和構造帶尋找方面。

淺層地震法所得波形解釋遵循的原則有兩條，第一，對于同一完整連續(xù)的巖層，其地震波具有形狀相似、周期相同的特點，在同相軸上表現(xiàn)出光滑特征，地震波的連續(xù)性較強，能夠整體反映巖層的變化;第二，在巖溶或者破碎帶區(qū)域，地震波會受地質條件影響，發(fā)生散射、繞射等現(xiàn)象，此時得到波形會呈現(xiàn)出畸變、凌亂、不連續(xù)的特點。

在淺層地震數(shù)據(jù)處理過程中，首先要將原始數(shù)據(jù)轉換格式，將噪聲、壞道等不良數(shù)據(jù)去除，然后再進行共深點迭加，靜態(tài)校正，使用速度掃描分析的方式進行動校迭加，從而取得其時間斷面，綜合相關分析結果得到勘察隧洞中不同巖土層縱波的速度，進而繪制出工程地質斷面圖［3］。

2.2 音頻大地電磁法

音頻大地電磁法是一種在大地電磁法基礎上發(fā)展出來的技術，其基本原理與大地電磁法相同，是依據(jù)麥克斯韋方程組完整統(tǒng)一電磁場理論進行勘察結果反演的，其工作示意圖如圖1所示。

在音頻大地電磁法當中，其物理學基礎是大地電阻率和信號頻率之間存在著直接關系，在大地電阻率改變時，信號頻率會發(fā)生相應改變，從而得到相應的探測數(shù)據(jù);音頻大地電磁法測量的數(shù)據(jù)是彼此正交的電場和磁場，并將兩者相比得到波阻抗，最終經(jīng)過一系列計算得到地下介質的視電阻率，從而判斷地下情況。

圖1 音頻大地電磁法工作示意圖

音頻大地電磁法常用的測量方式是標量測量，其使用的基本流程是收集測量區(qū)域附近的相關地質資料，對地質構造情況和地形特征進行初步了解，然后設計合適的觀測系統(tǒng)，采取TM 觀測方式進行觀測，再次布設發(fā)射源并設置相應參數(shù)，最后對測量數(shù)據(jù)進行分析［4］。

在探測方法中，發(fā)射源的布設和參數(shù)設置是最為重要的兩個環(huán)節(jié)，其中，發(fā)射源布設應該遵循以下幾點原則:

1)在野外測量時，通常選用電偶極發(fā)射源，將發(fā)射偶極子長度控制在1 km～3 km，與發(fā)射偶極相連接的電纜要有超過2 mm的直徑，降低接入電阻值;2)發(fā)射偶極子與測線盡量平行，如果不平行則夾角要小于15°，所有發(fā)射偶極子盡量在同一水平面上，避免出現(xiàn)高差過大問題。

2.3 高密度電法

高密度電法也被叫做自動電阻率系統(tǒng)，是在直流電法基礎上發(fā)展出來的一種陣列勘察方法，綜合了四極測深和電剖面法的功能。高密度電法是利用巖土介質電阻的不同，使用電極發(fā)電在地下形成人工電場，通過觀察電場分布特點，來分析地下介質的視電阻率分布情況，進而推斷出測量區(qū)域地質的結構構造。

高密度電法的優(yōu)點在于所得圖像較為直觀，其分辨率較高，對于提高測量精確度有著重要作用;但由于地下水本身也有電阻率，所以，當?shù)刭|中含有較多水時，高密度電法測量的地質電阻率會受到干擾，影響其最終測量結果。

高密度電法資料處理的流程是:利用傳輸系統(tǒng)將儀器測量的信息傳遞到計算機中，先對測量信息進行壞點刪除、地形校正、格式轉換，再把轉換后的數(shù)據(jù)導入到專門的處理軟件當中，利用軟件功能得到相應的視電阻率等值線圖，最后，根據(jù)等值線圖上視電阻率信息，結合已有地質資料，對地質情況進行詳細解釋，并繪制出物探成果解釋圖(高密度電法視電阻率成像圖)［5］。

通常而言，如果勘察區(qū)域內(nèi)巖體完整，那么視電阻率的灰階圖像會呈現(xiàn)出層狀分布特點，也就是說，在地面表層下，沿著垂直方向，視電阻率會不斷升高，如果遇到?jīng)_積層或覆蓋層，視電阻率會表現(xiàn)出顯著的變化;若是巖體中有破碎帶或者軟中層等容易滲水的通道，那么視電阻率圖像會在中層上發(fā)生狀態(tài)改變，呈現(xiàn)出橢圓形或條帶狀的低阻色塊，使得某些層位被錯開、拉伸發(fā)生畸變。

3 結語

鉆探與物探方法在實際勘察中單獨運用都存在著一定的弊端，不符合當前隧道勘察工作的實際需求，所以，在結合兩者優(yōu)點的基礎上，將兩種方法結合應用于實際勘察工作中，通過勘察結果之間的互相對照比較分析，不僅可以更加準確全面的掌握被測對象圖形資料，而且可以有效提高勘察工作效率，對于隧道勘察工作水平的提升有著重要作用。

［1］范全林.隧道勘察中物探和鉆探方法結合應用淺析［J］.中國勘察設計，2014(6):86-88.

［2］鐘小飛，張 鵬.物探方法和鉆探方法相結合在工程地質勘察中的應用［J］.江西建材，2013(6):320-321.

［3］程耀榮.物探與鉆探在工程地質勘察中的具體應用［J］.河南科技，2013(4):70.

［4］朱 超.鉆探—物探方法在淺層采空區(qū)探查中應用［J］.中國科技信息，2012(17):57.

［5］陳寶柱.物探方法和鉆探方法相結合在工程地質勘察中的運用［J］.黑龍江科技信息，2014(30):114.