工程物探在巖土勘察中的應用

彭均陽 蔣浩 詹洪潤

摘要：隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術水平的提高，各種新型的工程物探技術也開始廣泛應用于巖土工程勘察中。在巖土工程勘察中合理的使用物探技術，能夠更好的掌握工程建設地址以及周邊情況的水文地質條件，給相關工作人員提供有效的參考分析，從而提出更為科學合理的設計方案與施工組織管理方案，進一步提高巖土工程建設的質量。本文就各種新型工程物探技術在巖土工程勘察中的實際應用過程進行論述。

關鍵詞：工程物探;巖土工程;勘察

Application of Engineering Geophysical Prospecting in Geotechnical Survey

Hao Jiang

（Address，Postalcode）

Abstract：With the development of social economy and the improvement of science and technology，various new types of engineering geophysical prospecting techniques have been widely used in geotechnical engineering surveys. Reasonable use of geophysical techniques in geotechnical prospecting can better grasp the hydrogeological conditions of the construction address and surrounding conditions，and provide relevant reference analysis for relevant staff，thus proposing a more scientific and rational design plan and construction organization and management plan，and further improve the quality of geotechnical engineering construction. This paper discusses the practical application process of various new types of engineering geophysical prospecting techniques in geotechnical survey.

Key words：engineering geophysical prospecting，geotechnical engineering，prospecting

引 ?言

在社會經濟高速發(fā)展的今天，巖土工程領域也快速得發(fā)展，人們對工程勘察的要求也逐漸提高，同時巖土工程勘察的地質條件也越來越復雜，采用傳統(tǒng)單一的巖土工程勘察技術已經很難滿足需求，而且勘探的準確性也沒有足夠的對比保證。因此，綜合性的勘察方法，即將多個物探技術充分結合來對地質水文條件進行勘察，成了不錯的選擇。這有利于物探的準確性保證，從而更加準確的掌握工程的水文地質條件。本文就對綜合物探在巖土工程勘察中的應用進行分析與探討。

1 ?地震映像法

地震映像法，又稱為地震共偏移距法，是一種經過反射波多次覆蓋技術后發(fā)展起來的工程物探新技術^?[3]。主要基于不同地下介質的物性差異這一特點，即當?shù)卣饛椥圆ㄔ趥鞑ブ杏龅讲煌牡刭|體或物性突變點時，就會發(fā)生彈性波反射、折射。再用最佳的相同移距逐步移動測點接收地震信號，記錄不同波的時間和動力學特征^[4]。后期，根據(jù)運動學和動力學的理論知識對記錄的波進行分析，推算出對應地質體的物理參數(shù)，確定出地質分界面與不良地質體的位置。

地震映像法的特點是數(shù)據(jù)處理簡單，當偏移距為零時，由于采用相同的偏移距和單道炮孔，地震記錄上的時間變化連接起來的時間剖面反應的就是實際的地下街面形態(tài)，不需要另外進行動校正就可以直接對數(shù)據(jù)進行分析，從而避免了動校正造成的波形拉伸畸變的影響;在地震波的選擇上比較自由，可以選擇面波、反射波、折射波等彈性波作為有效波進行探測，同時也可以根據(jù)需求僅采用其中的一種彈性波來進行探測。經過數(shù)據(jù)處理（處理流程見圖1.1）后，用不同的、可變換的顏色表示反射能量，便可直觀地反映出溶洞、斷層，滑坡面等不良地質體以及地質體的變化特征和形態(tài)。

2 ?高密度電法

高密度電法的原理與是常規(guī)電阻法的相同，是常規(guī)電阻法的一個變種。主要以巖土體的電性差異為基礎，當人工向地下供應直流電流時，在地表利用相應儀器觀測其電場分布，通過觀察研究在施加電場的作用下，地層中電流的傳導分布規(guī)律，來推測不同電阻率的地質體，進一步分析得到前方的工程地質條件以及預判存在的不良地質體，實現(xiàn)劃分地層，確定不良底層的目的^[6]（見圖2.1）。

高密度電法理論上供電應為直流電，測量結果為地層的視電阻率。但是在實際工作時，供電為低頻交流電，對應的供電率一般保持20～30Hz之間不變。測點的間距小、密度高，同時具有測深和剖面兩種功能。由于頻率較低而且保持變，故可視作直流電率法，并且遵從一般直流電率的原理^[7]。

3 ?地質雷達法

地質雷達法是一種短距離地質超前預報方法，是一種主要基于地下不同介質的電性差異，應用電磁波的物探技術。在進行地質超前預報的探測時，發(fā)射天線向掌子面前方圍巖連續(xù)發(fā)射高頻脈沖波，在傳播過程中如果遇到不良的地質體（裂隙斷層、破碎帶等）時，一部分電磁波能會穿過地質體，另一部分會產生頻率、振幅以及相位的變化，被反射回來，由接收天線接收。地質雷達法具有無損傷、分辨率高、探測塊、數(shù)據(jù)處理效率高以及機動靈活等優(yōu)點^[10]。

探測時充分考慮掌子面的平整度及隧道開挖施工情況，沿掌子面設置4條測線（詳見測線布置示意圖3.1）。地質雷達法的預報距離為掌子面前方30m范圍內的水文地質和工程地質狀況。由于掌子面凹凸不平，天線不能密貼掌子面，對雷達數(shù)據(jù)采集質量有一定的影響。

4 ?工程實例應用

4.1 ??工程背景

項目位于大型沁水含煤盆地沁水復式向斜南端的翹起部位，地形構造復雜，受坳內的褶皺、斷裂控制。區(qū)域內地下煤層開采活動對項目區(qū)改造最為顯著，開采沉陷引發(fā)的地面塌陷、地裂縫等問題突出。隨著時間的推移，煤層頂板裂縫發(fā)育，極易引起地面建筑物及中間水池的破壞。因此，需對采空區(qū)進行治理。現(xiàn)采用上述三種物探方法進行探測對比。

4.2 ??測線布置

經實地考察，對本項目進行探測時的測線布置如下，地震映像法有1條測線;高密度電法有2條測線;探地雷達法有7條測線，具體布置可見下圖4.1。

4.3 ??地震映像法

經場地調查，在礦區(qū)井田附近共布置1條地震映像法剖面（見圖4.1），探測時采用60Hz檢波器，設置偏移距為15m，道間距為3m。將得到的采樣數(shù)據(jù)經過后期如圖1.1所示的數(shù)據(jù)處理流程處理后，可得到震法映像剖面見圖4.2所示。探測成果顯示在映像剖面60～90ms處出現(xiàn)異常區(qū)，具體表現(xiàn)為同相軸中斷，相位反轉，但考慮到現(xiàn)場存在鉆探施工震動對剖面探測效果有一定的影響，故成果僅供參考。

4.4 ??高密度電法

綜合考慮現(xiàn)場情況，在井田周圍布置兩條高密度電法測線（見圖4.1）。根據(jù)高密度電法反演成果的分析可知（圖4.3和圖4.4）：測線1在平面65m，深度14～16m處存在高阻封閉異常區(qū)，疑似無充填空洞;測線2在平面68m，深度約19m處發(fā)現(xiàn)高阻異常區(qū);考慮到現(xiàn)場探測條件較差，同時電極間距及定位精度對探測剖面深度會有一定影響，故剖面中的深度僅供參考。

4.5 ??探地雷達法

結合場地實際情況，圍繞井田周邊共布置7條地質雷達測線（見圖4.1）。采用100MHz低頻屏蔽天線和連續(xù)測量的方法，有效探深約15m。將探測數(shù)據(jù)進行零偏校正、濾波等處理之后，得到雷達探測剖面成果見圖4.5～圖4.11所示：測線1、測線6、測線7三處探測剖面發(fā)現(xiàn)強反射異常區(qū)，詳見各剖面成果圖。

5 ?結論

通過本次運用地震映像法、高密度電法、以及探地雷達法的綜合物探方法勘察，經過分析解譯探測資料，可得出如下成果：

（1）三種物探方法測線剖面均探測出異常區(qū)存在，分布較為離散，推測為測區(qū)地下空洞或松散不密實區(qū)，連通性未知。

（2）考慮到地下空洞或松散不密實區(qū)的存在不利于上部建（構）筑物（尤其是對變形敏感的水池、設備基礎、污水處理廠等）的長期穩(wěn)定性，存在較大的安全風險，建議采取相應的治理措施。

（3）資料使用時應充分考慮現(xiàn)場探測條件及物探成果的多解性。

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（作者單位：江西省勘察設計研究院）