巖土工程中的管波探測研究

李 劍

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局七0六隊，新疆 阿勒泰 836500）

隨著我國對基礎設施的不斷開發，工程規模不斷擴大，工程建設實施中勢必會遇到各種不同類型的地質，尤其是在巖溶地區，地質十分復雜，若是完全依賴傳統的鉆探技術，那么將會嚴重影響到施工進度。而管波探測法不僅能夠探測地質的發育情況，還能了解工程建筑樁基地質環境和提供施工依據。

1 管波的探測原理

巖石工程中的管波探測法原則是利用彈性波的波動原理。探測儀器發射的彈性波以軸向的傳播形式在鉆孔中進行探測，在探測范圍內，物理彈性波在受到波阻抗時都會產生一定的放射。引起波阻抗的原因是鉆孔周圍巖土的性質不同和巖溶等不良土質。因此利用管波了探測能夠了解鉆孔周圍土質和巖土性質。

圖1 管波探測原理圖

2 工作裝置與儀器設備

（1）儀器設備。目前在巖土工程中作為管波發射震源一般采用國產的HX-GMM-S50C型超磁致震源，這種震源的發射能量巨大，頻率合適，余震影響小，波形好，轉換頻率高，記錄時間及時準確，十分適合巖土工程的管波震源。

（2）野外數據采集。在野外采集數據時，對巖石工程所探測的基石要進行實時動態監控，并且所監控的數據要清晰，儀器顯示的波形要清楚可見，不能模糊不清，波形無錯誤，當出現異常波形時要再次進行監測，重復的兩次觀察結果之間的誤差不能大于2%，并且對采集的數據要做好記錄。

（3）數據的處理與解釋方法。①數據的處理。管波探測法是采用在孔中進行激發和接受的系統，探測得到的信息數據信噪比高，所以一般是直接去零飄處理就可以了，處理方法簡單有效，但是需要注意的是不能采用振幅平衡的方式進行數據處理，會造成數據錯誤。②數據的解釋。數據解釋包括確定分界層面和對不同層面的地質進行分析兩個步驟。其中確定巖石分層的方法又分為兩種，第一種是通過反射管波發射的軸向距離來判斷，第二種就是通過反射波在同相軸的傳播時間來判斷。這兩種方法都能夠有效的判斷巖石的不同分界層面，但在實際施工中，具體選用那種方法還是要根據施工情況而定。

3 判別準則與研究成果

判別準則是以管波探測法的探測原理為依據，結合鉆孔揭露的完整基石的不同層面巖石情況，解釋和分析不同界面波抗組之間的差異性，尋找和發現孔中的不良地質和巖石底部。其具體的判別準則如下。

①完整基石段范圍內不存在傾斜反射波組基石巖。②一般在鉆孔的孔中央或是孔壁存在溶洞、軟弱夾層等不良地質時，管波探測的基石中產生振幅大的傾斜反射波。③如果振幅較小的傾斜反射波和直達波速度快兩個條件都存在的話，則可以判斷為波抗組差異小的軟弱夾層。④振幅較小，直達波速度小，一般為巖石節理裂隙發育地質。

研究成果：①鉆孔柱狀圖中能夠清楚的顯示出對于地質的描述。研究中，我們在鉆孔中發現了較厚的溶洞，而檢測出溶洞樁端以下完整基右厚度竟足以達到設計標準。

鉆孔描述的厚度與溶洞發育段的厚度有著明顯的誤差，但令人驚奇的是即使誤差的存在也不影響樁端以下完整基巖厚度的設計要求。②鉆孔還可以反映未發現的溶洞發育情況，并且可以探測到完整基巖段，但我們可以通過管波探測的成果反映，來詳細觀測鉆孔反映的完整基巖段在樁徑范圍內尚是否存在巖溶發育段，如果存在巖溶發育段則表明揭露的完整基石的厚度不符合設計要求。

4 管波探測法的探測流程

在巖土工程實際施工過程中，經常會出現鉆孔發現的完整基礎巖石已經能夠滿足工程的要求，而管波探測法在這鉆孔發現的完整基石上去尋找和發現十分存在有一些不良地質，比如溶洞、夾層等，這樣就能更好的保證完整性，所以在實際施工中，工程單位方會才有鉆孔和管波探測法相結合的方式進行探測。其探測流程入下：第一步是鉆孔在揭露的完整基石段的厚度符合施工要求，可以適當的增加基石厚度，以防萬一，鉆機準備工作；第二步是管波進行探測，在管波探測結束后，馬上對管波探測儀器所探測到的數據進行處理分析，在完全確認完整的基石符合施工要求，便可停止鉆機鉆孔，拿出鉆機。根據上述的兩個步驟流程，所揭露的完整基石一般都能達到施工標準。雖然這些步驟可以一直循環，但是需要注意，循環的次數不易過多。

5 管波探測法的優勢與不足之處

（1）管波探測法的優勢。在技術方面，管波探測法探測的數據信息清晰易懂，準確性高，探測異常現象時能夠快速反映并且能夠讓工作人員清楚找到問題所在之處，分辨率高、縮短工程周期，儀器投入成本和后期工作成本低儀器接受信號準確，波形清晰無誤差。所以在巖石工程管波探測法的應用十分廣泛，并且引入范圍不僅僅只是巖石工程。

（2）管波探測法的不足之處。①不能了解到巖石表面的具體起伏情況：管波探測法只有一個探測頭向四周發射信號，并且接受四周探測到的信號也只有一個探頭信號，并且現階段還沒有研究出能夠確定接受的信號是來自哪個方向的技術，并且只能在有效范圍內進行探測，而對溶洞、裂隙地區無法進行探測。②巖石工程中使用管波探測法的同時還要結合鉆孔技術，這就要求鉆孔技術水平和質量高。為了保證探測儀器的探頭能夠安全順利的抵達鉆孔的孔底和孔壁時，減少和避免途中的碎石、泥土掉落在砸到探頭影響探頭工作，需要對孔中進行處理。

6 結語

管波探測法能夠準確有效的探測到巖土工程周圍地質的發育和具體分布情況，并且得出的數據和信息易懂、準確性高、出現異常現象能夠及時做出反應，分辨能力高，并且成本低。還可以根據實際施工的具體情況進行探測調整，以便更好的符合施工要求。采用管波探測法不僅能夠縮短工期，降低成本，還能提高經濟利益，是巖土工程的首選方法。