巖土工程勘察中物探技術及數字化發展研究

劉向武

（廣東省地質局第三地質大隊，廣東 韶關 512026）

在巖土工程勘察中，物探技術具有廣泛的應用前景，與常規技術相比，污物探技術能夠更清晰的顯示巖土工程的內部結構，分析潛在的不良地質，最終保證工程項目順利進行。而目前隨著各地區工程項目的蓬勃開展，物探技術的應用方案以及勘察技術的選擇已經成為影響工程施工質量的重要因素，具有廣闊的應用前景，值得關注。

1 巖土工程勘察中物探技術分析

1.1 物探技術的基本工作流程

物探技術是當前巖土工程中的常見勘察方案，是指通過儀器或者設備對目標地區的地質結構進行判斷的技術，期間工作人員依靠先進的設備觀察地區的地質結構變化，了解土層分布，評估地質條件對工程項目的影響。隨著現代化技術的發展，我國物探技術逐漸成熟，越來越多的現代化技術被應用勘察中，成為提高勘察質量的重要組成部分。根據部分巖土工程的反饋情況可知，通過物探技術可以全面評估施工場地的地質條件地質條件變化等，并總結影響工程的各種地質因素，最終提供科學、全面的資料支持。

目前在巖土工程的物探勘察，物探技術的基本應用路徑包括：①布置作業。要結合巖土工程項目的要求以及相關技術路線等做好布線，確保物探檢查結果能夠真實反映出本次巖土工程的基本信息。②鉆探驗證。技術人員結合物探的相關技術標準檢驗終孔深度，并按照鉆探的勘察結果開展技術測試，在確保孔內清潔的基礎上，保障現場的物探工作可順利完成。③做現場試驗。技術人員根據微型計算機等設備反饋的信息，結合土樣等進行實驗室分析，結合巖石物理學試驗以及水樣分析結果，對目標地區的巖土狀態作出綜合分析。在經過上述一系列的技術手段后，能夠完成巖土工程勘察，獲得詳細資料。

1.2 幾種常見的物探技術

（1）高精度磁法。高精度磁法在巖土工程勘察中具有廣闊的應用前景，該技術主要是通過探測不同物質成分的磁性反應變化，進而對巖土工程狀態進行判斷，具有較高敏感性。勘察期間，需要工作人員對磁場的整體結構進行分析，判斷地下各種物質對磁場的影響后，合理分布探測點，這樣才能獲得更詳細的數據支持。而有學者研究認為，由于地下結構相關物質的磁性特征明顯，所以相關人員可以通過調整高精度磁法的分布范圍獲得更詳細的勘察結果[1]。

在技術應用環節，相關人員應結合高精度磁法的特征合理應用該技術，其中的要點包括：①消除隨機干擾因素。一般淺地表的黏土、瓦塊、磚頭等都具有弱磁性，并且磁性分布不均勻，在物探中可能會導致磁性受到影響，甚至在嚴重情況下會淹沒弱的有用磁信息，導致物探失敗。所以在使用高精度磁法期間，需要盡量清除地面的各種雜質，并通過實驗確定理想的探頭觀測高度。實驗期間，選擇一個面積為100m2的實驗區域，分別選擇1m、2m 等不同高度的試驗點分別做往返觀測，觀測期間易探頭高度為橫坐標，以均方誤差為縱坐標，繪制誤差的變化曲線（該曲線會隨著高度的變化而變化）。在大部分實驗中，隨著觀測高度的增加，會導致誤差值趨于平穩并接近恒定值，這樣就能確定最佳探頭高度，減少隨機干擾因素的影響。②加密測網，提高物探數據采集能力。為提高高精度磁法的物探水平，借助加密測網的方法，提取巖土工程的干擾異常項目，最終提高數據處理質量，其具體做法為：在剖面的最佳位置確定觀測點，并隨機選擇不同長度的點距來確定測量點的位置，其計算方法為：

在公式（1）中，Xi為不同點距確定i 測點的觀測值；m為觀測點的點距長度；Xi+1代表前一個點的觀測值；Xi-1為后一個點的觀測值；n 為參與統計的點數量。

根據公式（1）的計算方法可以判斷，點距越小則誤差越小，則相關因素對于高精度磁法測量結果的影響越小，這是相關人員應該重點關注的問題。

（2）地質CT 技術。CT 技術又被稱為計算機層析成像技術，是指在不破壞物體結構的基礎上，通過獲得目標對象的相關某種物理量，包括X 射線強度、波速度的投影數據，不并經過相應的數學方法，在完成計算機處理后，重建物體在二維上的圖像資料，或者根據數據處理要求生成三維圖像數據。從技術角度來看，該技術能夠改變激發點與接收排列的位置，進而組間密集交叉的射線網絡，并按照射線的洗漱面積以及成像特征等劃分相應的城鄉單元，按照射線追蹤理論，使用反演算法計算被測區域內波速圖。因此在巖土工程項目中，通過地質CT 技術，能夠對巖土體的基本情況作出判斷，掌握不良地質與空洞區域的分布方案，使工作人員能根據勘察結果采取應對措施，保證了生產安全。

從技術層面來看，CT 技術最早被應用于醫學領域，而隨著CT 技術的技術手段不斷完善和發展，該技術在物探上的巨大優勢，使其得到了更廣泛的應用，包括工程施工、地球物理、安全檢測等。例如早在20 世紀70 年代，地質CT 技術就開始被應用在混凝土、金屬材料、非金屬材料的結構分析中，而到了八十年代，該技術就開始就應用于海洋石油與天然氣的勘察中。我國在地質CT 技術的研究中起步較晚，但是現有的研究結果均顯示，該技術能夠對巖石進行CT 圖像分析，進而獲得CT 數的分布特征[2]；或者通過密度損傷增量的方法，解決巖土工程CT 圖像中存在的密度定量變化的問題，使數據的精準度進一步提高。

從應用現狀來看，該技術已經在部分巖土工程中得到廣泛應用，例如在北京地鐵的14 號線施工中，通過地質CT 技術發現了地下的35 處巖土體異常情況，使施工方能夠事前對異常區域做加固，避免巖土工程項目出現坍塌，取得了預期效果。同時，現階段的地質CT 技術有效探查范圍達到了200m 以上，因此該技術能夠厎地質作出判斷，為施工安全奠定了良好基礎。

（3）探地雷達技術。探地雷達是近些年快速發展而來的探測技術，在探測地下物體中發揮著重要作用，作為一種現代化的無損檢測技術，探地雷達在巖土工程中具有廣闊的應用前景，并且與常規技術相比，探地雷達的探測速度快，并且能夠對買不了地區做連續的勘察，費用低廉且操作靈活，在巖土工程中具有滿意效果。探地雷達技術主要是通過天線向探測目標持續的發送高頻脈沖電磁波，所以當探測深度滿足遠場條件的技術上，探地雷達可以在平面內進行傳播，具體可分為圓極化、橢圓極化、線極化三種類型，而不同的極化是電磁波的顯著特征，不同的極化方式決定了探地雷達在不同領域的應用。在巖土工程項目中，探地雷達系統的主要組成部分包括控制主機、發射天線、發射機、接收天線、接收器等，除此之外，還可以根據其應用范圍變化增添GPS 等裝置。隨著地質雷達技術的技術條件不斷完善，其硬件系統越來越完善，功能更加強大，例如我國的LT-1 地質雷達、國外公司的NTT、GDE 地質雷達等。在技術應用中，地質雷達技術可以采用不用的測量方法來采取巖土工程信息，而根據大部分巖土工程項目的勘察經驗可知，剖面法是地質雷達常見的觀測手段，其中的核心技術要求，就是在發射天線與接收天線中采用相同的天線間距，并通過特定的測量步距沿著固定剖面進行測量，例如低頻雷達天線(50、100、200MHz)，多采用分立板狀天線，可靈活采用變偏移距或透射測量，技術條件成熟[3]。

2 巖土工程物探的數字化發展趨勢

2.1 數字化技術的應用

在巖土工程物探中，數字化技術與物探之間的有效結合已經成為未來不可阻擋的趨勢，有助于提高物探的自動化水平。根據相關學者的研究可知，在物探技術的數字化發展中，利用計算機、測繪以及CAD 技術等，構建強大的數據庫，并在計算機軟件平臺中提取數據資料后，并整理物探中提取的各種資料，并按照預先設定的計算機工作流程完成數據分析，推動巖土工程物探技術從人工向自動化方向的轉變。除此之外，數字化技術的應用能夠實現各類勘察數據的數字化處理，期間的圖文處理過程實現了自動化，并且各種硬件系統的功能逐漸完善，最終構建一個適合多專業的智能化物探勘察技術，最終顯著提高了巖土工程的物探勘察水平。

2.2 基于GIS 的巖土勘察數字化技術

目前在空間定位信息快速發展的情況下，巖土工程物探勘察的技術條件更加成熟，所以在大數據環境下，相關人員應該通過數據庫存儲技術以及地理信息系統技術實現大數據管理，這也成為未來巖土勘察的主要發展趨勢。

就目前而言，物探的數據庫結構是影響巖土工程勘察質量的重要因素，為了能夠適應未來發展要求，相關人員要盡可能的構建一個完整的數據庫網絡，并在采集各種勘察數據的基礎上，統計巖土工程中的各類信息與數據，最終明確各類數據之間的特定與相互關系。在這種情況下，針對大數據技術的處理要求，則需要相關人員通過構建一個完整的數據處理模型來記錄各類巖土勘察資料，實現圖形資料、文檔資料、地層與鉆孔的信息。最后，巖土工程勘察本身組委一項基礎性工作，在勘察中需要處理的地質信息更加復雜，在這個過程中，為了能夠獲得一個真實反映出巖土工程地質資料的信息，可以將巖土勘察的資料與相關物探模型結合在一起，實現對各類數據的統一編輯與處理，最終提高巖土工廠物探的勘察質量。

3 結語

物探已經成為巖土工程勘察的重要組成部分，從現有技術發展情況可知，物探技術已經呈現出了多樣化的發展趨勢，各類技術條件成熟，可有效滿足未來工程項目要求。因此相關人員應該了解物探技術的數字化發展趨勢，完善技術應用路徑，這樣才能顯著提高巖土工程的勘察水平，最終為保證工程順利開展奠定基礎。