綜合物探技術在巖土工程勘察中的應用

袁亞坤，賀印豪

（1.江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院，江蘇 南京 210000；2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八〇五隊，江蘇 南京 210000）

巖土工程勘察是工程項目開展前的關鍵環(huán)節(jié)，目的是了解建設場地的巖土地層分布、地層性質(zhì)等，獲取準確的地質(zhì)數(shù)據(jù)資料，為后續(xù)工程設計及施工作業(yè)提供地質(zhì)依據(jù)。綜合物探技術近幾年被廣泛應用到巖土工程勘察項目中，在提高勘察作業(yè)效率、節(jié)約勘察成本及準確性上起到了非常重要的作用。相關部門及人員應加大研究力度，以促使該技術作用的充分發(fā)揮，為巖土工程的發(fā)展提供助力。

1 綜合物探技術的核心原理

隨著巖土工程行業(yè)的迅猛發(fā)展，綜合物探技術的應用也越來越普遍和成熟。從本質(zhì)上來說，綜合物探技術是一項綜合性、專業(yè)性與復雜性較強的技術。綜合物探技術集合了各類單體地球物理探測技術的優(yōu)勢特點。由于各類單體物探技術的原理、適用條件與應用要求各不相同，所以使得綜合物探技術的復雜程度相對較高，因此只有全面掌握綜合物探技術的核心原理，才能最大程度的發(fā)揮綜合物探技術的作用。現(xiàn)階段，應用較為普遍的物探方法主要有高密度電阻率技術、橫波反射技術、淺層地震反射波技術及跨孔CT技術等等。

2 應用綜合物探技術的優(yōu)點

巖土工程勘察中，綜合物探技術是重要的勘察手段，在特定的工程勘察項目中，選用合適的物探技術可以起到方便快捷、節(jié)約時間和成本的作用，大大增加勘察的效率，提高勘察質(zhì)量。物探勘察技術可以概括以下幾個優(yōu)點：

首先物探設備自動化程度高，對人員需求量少，可降低人力成本消耗，加強勘察作業(yè)靈活性；其次一些地面物探技術如地質(zhì)雷達，地震反射波等探測時不用破壞地面，在一些鉆探無法實施的地段開展物探工作，能夠有效的補充勘察成果。最后，環(huán)保性能好。綜合物探勘察技術應用中產(chǎn)生的噪音較小，減少對周邊環(huán)境及居民的影響，滿足綠色環(huán)保的要求。

3 在巖土項目勘察中的綜合物探技術

綜合物探技術種類較多，在巖土工程勘察中應根據(jù)現(xiàn)場實際情況科學選擇，加強勘察工作的可靠性、科學性。常見的綜合物探勘察法及應用有。

3.1 大地電場巖性勘察

大地電場巖性勘察的原理為：以太陽風產(chǎn)生的電磁波作為激發(fā)源，利用探測器對地面反射回的電磁波予以接收和記錄，不同高度地面反射的電磁波各不相同，通過對接收電磁波頻率、速度、幅度、電阻率等參數(shù)的對比分析，判斷被測區(qū)域巖土結構的特征和屬性。大地電場巖性勘察法在巖土工程勘察中的優(yōu)勢在于：所選探測器體積小巧、攜帶方便，一人就可完成全部操作，節(jié)省更多人力成本。同時設備使用中，不會產(chǎn)生較大的噪音擾動，削弱了環(huán)境污染，推動勘察工作的順利進行。精準度高，偏差小。選用探測器通過平面電測方式獲取數(shù)據(jù)，科學控制采樣過程中的垂直間距，降低偏差出現(xiàn)的可能，加強勘察結果的準確性；穩(wěn)定性高。探測設備在接受電磁波上的穩(wěn)定性較強，即使是極其細微的電磁波，也能夠準確接收到，大大降低地下結構變化或水文帶來的干擾，進而改善勘察作業(yè)的質(zhì)量。

3.2 多瞬態(tài)面波法

該方法使用中，是借助面波發(fā)射和傳播來判斷巖土結構的一種方式。在實際應用中，面波會順著介質(zhì)表面加以傳播，介質(zhì)不同傳播速度會存在一定差異，產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊力也會有所不同，傳感器會對傳播過程中產(chǎn)生的信號實行收集和匯總處理，根據(jù)這些信號的對比分析，了解巖土結構特征和屬性。在勘察過程中，介質(zhì)造型形態(tài)、所處環(huán)境、頻散曲線等都會對勘察帶來影響。分析這些資料參數(shù)，便于了解巖土特性，獲取精準資料數(shù)據(jù)[2]。

多瞬態(tài)面波法在巖土項目勘察中使用的特點有：面波波長存在差異，投射的深度也不同，基于這種性質(zhì)，按照介質(zhì)的物理學性質(zhì)及面波速度之間的關聯(lián)，可以很準確的體現(xiàn)勘察區(qū)的巖性特點。該技術目前分為穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法兩種形式，應用范圍較廣。

3.3 高密度電阻率法

高密度電阻率法在應用過程中，需要合理設置勘察點，通過對勘察點架設電場，結合電流傳輸情況及變化規(guī)律準確判斷巖土結構性質(zhì)和特征，該方法是在電法基礎上衍生得到的，屬于目前較為新型的勘察技術（如圖1）。高密度電阻率法采取配電電極朝地下傳輸直流電流，在勘察點建立電廠，調(diào)整供電級配、勘察器的位置、尺寸、排序等，轉(zhuǎn)變地下電流的布局情況，之后再勘察地表電廠的變化情況，準確計量地面的電阻率，根據(jù)電阻率深度改變規(guī)律判別巖土特性。該方法的使用優(yōu)勢為：

圖1 高密度電阻率法

一是保證電極分布的統(tǒng)一性、均衡性，有效規(guī)避傳統(tǒng)方法中電極布局不當帶來的影響，改善勘察質(zhì)量，降低問題的出現(xiàn)幾率。二是可適用于多種不同類型的掃描機檢測工作的開展，準確獲取地質(zhì)斷面結構特征及物理數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作開展提供依據(jù)和支持。三是落實智能化數(shù)字資料的收集和整理，保障資料的精準性和可靠性，為電阻率計算及分析工作的開展提供可靠依據(jù)和支持。

3.4 橫波反射法

橫波反射法是借助地震波在不同介質(zhì)上的傳播特征來判斷被測區(qū)域?qū)傩约敖Y構特點的一種有效方法，將其應用于巖土工程勘察中，對于了解復雜地形結構有著顯著作用和效果。在實際應用中，通過對差別介質(zhì)中反射波的收集和處理，能夠準確計算反射波所在位置、振幅及傳播速度等內(nèi)容，根據(jù)這些參數(shù)數(shù)據(jù)，采取對比分析的方式，準確了解巖土結構特征及地質(zhì)結構分布情況，促進后續(xù)工作的順利開展。橫波反射法與縱波反射法比較，橫波的防凹性更強，而且橫波的垂直辨別率更高，傳遞速度較慢，勘察的精準性更高。

3.5 淺層地震發(fā)射波

該方法多被應用在淺層地下結構勘察中，是利用人工激發(fā)地震波的方式，以振幅、波形、頻率及變化特征等判斷被測區(qū)域巖土結構特征和屬性，獲取精準資料。在使用該技術過程中反射波形態(tài)以折射、反射及投射三種為主。其中，反射波的使用比較常見，該種方法借助反射波在各種介質(zhì)分界表面按一定規(guī)律形成反射這個原理完成勘察，這同人在山谷中的呼喊和回聲原理相似，記載生波反射出的時間，就能夠精準推斷出由障礙物到呼喊者間的間距[3]。

3.6 探地雷達

利用寬帶電磁波以脈沖模式完成巖土勘察作業(yè)，充分利用高頻電磁波脈沖原理來加強勘察數(shù)據(jù)準確性、科學性。根據(jù)收集到的電磁波數(shù)據(jù)及磁場強度等資料，判斷地下空間及結構變化特征，分析可用性，做出合理規(guī)劃，以保證工程建設的質(zhì)量和安全。

4 綜合物探勘察技術的實際應用案例

綜合物探技術在巖土工程勘察工作中發(fā)揮著至關重要的作用。本文結合軌道交通工程實例，圍繞綜合物探技術在工程項目施工中的實踐應用展開系統(tǒng)探究，旨在進一步明確綜合物探技術的核心原理、應用要點、標準規(guī)范和注意事項等重點內(nèi)容，為后續(xù)的工程施工積累豐富的實踐經(jīng)驗。

4.1 基本概況

以某城市軌道交通項目為例，該工程呈L型走向，連接開發(fā)區(qū)、新區(qū)、商業(yè)區(qū)等區(qū)域，是重要的客流集散點。工程周邊道路復雜，管線密集，，作業(yè)中要求人員做到科學分析和考量，確保工程勘察質(zhì)量。

4.2 綜合物探技術的合理應用

由于工程所在區(qū)域內(nèi)包含大量交通線路，車流量較大，人員過于密集，為測量放線工作的開展帶來較大影響。為推動勘察工作的順利進行，以淺震反射波法、探地雷達法、高密度電法這三種方式開展物探勘察工作，共設置淺震反射波法測線6條、高密度電法1條、探地雷達測線2條。

4.3 數(shù)據(jù)處理

一是高密度電法數(shù)據(jù)處理。先對勘察中因受外界不良因素影響出現(xiàn)的壞點實行修正和處理，減少數(shù)據(jù)偏差產(chǎn)生的意外問題，加強數(shù)據(jù)的準確性。之后利用獲取的數(shù)據(jù)資料構建地形模型，分析數(shù)據(jù)合理性。最后利用佐迪反演法或者最小二乘反演法開展反演測算，獲取精準數(shù)據(jù)資料，完成巖土工程勘察作業(yè)。

二是淺震反射波下的數(shù)據(jù)處理。先要開展數(shù)據(jù)篩選和處理，對壞道或非正常情況下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)予以有效剔除，對剩余數(shù)據(jù)實行編號和存管；開展濾波處理，降低濾波對測量數(shù)據(jù)的干擾，完善工作質(zhì)量；除常規(guī)的勘察處理之外，還需要開展精準的速度測試工作，獲得相對符合巖土工程實際情況的縱波速度數(shù)據(jù)信息；集中處理所有道，開展動、靜校正。對于各道上需要相同的采樣結果，完成平均值測算。最后將其疊加輸出獲得水平疊加時間剖面圖。

三是探地雷達數(shù)據(jù)處理。先要確定天線頻率，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況予以最終確定。本項目將天線頻率設定在80兆赫茲左右，之后對數(shù)據(jù)實施濾波、里程歸一與校準作業(yè)，獲取最終數(shù)據(jù)資料，提高結果的精準度。

5 綜合物探技術在巖土工程中的應用

基于綜合物探技術的優(yōu)勢特點，使其可以在不破壞巖土工程周邊自然環(huán)境的前提條件下，順利完成現(xiàn)場勘察工作。與傳統(tǒng)勘察手段相比，綜合物探技術的優(yōu)勢特點既體現(xiàn)在保護工程現(xiàn)場環(huán)境條件方面，又體現(xiàn)在節(jié)省巖土工程投資成本方面。這也是綜合物探技術被運用到巖土工程中的主要原因。

只有不斷優(yōu)化和完善勘察技術手段，才能進一步提升勘察技術在巖土工程中的應用水平。在巖土工程中，必須做好如下幾方面工作：相關人員需根據(jù)實際情況，選擇適宜的勘察技術手段，對施工現(xiàn)場及周邊區(qū)域的自然環(huán)境實行勘察。由此，確?？辈旒夹g手段的標準規(guī)范性，以及勘察測量結果的精準可靠性。在實際工作中，除自然環(huán)境因素以外，巖土工程勘察工作的影響因素還有很多，如果相關人員單純采用單一化的勘察技術，必定難以全面且精準的掌握各類數(shù)據(jù)信息。針對這種情況，相關人員要嘗試聯(lián)合采用多種勘察技術。相關人員在使用綜合物探技術時，還需對剖面進行合理布置，以提升綜合物探技術的應用水平。在對現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境展開調(diào)查時，各部門之間必須保持良好的溝通交流與協(xié)調(diào)配合，維持勘察結果的完整性、精準性與可靠性，充分發(fā)揮勘察測量工作的作用。

隨著地球物理探查技術研究深度的拓展以及理論研究成果的積累，地球物理探查技術在巖土工程勘察中的應用也愈加成熟，經(jīng)地球物理探查技術勘測得出的數(shù)據(jù)可以直接為工程設計所用。但在采用地球物理探查技術前，必須經(jīng)過全面且系統(tǒng)的試驗，選擇最適宜、最合理、最經(jīng)濟的解決方案，以此保證勘察結果的精準可靠。

6 結語

現(xiàn)有的綜合物探勘察法種類較多，在實際應用中應充分結合巖土工程勘察特點和需要，做到科學選擇和應用，綜合物探手段的選用應加強前期規(guī)劃和處理，來提升勘察作業(yè)的質(zhì)量，發(fā)揮出最大技術功效，進而獲取精準數(shù)據(jù)資料，以此為巖土工程的高效開展提供強大的助力與支持。