工程物探技術在巖土工程中的應用

劉穎 楊倩

摘要：隨著我國經濟的快速發展以及科學技術的不斷進步,巖土工程技術變得越來越重要，巖土工程包括工程檢測以及工程勘察，在充分認識掌握巖土工程構造的基礎上，物探法在巖土工程中發揮著重要作用。文章將就工程物探技術的應用尤其是勘察中的應用進行探討。

關鍵詞：工程物探技術；巖土工程；

中圖分類號： E271 文獻標識碼： A

1巖土工程技術應用的意義

所謂巖土工程技術指的是對巖土工程的技術、觀察、手段、方法進行運用，對建設場地的地質環境特征以及施工條件詳細查明、綜合利用巖土工程涉及的氣象、水文、地質、化學、工程學、環境學等學科。由此可以看出，這是一門相當復雜的專業.現階段，我國關于此方面科學研究尚薄弱.而且由于有效的技術手段、儀器和設備不足，故在巖土工程技術應用工作中先進方法運用得很少，在巖土工程學面前存在著的很多問題仍待人們進一步去探索、去解決。我國是一個地質災害多發的國家，特殊性巖土種類眾多，存在的巖土工程問題復雜多樣的工程建設。進行巖土工程技術應用，查明建設場地的地質條件，對存在或可能存在的巖土工程問題提出解決方策，對存在的不良地質作用提前采取防治措施可以有效防止地質災害的發生。同時，巖土工程勘查所占工程投資比例比較低，但卻可以為工程的設計和施工提供依據，以正確處理工程建筑與自然條件間的關系，充分利用有利條件避免或改造不良條件，減少工程后期處理費用、使建設的工程能更好的實現多快好省的要求。因此，工程建設過程中，巖土工程勘察工作顯得相當重要。

2、工程物探超前預報技術

2.1 TSP 技術原理及應用

TSP 屬多波多分量高分辨率地震反射波探測技術。該技術主要是在擬開挖的巖土體邊墻上布置一定數量的炮孔，通過小藥量激發產生地震（彈性）波，當地震波遇到不同波阻抗界面時，例如裂隙帶、斷層或巖層變化等，有一部分信號會發生反射，反射信號將被高靈敏度的三分量加速度地震檢波器所接收并記錄下來。經過分析巖體的反射波傳播速度，可將反射信號的傳播時間轉換為距離或深度，用與開挖工程軸的交角及開挖工作面的距離來確定反射層所對應的地質界面的空間關系，并根據反射波的組合特征及其力學性質參數等資料來解釋和推斷地質體的性質。

TSP探測在我國的工程應用，在最近幾年才發展起來，應用方面有鐵路、公路隧道工程也有水電系統各類長短隧洞工程，甚至還擴展到煤礦井下斷層的探測成果可喜。目前主要應用在探測工作面前方存在的斷層、特殊軟巖、煤系地層中的煤層、富水砂巖層和煤系地層與其它地層的界線；探測工作面前方存在的溶洞、 暗河和巖溶陷落柱；還能探測巖漿巖巖體、 巖脈等特殊地質體；查明前述不良巖土工程體的位置和規模，概略地判斷不良地質體的圍巖級別等。曾在渝懷鐵路線圓梁山隧道、大支坪隧道橫洞掌子面等眾多工程中有著成功的應用。

2.2地質雷達法原理及應用

地質雷達作為基于下一個介質的電性差異，主要是將高頻電磁波發射到地下，在下一個介質的反射電磁接收之后，再進行相應的分析與處理的物探技術。地質雷達法的工作原理在于：在地表之上的發射天線將其送入到地下高頻電磁脈沖波，但是在傳播的途中，有可能會遇到不同的界面，比如：斷層、破碎帶等等，這時，就存在部分的電磁能量有可能被折回，主機就會將其記錄下來，這樣也可以得到在經過地下界面之后，起反射會接收天線時經過的時間。如果已知地下傳播的波速，那么久可以根據時間值將目標提具體的埋深和位置精確出來。所以，通過連續、快速地對各個測點進行探測，然后在配合上反射波組本身的強度與波形，就可以將地質雷達剖面圖呈現出來。再通過多次探測，就可以將實際的平面分布情況了解清楚。

此法，由于其高效快捷、高分辨率等特征，在我國淺層與超淺層地質調查及工程中得到了廣泛應用。利用探地雷達對堤壩滑動面進行探測、水庫滑坡體覆蓋層與破碎帶的分界面探測、水庫溶洞探測等方面，都有很多成功的實例。另外在巖土工程其它領域也有廣泛應用，如探測覆蓋層厚度、松軟層厚度及分布、基巖風化層界面及分布、基巖節理和斷裂帶、地下水分布等，探查地下溶洞、空洞、塌陷區、地下排污巷道、管道及地下管線等。該技術在工程質量檢測中也有廣泛應用，主要檢測襯砌厚度、破損、裂隙、空洞、滲漏帶、回填欠密實區、圍巖擾動等，檢測精度可達厘米級。檢測公路及城市道路路面、跑道、擋墻等各層厚度和破損情況，擋墻、橋梁、混凝土構件等中的空洞、裂隙及鋼筋分布等。運用該技術檢測公路隧道、引水涵洞襯砌質量及混凝土結構中鋼筋鋪設質量等，已取得了顯著的效果。

2.3地震波層析成像技術（CT）原理及應用

地震波層析成像技術使用淺層地震儀作為主要的儀器，因此淺層地震儀相關的優點都能夠在這個技術中得到充分的體現 ，地震波層析成像技術能給排除地表障礙物以及風化層帶來的影響，從而通過地質鉆探來進行剖面測試 地震波層析成像技術剖面測試主要受到電纜和井深的制約，電纜長度和井深越大，地震波層析成像技術剖面的深度就越大， 地震波層析成像技術具有成圖效果好， 簡單直觀，能給直接利用，因此在巖土工程中受到廣泛的重視和推廣。

CT 技術是近年來發展起來的一種重要物探技術。該技術大約在上世紀八十年代中期起步，最初在石油勘探中開發應用，并獲得較好的地質效果。隨后，隨著計算機技術的進步，該技術逐漸被應用到巖土工程領域，取得了顯著的效果。由此可見，該技術與常規的剪切波速測試相比較，具有較高的分辨率，能有效地確定巖溶和巖體破碎帶，更有利于全面細致的對巖體進行穩定性評價，圈出地質異常體的空間位置，從而為巖體分區及波速成像開拓了新的途徑。另外，地震波層析成像技術在研究復雜巖體結構、巖體力學性狀與分區及巖體力學參數獲取等方面是有效的，值得在其他類似工程項目中推廣應用。

3工程物探法在巖土工程中應用舉例

宜萬鐵路工程野三關隧道斜井全場1845米，高差232米，斜井穿越的地層有炭質頁巖、炭質灰巖以及碎屑巖。巖溶發育，下水豐富，在隧道挖掘過程中很可能會出現突水涌泥的現象。為了保證工程施工的安全，在施工過程中使用綜合物探技術對工程施工進行巖土預測。

3.1測線布置

使用HY-303型紅外線探水儀進行探水，沿著隧道的走向一共布置3條測線，其中左右兩側的邊墻舉例隧道的底部3米，各布置一條，拱頂布置一條，測點間距一米。在XDK1+305掌子面采用地質雷達進行含水體具體位置的探測。通過地質雷達探測進一步確定在XDK1+317~+318距離隧道底部大約4.3米，右側隧道開挖輪廓大約2.7米處存在一出水點。斜井開挖到SDK1+316.5，掘進掌子面右側局部滲水。再進行下一循環的開挖時，爆破炮眼開鑿過程中，右側2炮眼分別鉆進XDK1+317.5和XDK1+318.7，在距離隧道底部大概4.1米的地方，右側隧道開挖輪廓線存在大約3.5米處存在一個25cm*30cm的出水點，涌水量達到每小時4000到5000立方米。

結束語：在現有地質資料的基礎之上，利用專業的設備和儀器對特定工程的地球物理場的分布和變化特征進行觀測，然后對觀測的數據進行相關的分析和計算，從而對觀測地點的巖土相關的情況以及資源分布情況進行相應的預測，從而有效的解決存在的地質問題。文章對巖土工程以及物探法在巖土工程中的應用進行了闡述，希望對相關行業能夠有所幫助。

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作者簡介

姓名劉穎，1987-，性別：女，河北省唐山市，職稱：助理工程師，學歷：本科。主要從事工程物探。

姓名楊倩，1988-，性別：女，河北省石家莊市，職稱：助理工程師，學歷：本科。主要從事工程物探。