工程物探技术在岩土工程中的应用

刘颖 杨倩

摘要：随着我国经济的快速发展以及科学技术的不断进步,岩土工程技术变得越来越重要，岩土工程包括工程检测以及工程勘察，在充分认识掌握岩土工程构造的基础上，物探法在岩土工程中发挥着重要作用。文章将就工程物探技术的应用尤其是勘察中的应用进行探讨。

关键词：工程物探技术；岩土工程；

中图分类号： E271 文献标识码： A

1岩土工程技术应用的意义

所谓岩土工程技术指的是对岩土工程的技术、观察、手段、方法进行运用，对建设场地的地质环境特征以及施工条件详细查明、综合利用岩土工程涉及的气象、水文、地质、化学、工程学、环境学等学科。由此可以看出，这是一门相当复杂的专业.现阶段，我国关于此方面科学研究尚薄弱.而且由于有效的技术手段、仪器和设备不足，故在岩土工程技术应用工作中先进方法运用得很少，在岩土工程学面前存在着的很多问题仍待人们进一步去探索、去解决。我国是一个地质灾害多发的国家，特殊性岩土种类众多，存在的岩土工程问题复杂多样的工程建设。进行岩土工程技术应用，查明建设场地的地质条件，对存在或可能存在的岩土工程问题提出解决方策，对存在的不良地质作用提前采取防治措施可以有效防止地质灾害的发生。同时，岩土工程勘查所占工程投资比例比较低，但却可以为工程的设计和施工提供依据，以正确处理工程建筑与自然条件间的关系，充分利用有利条件避免或改造不良条件，减少工程后期处理费用、使建设的工程能更好的实现多快好省的要求。因此，工程建设过程中，岩土工程勘察工作显得相当重要。

2、工程物探超前预报技术

2.1 TSP 技术原理及应用

TSP 属多波多分量高分辨率地震反射波探测技术。该技术主要是在拟开挖的岩土体边墙上布置一定数量的炮孔，通过小药量激发产生地震（弹性）波，当地震波遇到不同波阻抗界面时，例如裂隙带、断层或岩层变化等，有一部分信号会发生反射，反射信号将被高灵敏度的三分量加速度地震检波器所接收并记录下来。经过分析岩体的反射波传播速度，可将反射信号的传播时间转换为距离或深度，用与开挖工程轴的交角及开挖工作面的距离来确定反射层所对应的地质界面的空间关系，并根据反射波的组合特征及其力学性质参数等资料来解释和推断地质体的性质。

TSP探测在我国的工程应用，在最近几年才发展起来，应用方面有铁路、公路隧道工程也有水电系统各类长短隧洞工程，甚至还扩展到煤矿井下断层的探测成果可喜。目前主要应用在探测工作面前方存在的断层、特殊软岩、煤系地层中的煤层、富水砂岩层和煤系地层与其它地层的界线；探测工作面前方存在的溶洞、 暗河和岩溶陷落柱；还能探测岩浆岩岩体、 岩脉等特殊地质体；查明前述不良岩土工程体的位置和规模，概略地判断不良地质体的围岩级别等。曾在渝怀铁路线圆梁山隧道、大支坪隧道横洞掌子面等众多工程中有着成功的应用。

2.2地质雷达法原理及应用

地质雷达作为基于下一个介质的电性差异，主要是将高频电磁波发射到地下，在下一个介质的反射电磁接收之后，再进行相应的分析与处理的物探技术。地质雷达法的工作原理在于：在地表之上的发射天线将其送入到地下高频电磁脉冲波，但是在传播的途中，有可能会遇到不同的界面，比如：断层、破碎带等等，这时，就存在部分的电磁能量有可能被折回，主机就会将其记录下来，这样也可以得到在经过地下界面之后，起反射会接收天线时经过的时间。如果已知地下传播的波速，那么久可以根据时间值将目标提具体的埋深和位置精确出来。所以，通过连续、快速地对各个测点进行探测，然后在配合上反射波组本身的强度与波形，就可以将地质雷达剖面图呈现出来。再通过多次探测，就可以将实际的平面分布情况了解清楚。

此法，由于其高效快捷、高分辨率等特征，在我国浅层与超浅层地质调查及工程中得到了广泛应用。利用探地雷达对堤坝滑动面进行探测、水库滑坡体覆盖层与破碎带的分界面探测、水库溶洞探测等方面，都有很多成功的实例。另外在岩土工程其它领域也有广泛应用，如探测覆盖层厚度、松软层厚度及分布、基岩风化层界面及分布、基岩节理和断裂带、地下水分布等，探查地下溶洞、空洞、塌陷区、地下排污巷道、管道及地下管线等。该技术在工程质量检测中也有广泛应用，主要检测衬砌厚度、破损、裂隙、空洞、渗漏带、回填欠密实区、围岩扰动等，检测精度可达厘米级。检测公路及城市道路路面、跑道、挡墙等各层厚度和破损情况，挡墙、桥梁、混凝土构件等中的空洞、裂隙及钢筋分布等。运用该技术检测公路隧道、引水涵洞衬砌质量及混凝土结构中钢筋铺设质量等，已取得了显著的效果。

2.3地震波层析成像技术（CT）原理及应用

地震波层析成像技术使用浅层地震仪作为主要的仪器，因此浅层地震仪相关的优点都能够在这个技术中得到充分的体现 ，地震波层析成像技术能给排除地表障碍物以及风化层带来的影响，从而通过地质钻探来进行剖面测试 地震波层析成像技术剖面测试主要受到电缆和井深的制约，电缆长度和井深越大，地震波层析成像技术剖面的深度就越大， 地震波层析成像技术具有成图效果好， 简单直观，能给直接利用，因此在岩土工程中受到广泛的重视和推广。

CT 技术是近年来发展起来的一种重要物探技术。该技术大约在上世纪八十年代中期起步，最初在石油勘探中开发应用，并获得较好的地质效果。随后，随着计算机技术的进步，该技术逐渐被应用到岩土工程领域，取得了显著的效果。由此可见，该技术与常规的剪切波速测试相比较，具有较高的分辨率，能有效地确定岩溶和岩体破碎带，更有利于全面细致的对岩体进行稳定性评价，圈出地质异常体的空间位置，从而为岩体分区及波速成像开拓了新的途径。另外，地震波层析成像技术在研究复杂岩体结构、岩体力学性状与分区及岩体力学参数获取等方面是有效的，值得在其他类似工程项目中推广应用。

3工程物探法在岩土工程中应用举例

宜万铁路工程野三关隧道斜井全场1845米，高差232米，斜井穿越的地层有炭质页岩、炭质灰岩以及碎屑岩。岩溶发育，下水丰富，在隧道挖掘过程中很可能会出现突水涌泥的现象。为了保证工程施工的安全，在施工过程中使用综合物探技术对工程施工进行岩土预测。

3.1测线布置

使用HY-303型红外线探水仪进行探水，沿着隧道的走向一共布置3条测线，其中左右两侧的边墙举例隧道的底部3米，各布置一条，拱顶布置一条，测点间距一米。在XDK1+305掌子面采用地质雷达进行含水体具体位置的探测。通过地质雷达探测进一步确定在XDK1+317~+318距离隧道底部大约4.3米，右侧隧道开挖轮廓大约2.7米处存在一出水点。斜井开挖到SDK1+316.5，掘进掌子面右侧局部渗水。再进行下一循环的开挖时，爆破炮眼开凿过程中，右侧2炮眼分别钻进XDK1+317.5和XDK1+318.7，在距离隧道底部大概4.1米的地方，右侧隧道开挖轮廓线存在大约3.5米处存在一个25cm*30cm的出水点，涌水量达到每小时4000到5000立方米。

结束语：在现有地质资料的基础之上，利用专业的设备和仪器对特定工程的地球物理场的分布和变化特征进行观测，然后对观测的数据进行相关的分析和计算，从而对观测地点的岩土相关的情况以及资源分布情况进行相应的预测，从而有效的解决存在的地质问题。文章对岩土工程以及物探法在岩土工程中的应用进行了阐述，希望对相关行业能够有所帮助。

参考文献：

[1]钟庆华. 工程物探技术在岩土工程中的应用及前景[J]. 中国科技信息,2009,18:54-55+57.

[2]王秀丽,赵振军,张敬东. 浅谈工程物探技术在岩土工程中的应用及前景[J]. 中国新技术新产品,2011,23:58.

[3]戴一鸣. 工程物探技术在岩土工程中的应用[J]. 福建建筑,2004,05:82-83.

[4]戴一鸣. 工程物探与岩土工程[J]. 西部探矿工程,2003,10:43-44+48.

[5]蔡裕恩. 论岩土工程中工程物探技术的应用[J]. 建材与装饰(下旬刊),2008,01:180-181.

[6]林宗元. 中国岩土工程物探的成长与展望[J]. 西部探矿工程,2002,01:1-9.

[7]李兵. 物探技术在岩土参数测试中的应用[J]. 路基工程,2005,03:28-30.

作者简介

姓名刘颖，1987-，性别：女，河北省唐山市，职称：助理工程师，学历：本科。主要从事工程物探。

姓名杨倩，1988-，性别：女，河北省石家庄市，职称：助理工程师，学历：本科。主要从事工程物探。