管波探测方法在复杂矿体勘查中的应用研究

李 剑

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七0六队，新疆 阿勒泰 836500）

我国近几年加大了对矿山基础设施建设的投资，复杂矿体勘查建设的范围变得越来越大，但是各种复杂的地质问题也越来越多，嵌岩桩基础形式是我国岩溶地区矿山的主要形式，传统的钻探手段不仅需要较长的时间同时成本也相对较高，再加上岩溶空间存在发育不均性的特征使传统的钻探手段不能得到结果。想要对矿山基桩桩体范围内的地质情况如何，对矿山基桩桩体钻孔旁边一定范围内软弱夹层等不良地质体的发育情况进行了解，只有通过管波探测方法才能实现，且因为应用管波探测方法可以在判断基桩持力层是不是完整时提供依据，也能够为复杂矿体勘查设计和复杂矿体勘查施工提供更可靠的依据。

1 管波探测方法与技术

1.1 管波的探测原理

管波探测方法是依靠弹性波的波动原理进行探测工作。管波探测通过物理弹性波进行钻孔的时候，可以将孔旁一定范围内的软弱夹层等一系列不良地质体探测出来。钻孔过程中可以将钻孔旁边一定范围内的溶洞及软弱夹层等不良地质体探测出来，管波在传播过程中沿着钻孔轴在孔径变化和孔液内部发生反射现象，在管波能够探测到的范围之内所有的波组变化都会发生反射现象。正是因为钻孔旁边存在各种类型的不良地质体，比如溶洞和软弱夹层等不良地质体使钻孔旁边的圆柱状空间出现波组抗的情况，由此可见钻孔旁边有没有不良地质体对此影响很大。在管波探测过程中规定相同的间隔操作发射仪的发射换能器和记录仪的接收换能器放到孔液的钻孔这个步骤，因为这样才能达到所有的探测位置发射仪都发射相同主频的脉冲信号的目的。想要达到改变探测位置的目的，只有采取移动大气的换能器和接收换能器的方式才能成功，在记录同一探测的不同深度的探测点振动的同时，还按照最深到浅的顺序画出时间剖面图，以后从时间剖面图中分析洞穴和软弱夹层等不良地质体的情况。

1.2 管波的特征

从管波探测的时间剖面图中发现，在直达波的后面有能量非常强而且及其明显的反射波组，同时存在上行反射波组和下行反射波组的情况是比较常见的，只有少数情况下才只有一种反射波，正是因为孔旁地质体和管波能量载体之间的关系为水力联系，再加上上行反射波组和下行反射波组之间管波能量消散，所以才会发生反射的现象。只要是具有这些特征的就能够判断出孔旁确实存在不良地质体。除此之外，直达波组不仅没有出现明显向下弯曲的变化，而且还能从管波探测的时间剖面图中看出直达波组后面没有直线型反射波组。而且这两点也可以判断孔旁基岩到底是不是完整的。界面反射能量比较强且频率较低，上反射界面和下反射界面存在能量消散的现象就是洞穴和溶洞的反应形式，当溶洞与探测孔之间的水力联系小于孔液压缩波速的时候，软弱夹层的剪切波速也比孔液压缩波速小，那么管波能量不仅会消失而且还会变成无直达管波，反射管波能量低且频率高的情况受到溶蚀及裂缝的影响而显示出来。从不良地质体边界的反射管波在时间剖面图上表现为倾斜走向的反射波，不良地质体顶底的深度就是时间剖面图上零时间和相轴时距轴线相交的地方。

2 管波探测方法在复杂矿体勘查中的应用实例

2.1 管波探测方法应用于岩溶地区桩基础勘查

复杂矿体勘查概况：地层最下面为灰岩，最上面一层为杂填图。溶洞及溶沟槽是岩溶的主要表现形式。受到场地岩溶发育的影响，想要进行管波探测就必须对先对其进行详细勘查，保证每一个桩位的每一个桩孔都是经过钻探与勘查这一步的。

将管波探测结果与钻探资料进行结合得知，虽然没有被钻探揭露但是存在岩溶的钻孔桩位就有16个，这个数量已经超过所有经过探测桩位的一半，而且这16个桩位中有0.6米洞高的也有2.8米洞高的桩位，算起来16个桩位的平均洞高为1.78米。

一共有53个岩溶被钻探揭露，只有4个岩溶没有任何变化，而其余的岩溶都越来越大，其中溶洞最高增加了6.85米，最小的增加了0.4米高的洞高。原来钻孔个数为25个，当钻孔钻的深度达到设计要求的孔深度之后，管波探测发现有18个钻孔需要加深深度，平均每个孔洞需要加深6.3米。

漏浆深度和管波Vance再撞击成孔的过程中两者解释深度完全吻合。

2.2 在复杂矿体勘查中的应用

复杂矿体勘查概况：常吉这片地区属于亚热带季风气候，不仅气温比较高而且气候非常潮湿，4月份到8月份之间是这个地区的降雨季，滑坡区的地下水来自基岩裂隙水和第四系土层中的上层滞水，滑坡过程中粉质粘土的碎石或者碎石土堆积起来流出上层滞水，这片地区主要靠大气降水进行补给，天气情况对水位和水量多少有影响。在风化带气候基岩裂隙水的来源地中水量与基岩裂隙的发育程度有直接关系，对于基岩裂隙来说水量的多少与其连通性直接挂钩。

明显的界面在探测结果中显现出来，上行反射波和下行反射波在直达波后面呈现倾斜状态。ZK27钻孔的终孔有46.1米深，因为收到孔底沉碴的影响，所以管波探测只能到44米深，通过分析管波探测结果得知。ZK34钻孔的终孔有35.9米深，因为受到孔底沉碴的影响使管波探测只能达到30.5米。ZK36钻孔的终孔有48.3米深，受到孔底沉碴的影响管波探测只能到46米的地方，深度40.8米之后的岩石都比较完整。

2.3 在桩基检测中的应用

桂林一项新建复杂矿体中其基础采用大口径嵌岩桩方式进行施工，施工过程中桩径1.5米且长度在30米左右。通过超声波透射的方法对桩身进行质量检测，因为有一小部分的超声检测管在施工过程中充填了混凝土，所以有一部分的桩基受到影响而没有办法使用超声透射法进行检测，最终这部分的桩基进行检测时只能将其改为钻孔抽心的方法。

J-6号桩基长为22.1米，经过钻孔ZK6的抽芯检测之后得道桩基桩身质量完整且桩底没有沉碴，桩基和基岩胶结完好，但是桩基在0米到16米的地方却有异常情况，折断地方混凝土不够密实，特别是在这段的2.5米到4.2米处以及9.0米和9.6米处的混凝土及其松散。对这段桩基进行钻孔抽芯后的结果与管波探测结果是相同的。

3 结语

管波探测方法对钻孔旁一定范围内的不良地质体进行检测时就是利用管波的弹性波，这也是管波探测方法的原理且对精度有极高的要求，具有非常强的分辨能力，管波探测方法不仅仪器设备投资少且所用时间也比较短，管波探测方法与钻探的一桩一孔或者多孔进行比较，管波探测方法占有绝对优势。采用桩基抽芯钻孔进行华南探测可以对桩身质量的完整性作出准确的三段，同时还能对桩底和基岩胶结情况进行详细的了解。由此可见管波探测方法的应用非常广泛。