岩土工程中的管波探测研究

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）

随着我国对基础设施的不断开发，工程规模不断扩大，工程建设实施中势必会遇到各种不同类型的地质，尤其是在岩溶地区，地质十分复杂，若是完全依赖传统的钻探技术，那么将会严重影响到施工进度。而管波探测法不仅能够探测地质的发育情况，还能了解工程建筑桩基地质环境和提供施工依据。

1 管波的探测原理

岩石工程中的管波探测法原则是利用弹性波的波动原理。探测仪器发射的弹性波以轴向的传播形式在钻孔中进行探测，在探测范围内，物理弹性波在受到波阻抗时都会产生一定的放射。引起波阻抗的原因是钻孔周围岩土的性质不同和岩溶等不良土质。因此利用管波了探测能够了解钻孔周围土质和岩土性质。

图1 管波探测原理图

2 工作装置与仪器设备

（1）仪器设备。目前在岩土工程中作为管波发射震源一般采用国产的HX-GMM-S50C型超磁致震源，这种震源的发射能量巨大，频率合适，余震影响小，波形好，转换频率高，记录时间及时准确，十分适合岩土工程的管波震源。

（2）野外数据采集。在野外采集数据时，对岩石工程所探测的基石要进行实时动态监控，并且所监控的数据要清晰，仪器显示的波形要清楚可见，不能模糊不清，波形无错误，当出现异常波形时要再次进行监测，重复的两次观察结果之间的误差不能大于2%，并且对采集的数据要做好记录。

（3）数据的处理与解释方法。①数据的处理。管波探测法是采用在孔中进行激发和接受的系统，探测得到的信息数据信噪比高，所以一般是直接去零飘处理就可以了，处理方法简单有效，但是需要注意的是不能采用振幅平衡的方式进行数据处理，会造成数据错误。②数据的解释。数据解释包括确定分界层面和对不同层面的地质进行分析两个步骤。其中确定岩石分层的方法又分为两种，第一种是通过反射管波发射的轴向距离来判断，第二种就是通过反射波在同相轴的传播时间来判断。这两种方法都能够有效的判断岩石的不同分界层面，但在实际施工中，具体选用那种方法还是要根据施工情况而定。

3 判别准则与研究成果

判别准则是以管波探测法的探测原理为依据，结合钻孔揭露的完整基石的不同层面岩石情况，解释和分析不同界面波抗组之间的差异性，寻找和发现孔中的不良地质和岩石底部。其具体的判别准则如下。

①完整基石段范围内不存在倾斜反射波组基石岩。②一般在钻孔的孔中央或是孔壁存在溶洞、软弱夹层等不良地质时，管波探测的基石中产生振幅大的倾斜反射波。③如果振幅较小的倾斜反射波和直达波速度快两个条件都存在的话，则可以判断为波抗组差异小的软弱夹层。④振幅较小，直达波速度小，一般为岩石节理裂隙发育地质。

研究成果：①钻孔柱状图中能够清楚的显示出对于地质的描述。研究中，我们在钻孔中发现了较厚的溶洞，而检测出溶洞桩端以下完整基右厚度竟足以达到设计标准。

钻孔描述的厚度与溶洞发育段的厚度有着明显的误差，但令人惊奇的是即使误差的存在也不影响桩端以下完整基岩厚度的设计要求。②钻孔还可以反映未发现的溶洞发育情况，并且可以探测到完整基岩段，但我们可以通过管波探测的成果反映，来详细观测钻孔反映的完整基岩段在桩径范围内尚是否存在岩溶发育段，如果存在岩溶发育段则表明揭露的完整基石的厚度不符合设计要求。

4 管波探测法的探测流程

在岩土工程实际施工过程中，经常会出现钻孔发现的完整基础岩石已经能够满足工程的要求，而管波探测法在这钻孔发现的完整基石上去寻找和发现十分存在有一些不良地质，比如溶洞、夹层等，这样就能更好的保证完整性，所以在实际施工中，工程单位方会才有钻孔和管波探测法相结合的方式进行探测。其探测流程入下：第一步是钻孔在揭露的完整基石段的厚度符合施工要求，可以适当的增加基石厚度，以防万一，钻机准备工作；第二步是管波进行探测，在管波探测结束后，马上对管波探测仪器所探测到的数据进行处理分析，在完全确认完整的基石符合施工要求，便可停止钻机钻孔，拿出钻机。根据上述的两个步骤流程，所揭露的完整基石一般都能达到施工标准。虽然这些步骤可以一直循环，但是需要注意，循环的次数不易过多。

5 管波探测法的优势与不足之处

（1）管波探测法的优势。在技术方面，管波探测法探测的数据信息清晰易懂，准确性高，探测异常现象时能够快速反映并且能够让工作人员清楚找到问题所在之处，分辨率高、缩短工程周期，仪器投入成本和后期工作成本低仪器接受信号准确，波形清晰无误差。所以在岩石工程管波探测法的应用十分广泛，并且引入范围不仅仅只是岩石工程。

（2）管波探测法的不足之处。①不能了解到岩石表面的具体起伏情况：管波探测法只有一个探测头向四周发射信号，并且接受四周探测到的信号也只有一个探头信号，并且现阶段还没有研究出能够确定接受的信号是来自哪个方向的技术，并且只能在有效范围内进行探测，而对溶洞、裂隙地区无法进行探测。②岩石工程中使用管波探测法的同时还要结合钻孔技术，这就要求钻孔技术水平和质量高。为了保证探测仪器的探头能够安全顺利的抵达钻孔的孔底和孔壁时，减少和避免途中的碎石、泥土掉落在砸到探头影响探头工作，需要对孔中进行处理。

6 结语

管波探测法能够准确有效的探测到岩土工程周围地质的发育和具体分布情况，并且得出的数据和信息易懂、准确性高、出现异常现象能够及时做出反应，分辨能力高，并且成本低。还可以根据实际施工的具体情况进行探测调整，以便更好的符合施工要求。采用管波探测法不仅能够缩短工期，降低成本，还能提高经济利益，是岩土工程的首选方法。