物探与钻探在工程地质勘察中的应用

2020-03-08王恒勋

工程技术研究 2020年14期

王恒勋

（池州市规划勘测设计总院有限公司，安徽池州 247100）

近年来，我国社会经济飞速发展，使得各个行业都有了长足的进步，在此背景下我国的建设工程数量猛增。对于建设工程来说，地质勘察是重中之重，做好工程的地质勘察工作十分重要，这就要求了有关人员尽量在最短的时间内探明项目所在地工程条件，对各种勘察方法有清晰的认识并能灵活运用。

1 物探法与钻探法

1.1 物探法

对于工程地质勘察人员来说，每天都要和各种各样的岩石打交道，不同的岩石其物理特质不同，物探工作人员需要运用各种仪器检测并探查岩石的密度、弹性、磁导和电导率等诸多特质，以了解岩石的地理场内的诸多物理变化，对现场的地质构造特点有一个预估。通常使用的物探形式有重力勘察、磁力勘察、电法勘察、地震波勘察等。物探法的运用，能够对较大的勘察范围进行迅速勘察，快速获取高精度的资料。由于物探勘察属于间接性方法，因此对获得的资料还要进行细致的探究[1]。

1.2 钻探法

钻探法是比较直接的一种勘察方法，即工程地质勘察技术人员先运用钻机在施工场地上钻孔，以提取所需的样本，再根据所提取的样本进行剖析，对岩石的诸多特质进行描述，从而根据岩石的特质来对地质结构、负面的地质现象地下水的具体情况有一个直观了解。钻探法是取得地质资料最直接的勘探方法，但是它有一个很大的缺陷，即耗时较长，同时作业强度和成本都较高[2]。

2 物探在工程地质勘察中的应用

2.1 电法勘察

电法勘察是运用直流或交流电场对地质情况实行勘察，在具体使用时可以分为多种方法，其中最为常用的是电阻率法。电阻率法能够明确岩石层的特质，迅速探寻到断层所在位置，对于地质的风化、地下水的位置以及岩溶状况都能进行勘察[3]。电阻率法又可以分为电测法和电剖面法，在工程地质勘察时经常会运用电测探法中的对称四极电测深法和环形电测深法。对称四极电测深法用于探测地层和基岩分化情况以及地下水深度等诸多情况，而环形电测法则用于探测岩层的走向以及断层和岩溶发育等情况[4]。

2.2 地震勘探

地震勘察是运用弹性波在地壳中的传播来实行勘察。地震勘察的方法很多，依据地震波大小情况，可以把地震勘察分成高频地震波、中频地震波以及低频地震波3种，其中高频地震波在工程地质勘察中运用最多。高频地震波主要用于探查覆盖层的厚度、断层状况以及岩石特质等内容；中频地质波主要用于探测深度在100m以上的地质情况，如隧道勘察工作；低频地震波主要用于大范围的结构探测。地震勘察法通常适用于地形平稳、地质接口平坦、岩石均一、波速差异大的工程区域的勘察[5]。

3 钻探在工程地质勘察中的应用

钻探是一种十分有效的勘察方法，它的用途十分广泛，在不同的建筑物或不同的勘察阶段中都需要用到钻探方法。钻探方法有其独特性，除了受自然因素影响小、钻进深度小以及钻孔目的具有综合性，其对钻进方法、钻孔结构有着的特别要求。地质钻探对岩心获取率的要求较高，要求岩层不低于80%，在获取岩心软弱夹层及断层带困难的情况下要求也不能低于60%。不同对象所运用的钻进方式也不同，但都要保障岩心的获取率。对地下水位和水文地质进行勘察时，要保障钻孔的结构和含水层的位置与其他需要相互吻合。在对土层实行钻进工作时，要先用干钻，并适当缩短钻程。和与物探相比，钻探有着穿梭性优势，它能够在大多数环境下使用，地质对其的影响微乎其微，同时其勘察深度也较深。但其也存在一些困难，如对一些地质结构比较复杂的情况不能进行直接观察，岩心的获取也比较困难，使得钻探的精确度大大降低，导致勘察工作达不到标准需要[6]。在工程地质勘察中，钻探方法的运用也有很多种方式，包括冲击钻探、回转钻探、冲击回钻探、振动钻探等，其中冲击钻探及回击钻探的运用较为普遍，尤其是在地质勘察中。

4 物探与钻探相结合在地质勘察中的应用

4.1 直流电阻率法与钻探的应用

在工程地质勘察中常常会遇见目标体埋深小、规模也不是很大的情形，在运用电法勘察时就需要点距相对较小、数据采集密度高，在这种情况下常用的电法作业就会导致精确度不高及效率低下的情况。当前，地下岩土勘察普遍使用的方式就是电阻率法。高密度电阻率法可用于二维地电断面检测，兼具常规剖面法与测深法的功能，埋设一次导线后就能够实现成百上千个记录点的数据检测；而且数据经过自动采集系统收集之后，相关人员能够运用处置软件完成资料在现场的及时处置，极其适用于勘测过程中针对地下目标物的探测。高密度电法在野外工作中的安装方法相对较多，电极总数及点距可以根据现场情况与勘测深度选择。一般情况下，在扫描测试固定断面时，可以将电阻率的断面当作梯形解析面；当进行变断面反复滚动扫描检测时，可以把电阻率断面看成平行四边形解析面。对高密度的断面电阻率数据进行反演剖析，可以借助边界单元法、有限单元法和目标有关算法3种方式[7-8]。这3种方式各有优势，可以根据岩土层面的详细状态选取。在广东某工程地质勘察时就运用了直流电阻率与钻探方法结合的方法。该工程在勘察时探寻到3个施工地质钻孔，获得岩层的基本分布情况，其中最下层是叠系灰岩，最上层为砂卵石层，由于灰岩的岩面起伏大，当时没有发现内部有溶洞存在，但在深入施工后发现一个大溶洞。在此情况下，施工方运用直流电阻率探测法与钻探配合，对钻孔深度进行校正，先利用高密度电阻率测量，获得地下基岩层面情况，后经钻孔勘测验证，电阻率测量基本准确，与实际的施工情况吻合[9]。

4.2 地质雷达与钻探的应用

地质雷达的便捷性强，抗干扰能力也较为突出，且其分辨率极高，多应用于公路业务和考古业务。地质雷达的勘察深度和分辨率常与天线中心频数有关，同时也与天线距离以及偶极方向的各种数值有关，还同地下物质载体的带电性质和电磁波在地下传播速率相互关联。就其勘测方法而言，主要有剖面和宽角2种方法。剖面法，即发射天线和收取天线使用定桩式进行间隔固定，顺着线同时、同速进行运动，一次运动为一个记录点，形成的一整条测线记录便是地质雷达的勘察图像。该图像可以很好地体现出被测地的实际地质情形[10]。宽角法需要先固定一根天线，另一根天线则顺着测线运动。该方式主要是对地下各层的波进行记录，通过波在不同层的速度和特点的相关数据了解地下状况。山东某厂区内的道路裂纹施工就运用了地质雷达法和钻探。首先运用地质雷达对施工区域的土层进行探测，电磁波频率调整到108Hz，运用反射波确立地下物体位置；然后使用钻探法来证实该区域溶洞情况，并根据地质雷达和钻探方法结合探测的结果，制定溶洞处理方案。

4.3 瑞雷波法与钻探的应用

瑞雷波法作为一种最新型工程地质勘察方法，一经问世就受到了地质勘察者的欢迎。瑞雷波沿地面表层进行传播，其中表层的厚度大约为一个波长，所以相同波长的瑞利波映射出地质条件在水平方向的实际情况，同时不同波长传播特质也表现出了不同深度的特质，波长的控制是由频率来决定的。瑞雷波还有另一种叫法，即面波，其在收取与辨别上较为复杂，瑞雷波波速的确立对岩土力学参数作用至关重要，其当前主要用于测试及探究岩体的弹性力学数值和表面层地质组成等。瑞雷波不仅拥有很强的稳定性，同时也有着瞬间爆发力存在，即瞬间动态。瑞雷波分为稳定瑞雷波和瞬态瑞雷波，由于稳态瑞雷波设备较为庞大笨重，同时成本较高，因此在工程地质勘察中已被弃用；而瞬态瑞雷波则恰恰相反，瑞雷波法的瞬间动态速度十分快，同时其设备也较为简便，因此拥有着很强大的快捷性。露天煤矿的开挖平台经常会用到瑞雷波方法，在对其应用时，勘察人员可以构建一种与瑞雷波变化情况相关的实际钻探得到的钻孔柱状图。深入研究该图可以发现，图表内容的“之”字形曲线观点位置和钻探钻孔分层位置维持相同的速度以及方向，基于此开展线条测线观测和钻探资料校正工作，可以对地下煤层的空间结构脉络有清晰的了解。