工程物探检测方法技术应用及展望

2020-03-27刘沣

中国金属通报 2020年20期

刘沣

（江西省地质矿产勘查开发局物化探大队，江西南昌 330000）

工程物探（工程地球物理勘探）主要是在土木工程类领域中进行工程检测，其主要基础为地下重力、电场等物理场。地质体不同决定物理性质存在差异，这就导致地下物理场分布各不相同，通过物理场勘探以及相关地质资料，可以有效明确当地施工的地质构造。伴随着电子技术、计算机技术的飞速发展，工程物探检测方法开始呈现出多样性，各类先进的仪器设备开始应用在工程勘察中，发挥其透视性、效率高等优势，为工程建设提供有力的支持。从目前的情况看，我国工程物探开始应用于水利水电、道路桥梁、城市建设、化工国防等各个领域，且在工程实践中技术以及装备水平均处于世界前列，在实际工程建设中取得了良好效果。由此可见，对工程物探检测方法技术应用及展望进行探究具有重要的现实意义。

1 工程物探检测方法

截止到现今，工程物探检测方法的种类有很多，其所使用的设备以及原理各不相同，且在先进技术的推动下，新型的物探检测方法层出不穷，现阶段应用较为成熟的工程物探方法主要有弹性波类、电磁波类、影响类三种。弹性波类：应用弹性波进行工程物探的方法主要有两种，即声波法、地震波法，声波法中涉及到穿透声波、表面声波、单孔声波、声波反射等。地震波法包括连续地震波测试、地震测井等，声波法以及地震波法是以岩体内弹性波的传播特点作为基础，但是两种方法各具特色，可以同时采用两种方法来提高工程物探检测准确性，两者不可互相取代。电磁波类：在利用电磁波技术进行工程物探时，主要采用探地雷达、电磁波CT 技术，在隧道施工中主要采用探地雷达进行预警工作，并且也可以利用探地雷达技术对公路施工质量、混凝土衬砌与地下洞室围岩的结合情况进行检测，而电磁波技术在成像阶段需要有岩土体在吸收阶段的形成数值作为依据，应用该技术可以探测到地质体的电性差异以及规模，明确节工程建造阶段存在的不良地质情况以及灌浆效果。影像类：其原理主要是将物体本体与环境光照颜色进行叠加，以此来显示出物体特有的图像特点，一般情况下，可以应用录像设备在一定的光照条件下，对物体的图像进行检测，通过分析图像特征，详细掌握受检对象的工程质量以及工程地质情况，目前依据影像类设备的工作特点，可以将其分为地面录像设备、钻孔彩色录像设备、水下录像设备，目前这些设备常用于堆石体的密度以及附加质量的检测。

2 工程物探检测方法的实际应用

2.1 水利工程应用

水利工程对国计民生具有重要影响，所以为了有效提高水利工程的施工质量，需要注重工程物探工作，在实际勘探过程中，需要对覆盖层、岩溶、滑体坡、堤坝隐患情况进行勘探[1]。在实施覆盖层探测的过程中，需要注意分析每层的厚度以及基岩顶部的起伏情况，如在南水北调中线工程中的陶岔渠进行覆盖层探测时，可以利用物探技术呈现出如图1 所示的三维地震勘探成果。岩溶探测阶段，需要明确的内容有岩溶溶沟、洞穴的埋深、分布、规模、地下水等情况。滑体坡探测阶段应该掌握滑体坡的危害、含水层分布、滑体坡整体厚度、滑体坡的堆积情况等。堤坝隐患中应该明确堤坝建设后是否存在洞穴、裂隙、砂层的情况，明确隐患的位置。

图1 南水北调中线工程中陶岔渠三维地震勘探结果

在利用工程物探技术进行检测时，需要对建筑岩体、灌浆效果、混凝土质量、锚杆锚固质量进行检测，在建筑检验质量检测阶段，可以利用物探探测技术分级处理岩体质量，详细掌握岩体各层厚度，分析其内部是否存在不良的地质体，准确标注出岩体的高程，如图2 所示，我国采用地震连续波测试的方式对某水利工程纵向围堰建基面进行检测。灌浆效果检测中可以用电磁波CT 技术分析固结灌浆后的岩土力学情况。混凝土质量检测的过程主要是利用物探检测技术混凝土灌浆效果、洞室混凝土衬砌质量、冻伤混凝土空鼓深度进行检测。锚杆锚固质量检测技术中可以利用声波技术生成的反射信号明确锚杆长度是否合格以及砂浆饱和以及缺陷情况[2]。

图2 某水利工程纵向围堰建基面检测结果

2.2 岩土工程应用

工程物探在岩土工程中也可以从勘察、检测两方面进行分析，在岩土工程勘察中，相较于传统的钻探技术，应用工程物探技术可以对工程的地质情况进行连续性的探测，从而确保探勘的准确性，高效解决岩土工程存在的问题，并且工程物探技术的应用范围更广，不会受到外界条件的限制，可以有效降低成本，减少施工工期，并且采用工程物探技术具有较高的精度，所以在岩土工程勘查中提倡采用工程物探技术。通过调查发现，在岩土工程勘探中，弹性波技术属于其中重要的一项，弹性波作为应力波的一种，可以通过对其的分析，掌握岩层的地质特性，如岩层界面具有较大的差异，弹性波就会出现异常的情况，所以当前可以用弹性波进行岩土工程的地质勘探。

工程物探技术应用于岩土工程检测中，主要是对地基的加固效果进行评价，分析基桩、路基的紧密型，确保工程质量，在建筑阶段应用工程物探技术可以分析裂缝情况，其主要应用的原理是电磁波在不同介质中传播速度具有较大的差异，所以可以通过分析电磁波在检测物体的传播情况，掌握岩土的裂缝情况，在其基础上制定科学的解决对策[3]。在岩土工程检测方法中应用最为广泛的就是声波勘测技术，这主要是由于该技术在操作起来较为简单，且勘测面积较大，可以节省较多的工程资金。

2.3 能源勘探应用

应用工程物探技术可以对矿产、能源进行探测，在实际工作的，可以利用地震探测技术、声波技术对天然气、石油、地下井田、气田进行全面仔细的探查，从而有效掌握油气储能位置，协助工作人员在开采阶段解决遇到的问题。除了上述应用之外，也可以利用工程物探技术对地下“孤石”、地铁岩溶进行探测。

3 工程物探检测技术的发展展望

3.1 勘探类物探发展展望

以物探方法作为出发点，在发展趋势上，勘探类物探开始呈现出三维化，如在进行电法勘探时，可以依据岩石、矿体、地质构造的导电性、介电性等性质，对矿体、地质构造的特性参数等予以分析，将地质剖面通过三维立体化的方式呈现。除此之外，现阶段我国广泛研讨三维地震勘探的情况，但是在其发展阶段仍然存在一系列的问题，所以应该加强三维地震勘探的突破，使其在未来可以得到广泛应用。针对水生勘探技术而言，为了实现大范围、高精度、快速度的测量，在未来也应该发展全角度的三维勘探技术。从仪器设备作为出发点，为了更好的适应时代建设的发展要求，设备应该具有灵敏度、分辨率、精度高的特点，确保工程技术中的仪器设备具有多功能检测的优势，从而对相应参数进行良好的测量，并且在实施勘探时可以结合多种学科，综合分析各种参数，从而有效提高探测结果，精准探测地层以及情况，在这一过程中需要分析的参数有磁化率、电阻率、密度、纵波速度等[4]。

3.2 检测类方法技术

未来工程物探在发展阶段，应用领域会得到扩展，在技术的推动下，工程物探会逐渐向各个领域中渗透，相较于工程物探而言，仪器设备的选择至关重要，未来选取的仪器设备会拥有更高的精准度，可以需要在第一时间对数据进行处理，从而将检测结果清晰显示出来[5,6]。除此之外，检测类技术方法可以利用信息化技术加强现场管控，利用远超操作来节省更多的人力资源、物力资源、财力资源。相较于钻探，工程物探的优势明显，其可以获得连续性的地层数据，从而有效提高勘探的准确性，因此该技术提倡应用在桥梁、国防、化工、核电领域，全方面推动我国经济的发展。