综合物探技术在岩土工程勘察中的应用

2021-11-02袁亚坤贺印豪

中国金属通报 2021年12期

袁亚坤，贺印豪

（1.江苏省地质环境勘查院，江苏南京 210000；2.江苏省有色金属华东地质勘查局八〇五队，江苏南京 210000）

岩土工程勘察是工程项目开展前的关键环节，目的是了解建设场地的岩土地层分布、地层性质等，获取准确的地质数据资料，为后续工程设计及施工作业提供地质依据。综合物探技术近几年被广泛应用到岩土工程勘察项目中，在提高勘察作业效率、节约勘察成本及准确性上起到了非常重要的作用。相关部门及人员应加大研究力度，以促使该技术作用的充分发挥，为岩土工程的发展提供助力。

1 综合物探技术的核心原理

随着岩土工程行业的迅猛发展，综合物探技术的应用也越来越普遍和成熟。从本质上来说，综合物探技术是一项综合性、专业性与复杂性较强的技术。综合物探技术集合了各类单体地球物理探测技术的优势特点。由于各类单体物探技术的原理、适用条件与应用要求各不相同，所以使得综合物探技术的复杂程度相对较高，因此只有全面掌握综合物探技术的核心原理，才能最大程度的发挥综合物探技术的作用。现阶段，应用较为普遍的物探方法主要有高密度电阻率技术、横波反射技术、浅层地震反射波技术及跨孔CT技术等等。

2 应用综合物探技术的优点

岩土工程勘察中，综合物探技术是重要的勘察手段，在特定的工程勘察项目中，选用合适的物探技术可以起到方便快捷、节约时间和成本的作用，大大增加勘察的效率，提高勘察质量。物探勘察技术可以概括以下几个优点：

首先物探设备自动化程度高，对人员需求量少，可降低人力成本消耗，加强勘察作业灵活性；其次一些地面物探技术如地质雷达，地震反射波等探测时不用破坏地面，在一些钻探无法实施的地段开展物探工作，能够有效的补充勘察成果。最后，环保性能好。综合物探勘察技术应用中产生的噪音较小，减少对周边环境及居民的影响，满足绿色环保的要求。

3 在岩土项目勘察中的综合物探技术

综合物探技术种类较多，在岩土工程勘察中应根据现场实际情况科学选择，加强勘察工作的可靠性、科学性。常见的综合物探勘察法及应用有。

3.1 大地电场岩性勘察

大地电场岩性勘察的原理为：以太阳风产生的电磁波作为激发源，利用探测器对地面反射回的电磁波予以接收和记录，不同高度地面反射的电磁波各不相同，通过对接收电磁波频率、速度、幅度、电阻率等参数的对比分析，判断被测区域岩土结构的特征和属性。大地电场岩性勘察法在岩土工程勘察中的优势在于：所选探测器体积小巧、携带方便，一人就可完成全部操作，节省更多人力成本。同时设备使用中，不会产生较大的噪音扰动，削弱了环境污染，推动勘察工作的顺利进行。精准度高，偏差小。选用探测器通过平面电测方式获取数据，科学控制采样过程中的垂直间距，降低偏差出现的可能，加强勘察结果的准确性；稳定性高。探测设备在接受电磁波上的稳定性较强，即使是极其细微的电磁波，也能够准确接收到，大大降低地下结构变化或水文带来的干扰，进而改善勘察作业的质量。

3.2 多瞬态面波法

该方法使用中，是借助面波发射和传播来判断岩土结构的一种方式。在实际应用中，面波会顺着介质表面加以传播，介质不同传播速度会存在一定差异，产生的瞬态冲击力也会有所不同，传感器会对传播过程中产生的信号实行收集和汇总处理，根据这些信号的对比分析，了解岩土结构特征和属性。在勘察过程中，介质造型形态、所处环境、频散曲线等都会对勘察带来影响。分析这些资料参数，便于了解岩土特性，获取精准资料数据[2]。

多瞬态面波法在岩土项目勘察中使用的特点有：面波波长存在差异，投射的深度也不同，基于这种性质，按照介质的物理学性质及面波速度之间的关联，可以很准确的体现勘察区的岩性特点。该技术目前分为稳态法和瞬态法两种形式，应用范围较广。

3.3 高密度电阻率法

高密度电阻率法在应用过程中，需要合理设置勘察点，通过对勘察点架设电场，结合电流传输情况及变化规律准确判断岩土结构性质和特征，该方法是在电法基础上衍生得到的，属于目前较为新型的勘察技术（如图1）。高密度电阻率法采取配电电极朝地下传输直流电流，在勘察点建立电厂，调整供电级配、勘察器的位置、尺寸、排序等，转变地下电流的布局情况，之后再勘察地表电厂的变化情况，准确计量地面的电阻率，根据电阻率深度改变规律判别岩土特性。该方法的使用优势为：

图1 高密度电阻率法

一是保证电极分布的统一性、均衡性，有效规避传统方法中电极布局不当带来的影响，改善勘察质量，降低问题的出现几率。二是可适用于多种不同类型的扫描机检测工作的开展，准确获取地质断面结构特征及物理数据，为后续工作开展提供依据和支持。三是落实智能化数字资料的收集和整理，保障资料的精准性和可靠性，为电阻率计算及分析工作的开展提供可靠依据和支持。

3.4 横波反射法

横波反射法是借助地震波在不同介质上的传播特征来判断被测区域属性及结构特点的一种有效方法，将其应用于岩土工程勘察中，对于了解复杂地形结构有着显著作用和效果。在实际应用中，通过对差别介质中反射波的收集和处理，能够准确计算反射波所在位置、振幅及传播速度等内容，根据这些参数数据，采取对比分析的方式，准确了解岩土结构特征及地质结构分布情况，促进后续工作的顺利开展。横波反射法与纵波反射法比较，横波的防凹性更强，而且横波的垂直辨别率更高，传递速度较慢，勘察的精准性更高。

3.5 浅层地震发射波

该方法多被应用在浅层地下结构勘察中，是利用人工激发地震波的方式，以振幅、波形、频率及变化特征等判断被测区域岩土结构特征和属性，获取精准资料。在使用该技术过程中反射波形态以折射、反射及投射三种为主。其中，反射波的使用比较常见，该种方法借助反射波在各种介质分界表面按一定规律形成反射这个原理完成勘察，这同人在山谷中的呼喊和回声原理相似，记载生波反射出的时间，就能够精准推断出由障碍物到呼喊者间的间距[3]。

3.6 探地雷达

利用宽带电磁波以脉冲模式完成岩土勘察作业，充分利用高频电磁波脉冲原理来加强勘察数据准确性、科学性。根据收集到的电磁波数据及磁场强度等资料，判断地下空间及结构变化特征，分析可用性，做出合理规划，以保证工程建设的质量和安全。

4 综合物探勘察技术的实际应用案例

综合物探技术在岩土工程勘察工作中发挥着至关重要的作用。本文结合轨道交通工程实例，围绕综合物探技术在工程项目施工中的实践应用展开系统探究，旨在进一步明确综合物探技术的核心原理、应用要点、标准规范和注意事项等重点内容，为后续的工程施工积累丰富的实践经验。

4.1 基本概况

以某城市轨道交通项目为例，该工程呈L型走向，连接开发区、新区、商业区等区域，是重要的客流集散点。工程周边道路复杂，管线密集，，作业中要求人员做到科学分析和考量，确保工程勘察质量。

4.2 综合物探技术的合理应用

由于工程所在区域内包含大量交通线路，车流量较大，人员过于密集，为测量放线工作的开展带来较大影响。为推动勘察工作的顺利进行，以浅震反射波法、探地雷达法、高密度电法这三种方式开展物探勘察工作，共设置浅震反射波法测线6条、高密度电法1条、探地雷达测线2条。

4.3 数据处理

一是高密度电法数据处理。先对勘察中因受外界不良因素影响出现的坏点实行修正和处理，减少数据偏差产生的意外问题，加强数据的准确性。之后利用获取的数据资料构建地形模型，分析数据合理性。最后利用佐迪反演法或者最小二乘反演法开展反演测算，获取精准数据资料，完成岩土工程勘察作业。

二是浅震反射波下的数据处理。先要开展数据筛选和处理，对坏道或非正常情况下产生的数据予以有效剔除，对剩余数据实行编号和存管；开展滤波处理，降低滤波对测量数据的干扰，完善工作质量；除常规的勘察处理之外，还需要开展精准的速度测试工作，获得相对符合岩土工程实际情况的纵波速度数据信息；集中处理所有道，开展动、静校正。对于各道上需要相同的采样结果，完成平均值测算。最后将其叠加输出获得水平叠加时间剖面图。

三是探地雷达数据处理。先要确定天线频率，可根据现场实际情况予以最终确定。本项目将天线频率设定在80兆赫兹左右，之后对数据实施滤波、里程归一与校准作业，获取最终数据资料，提高结果的精准度。

5 综合物探技术在岩土工程中的应用

基于综合物探技术的优势特点，使其可以在不破坏岩土工程周边自然环境的前提条件下，顺利完成现场勘察工作。与传统勘察手段相比，综合物探技术的优势特点既体现在保护工程现场环境条件方面，又体现在节省岩土工程投资成本方面。这也是综合物探技术被运用到岩土工程中的主要原因。

只有不断优化和完善勘察技术手段，才能进一步提升勘察技术在岩土工程中的应用水平。在岩土工程中，必须做好如下几方面工作：相关人员需根据实际情况，选择适宜的勘察技术手段，对施工现场及周边区域的自然环境实行勘察。由此，确保勘察技术手段的标准规范性，以及勘察测量结果的精准可靠性。在实际工作中，除自然环境因素以外，岩土工程勘察工作的影响因素还有很多，如果相关人员单纯采用单一化的勘察技术，必定难以全面且精准的掌握各类数据信息。针对这种情况，相关人员要尝试联合采用多种勘察技术。相关人员在使用综合物探技术时，还需对剖面进行合理布置，以提升综合物探技术的应用水平。在对现场地质环境展开调查时，各部门之间必须保持良好的沟通交流与协调配合，维持勘察结果的完整性、精准性与可靠性，充分发挥勘察测量工作的作用。

随着地球物理探查技术研究深度的拓展以及理论研究成果的积累，地球物理探查技术在岩土工程勘察中的应用也愈加成熟，经地球物理探查技术勘测得出的数据可以直接为工程设计所用。但在采用地球物理探查技术前，必须经过全面且系统的试验，选择最适宜、最合理、最经济的解决方案，以此保证勘察结果的精准可靠。