隧道勘察中物探和钻探方法结合应用分析

杨 可

(山西省地勘局二一四地质队，山西 运城 044000)

钻探方法是传统的隧道勘察方法，在隧道勘察中占据着重要地位，但随着技术的不断进步和勘察工作要求的日益提高，钻探方法的准确性差、速度慢等弊端开始显现;物探方法的优点在于准确性高、速度快且不会损伤被测对象，但是其操作较为复杂，难以单独有效进行。所以，在实际隧道勘察中，将物探与钻探相结合是一种必然选择，本文就对几种常见的两者结合应用技术进行了探析。

1 钻探、物探技术概述

1.1 钻探和物探技术

1)钻探技术。钻探技术是最为传统的隧道勘察技术，在近些年来，随着科学技术的不断进步，钻探技术水平有了很大提高，各种新钻探技术不断出现，比如空气钻探技术、绳索取芯钻探技术、液动冲击回转钻探技术和受控定向钻探技术等，相配套的钻探机械设备也日益更新，钻探所能达到的深度日益增大，对勘察工作的顺利开展发挥了重要作用［1］。

钻探技术的优点在于其勘察结果较为直接，能够准确判断出地质中岩土层的组成情况，操作较为简单，其缺点也比较明显，包括施工成本较高、探测结果不能全面反映整个地区地质情况等。

2)物探技术。物探技术是利用物理学原理进行勘察的一种方法，比如测量物质的电性、密度和波的传播特点等，常见的物探技术主要有电阻率技术、输变电磁技术、地质雷达技术、瑞雷波法和声波探测以及放射性测井法等多种，多种多样的物探技术分别有着不同的适用条件，可以根据勘察的实际需求进行选用，对于复杂环境下勘察工作的进行有着重要意义。

物探技术的优点在于不需要大量的人力、物力参与，能够通过地面表面的探测得到深层地质的情况，且勘察的覆盖范围相对较广;其缺点主要是要求测量人员必须有较高专业知识水平，勘察结果容易受其他因素干扰出现误差。

1.2 钻探和物探技术结合的意义与应用

钻探和物探技术的结合，综合了两种勘察方法的优点，对于勘察工作效率的提高、勘察结果准确性的提升有着重要意义，解决了钻探施工中不安全问题，对于当前勘察工作水平的提高有着重要意义，被广泛运用于以下几个方面:

首先，水文情况的探查。水文情况是影响各种地下工程开展的重要因素，在实际建设当中，有许多安全事故都是由于地下水因素引起的，通过钻探和物探结合的技术，能够对地下水文情况进行详细了解，辨别其分布情况，有效防止水害问题发生。

其次，地质构造断层与岩石破碎程度的探查。近些年来，我国的隧道、建筑等基础工程设施建设不断加快，对于地质勘查的精确度提出了更高要求。在隧道或大型建筑的施工当中，如果对地质情况了解不够深入，极容易引起安全事故，而通过物探的方法，能够对地质构造断层和岩石破碎程度做出准确判断。比如电阻率法，能够根据水平岩层的不同电阻率，分析出岩层的物性变化，进而确定岩层构成成分与断层情况;锤击法则可以根据建筑物桩基对外部力的应变情况，分析出桩体的承载力水平，进而确定地质内岩石是否有破碎情况，采取合理的措施进行应对，保证工程安全。

第三，对采空区的探查。随着我国社会经济的不断发展，在采空区上建设的高层建筑数量不断增加，为保证建筑物的安全，就需要对采空区地基稳定性进行准确评价，单纯的物探或者钻探显然无法满足此要求，而借助钻探和物探结合的技术，可以精确探查采空区的发育和充填现状，进而得到采空区稳定性的有效数据，最大程度的保证了建筑工程的安全［2］。

2 钻探和物探结合应用的技术

2.1 浅层地震法

浅层地震法的基本原理是岩土介质中地震波传播规律，根据波动理论可知，由于不同岩土层在波阻抗上存在差异，会对经过的地震波产生不同的反射，根据对反射结果的分析就可以得到隧道地层情况，是一种较为成熟的勘察方法，能够有效探测出浅部的地质构造情况或岩土层的相关参数，尤其适用于物性分层和构造带寻找方面。

浅层地震法所得波形解释遵循的原则有两条，第一，对于同一完整连续的岩层，其地震波具有形状相似、周期相同的特点，在同相轴上表现出光滑特征，地震波的连续性较强，能够整体反映岩层的变化;第二，在岩溶或者破碎带区域，地震波会受地质条件影响，发生散射、绕射等现象，此时得到波形会呈现出畸变、凌乱、不连续的特点。

在浅层地震数据处理过程中，首先要将原始数据转换格式，将噪声、坏道等不良数据去除，然后再进行共深点迭加，静态校正，使用速度扫描分析的方式进行动校迭加，从而取得其时间断面，综合相关分析结果得到勘察隧洞中不同岩土层纵波的速度，进而绘制出工程地质断面图［3］。

2.2 音频大地电磁法

音频大地电磁法是一种在大地电磁法基础上发展出来的技术，其基本原理与大地电磁法相同，是依据麦克斯韦方程组完整统一电磁场理论进行勘察结果反演的，其工作示意图如图1所示。

在音频大地电磁法当中，其物理学基础是大地电阻率和信号频率之间存在着直接关系，在大地电阻率改变时，信号频率会发生相应改变，从而得到相应的探测数据;音频大地电磁法测量的数据是彼此正交的电场和磁场，并将两者相比得到波阻抗，最终经过一系列计算得到地下介质的视电阻率，从而判断地下情况。

图1 音频大地电磁法工作示意图

音频大地电磁法常用的测量方式是标量测量，其使用的基本流程是收集测量区域附近的相关地质资料，对地质构造情况和地形特征进行初步了解，然后设计合适的观测系统，采取TM 观测方式进行观测，再次布设发射源并设置相应参数，最后对测量数据进行分析［4］。

在探测方法中，发射源的布设和参数设置是最为重要的两个环节，其中，发射源布设应该遵循以下几点原则:

1)在野外测量时，通常选用电偶极发射源，将发射偶极子长度控制在1 km～3 km，与发射偶极相连接的电缆要有超过2 mm的直径，降低接入电阻值;2)发射偶极子与测线尽量平行，如果不平行则夹角要小于15°，所有发射偶极子尽量在同一水平面上，避免出现高差过大问题。

2.3 高密度电法

高密度电法也被叫做自动电阻率系统，是在直流电法基础上发展出来的一种阵列勘察方法，综合了四极测深和电剖面法的功能。高密度电法是利用岩土介质电阻的不同，使用电极发电在地下形成人工电场，通过观察电场分布特点，来分析地下介质的视电阻率分布情况，进而推断出测量区域地质的结构构造。

高密度电法的优点在于所得图像较为直观，其分辨率较高，对于提高测量精确度有着重要作用;但由于地下水本身也有电阻率，所以，当地质中含有较多水时，高密度电法测量的地质电阻率会受到干扰，影响其最终测量结果。

高密度电法资料处理的流程是:利用传输系统将仪器测量的信息传递到计算机中，先对测量信息进行坏点删除、地形校正、格式转换，再把转换后的数据导入到专门的处理软件当中，利用软件功能得到相应的视电阻率等值线图，最后，根据等值线图上视电阻率信息，结合已有地质资料，对地质情况进行详细解释，并绘制出物探成果解释图(高密度电法视电阻率成像图)［5］。

通常而言，如果勘察区域内岩体完整，那么视电阻率的灰阶图像会呈现出层状分布特点，也就是说，在地面表层下，沿着垂直方向，视电阻率会不断升高，如果遇到冲积层或覆盖层，视电阻率会表现出显著的变化;若是岩体中有破碎带或者软中层等容易渗水的通道，那么视电阻率图像会在中层上发生状态改变，呈现出椭圆形或条带状的低阻色块，使得某些层位被错开、拉伸发生畸变。

3 结语

钻探与物探方法在实际勘察中单独运用都存在着一定的弊端，不符合当前隧道勘察工作的实际需求，所以，在结合两者优点的基础上，将两种方法结合应用于实际勘察工作中，通过勘察结果之间的互相对照比较分析，不仅可以更加准确全面的掌握被测对象图形资料，而且可以有效提高勘察工作效率，对于隧道勘察工作水平的提升有着重要作用。

［1］范全林.隧道勘察中物探和钻探方法结合应用浅析［J］.中国勘察设计，2014(6):86-88.

［2］钟小飞，张 鹏.物探方法和钻探方法相结合在工程地质勘察中的应用［J］.江西建材，2013(6):320-321.

［3］程耀荣.物探与钻探在工程地质勘察中的具体应用［J］.河南科技，2013(4):70.

［4］朱 超.钻探—物探方法在浅层采空区探查中应用［J］.中国科技信息，2012(17):57.

［5］陈宝柱.物探方法和钻探方法相结合在工程地质勘察中的运用［J］.黑龙江科技信息，2014(30):114.