工程物探在岩土勘察中的应用

彭均阳 蒋浩 詹洪润

摘要：随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，各种新型的工程物探技术也开始广泛应用于岩土工程勘察中。在岩土工程勘察中合理的使用物探技术，能够更好的掌握工程建设地址以及周边情况的水文地质条件，给相关工作人员提供有效的参考分析，从而提出更为科学合理的设计方案与施工组织管理方案，进一步提高岩土工程建设的质量。本文就各种新型工程物探技术在岩土工程勘察中的实际应用过程进行论述。

关键词：工程物探;岩土工程;勘察

Application of Engineering Geophysical Prospecting in Geotechnical Survey

Hao Jiang

（Address，Postalcode）

Abstract：With the development of social economy and the improvement of science and technology，various new types of engineering geophysical prospecting techniques have been widely used in geotechnical engineering surveys. Reasonable use of geophysical techniques in geotechnical prospecting can better grasp the hydrogeological conditions of the construction address and surrounding conditions，and provide relevant reference analysis for relevant staff，thus proposing a more scientific and rational design plan and construction organization and management plan，and further improve the quality of geotechnical engineering construction. This paper discusses the practical application process of various new types of engineering geophysical prospecting techniques in geotechnical survey.

Key words：engineering geophysical prospecting，geotechnical engineering，prospecting

引  言

在社會经济高速发展的今天，岩土工程领域也快速得发展，人们对工程勘察的要求也逐渐提高，同时岩土工程勘察的地质条件也越来越复杂，采用传统单一的岩土工程勘察技术已经很难满足需求，而且勘探的准确性也没有足够的对比保证。因此，综合性的勘察方法，即将多个物探技术充分结合来对地质水文条件进行勘察，成了不错的选择。这有利于物探的准确性保证，从而更加准确的掌握工程的水文地质条件。本文就对综合物探在岩土工程勘察中的应用进行分析与探讨。

1  地震映像法

地震映像法，又称为地震共偏移距法，是一种经过反射波多次覆盖技术后发展起来的工程物探新技术 ^[3]。主要基于不同地下介质的物性差异这一特点，即当地震弹性波在传播中遇到不同的地质体或物性突变点时，就会发生弹性波反射、折射。再用最佳的相同移距逐步移动测点接收地震信号，记录不同波的时间和动力学特征^[4]。后期，根据运动学和动力学的理论知识对记录的波进行分析，推算出对应地质体的物理参数，确定出地质分界面与不良地质体的位置。

地震映像法的特点是数据处理简单，当偏移距为零时，由于采用相同的偏移距和单道炮孔，地震记录上的时间变化连接起来的时间剖面反应的就是实际的地下街面形态，不需要另外进行动校正就可以直接对数据进行分析，从而避免了动校正造成的波形拉伸畸变的影响;在地震波的选择上比较自由，可以选择面波、反射波、折射波等弹性波作为有效波进行探测，同时也可以根据需求仅采用其中的一种弹性波来进行探测。经过数据处理（处理流程见图1.1）后，用不同的、可变换的颜色表示反射能量，便可直观地反映出溶洞、断层，滑坡面等不良地质体以及地质体的变化特征和形态。

2  高密度电法

高密度电法的原理与是常规电阻法的相同，是常规电阻法的一个变种。主要以岩土体的电性差异为基础，当人工向地下供应直流电流时，在地表利用相应仪器观测其电场分布，通过观察研究在施加电场的作用下，地层中电流的传导分布规律，来推测不同电阻率的地质体，进一步分析得到前方的工程地质条件以及预判存在的不良地质体，实现划分地层，确定不良底层的目的^[6]（见图2.1）。

高密度电法理论上供电应为直流电，测量结果为地层的视电阻率。但是在实际工作时，供电为低频交流电，对应的供电率一般保持20～30Hz之间不变。测点的间距小、密度高，同时具有测深和剖面两种功能。由于频率较低而且保持变，故可视作直流电率法，并且遵从一般直流电率的原理^[7]。

3  地质雷达法

地质雷达法是一种短距离地质超前预报方法，是一种主要基于地下不同介质的电性差异，应用电磁波的物探技术。在进行地质超前预报的探测时，发射天线向掌子面前方围岩连续发射高频脉冲波，在传播过程中如果遇到不良的地质体（裂隙断层、破碎带等）时，一部分电磁波能会穿过地质体，另一部分会产生频率、振幅以及相位的变化，被反射回来，由接收天线接收。地质雷达法具有无损伤、分辨率高、探测块、数据处理效率高以及机动灵活等优点^[10]。

探测时充分考虑掌子面的平整度及隧道开挖施工情况，沿掌子面设置4条测线（详见测线布置示意图3.1）。地质雷达法的预报距离为掌子面前方30m范围内的水文地质和工程地质状况。由于掌子面凹凸不平，天线不能密贴掌子面，对雷达数据采集质量有一定的影响。

4  工程实例应用

4.1   工程背景

项目位于大型沁水含煤盆地沁水复式向斜南端的翘起部位，地形构造复杂，受坳内的褶皱、断裂控制。区域内地下煤层开采活动对项目区改造最为显著，开采沉陷引发的地面塌陷、地裂缝等问题突出。随着时间的推移，煤层顶板裂缝发育，极易引起地面建筑物及中间水池的破坏。因此，需对采空区进行治理。现采用上述三種物探方法进行探测对比。

4.2   测线布置

经实地考察，对本项目进行探测时的测线布置如下，地震映像法有1条测线;高密度电法有2条测线;探地雷达法有7条测线，具体布置可见下图4.1。

4.3   地震映像法

经场地调查，在矿区井田附近共布置1条地震映像法剖面（见图4.1），探测时采用60Hz检波器，设置偏移距为15m，道间距为3m。将得到的采样数据经过后期如图1.1所示的数据处理流程处理后，可得到震法映像剖面见图4.2所示。探测成果显示在映像剖面60～90ms处出现异常区，具体表现为同相轴中断，相位反转，但考虑到现场存在钻探施工震动对剖面探测效果有一定的影响，故成果仅供参考。

4.4   高密度电法

综合考虑现场情况，在井田周围布置两条高密度电法测线（见图4.1）。根据高密度电法反演成果的分析可知（图4.3和图4.4）：测线1在平面65m，深度14～16m处存在高阻封闭异常区，疑似无充填空洞;测线2在平面68m，深度约19m处发现高阻异常区;考虑到现场探测条件较差，同时电极间距及定位精度对探测剖面深度会有一定影响，故剖面中的深度仅供参考。

4.5   探地雷达法

结合场地实际情况，围绕井田周边共布置7条地质雷达测线（见图4.1）。采用100MHz低频屏蔽天线和连续测量的方法，有效探深约15m。将探测数据进行零偏校正、滤波等处理之后，得到雷达探测剖面成果见图4.5～图4.11所示：测线1、测线6、测线7三处探测剖面发现强反射异常区，详见各剖面成果图。

5  结论

通过本次运用地震映像法、高密度电法、以及探地雷达法的综合物探方法勘察，经过分析解译探测资料，可得出如下成果：

（1）三种物探方法测线剖面均探测出异常区存在，分布较为离散，推测为测区地下空洞或松散不密实区，连通性未知。

（2）考虑到地下空洞或松散不密实区的存在不利于上部建（构）筑物（尤其是对变形敏感的水池、设备基础、污水处理厂等）的长期稳定性，存在较大的安全风险，建议采取相应的治理措施。

（3）资料使用时应充分考虑现场探测条件及物探成果的多解性。

参考文献

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（作者单位：江西省勘察设计研究院）