工程物探检测方法技术应用分析

胡俊

摘 要：工程物探是现代工程项目尤其是大型工程项目施工建设过程中的重要一环，在工程建设需求和勘探技术快速发展的时代背景下，工程物探检测方法和技术快速发展。本文主要风险工程物探过程中的检测技术和方法，并在此基础上谈一下个人的观点和认识，以供参考。

关键词：工程建设；物探技术；检测方法；研究

随着科技水平的不断发展，工程物探及其检测应用范围逐渐扩大到各个工程项目建设领域，目前国内工程物探技术手段已具有世界先进水平，传统物探检测技术的创新与改进，大大提高了工程检测质量和效率。在工程物探检测过程中，常用的检测技术和方法如下：

一、直流电法物探检测技术

该种物探检测方法，主要是基于不同的岩层电学性质，通过对电场变化基本规律的观察来有效解决地质方面的问题。对于不同的工程而言，其岩性因成分以及结构等而具有导电性差异。工程物探检测过程中采用的直流电法基本原理即根据导电性差异对岩层分布情况以及地质构造形态进行勘察和全面把握。对于直流电法而言，其常用的主要有两种，即电测深法与电剖面法。其中，前者主要是探测沿垂向深度变化方面的地质信息，而后者则主要是全面了解和准确把握沿横向电性变化问题。该种物探检测方法在现代铁路工程的岩顶隧道项目探查过程中的应用效果比较显著，尤其是坍塌、滑坡等方面的应用；比如，掌子面大量涌入砂质粘土，导致工程项目无法施工建设，为查明坍塌位置及其成因，采用电法在坍塌坑边缘布设“井”字型检测线。通过对其综合剖面图分析发现，电剖面曲线出现高阻异常以及低阻异常现象，等视电阻率断面图在某个点的底部反映高阻隆起异常，两侧有直立条带状异常反映，剖面图解释为高阻隆花岗岩侵入体，二侧等值线直立密集带为风化接触带，上部低阻为火山岩风化带。基于直流电法解释，本工程项目的坍塌主要原因是因为其上部风化层、地下水作用结果，顺着花岗岩侵入接触带并且向隧道中坍塌；根据这一解释成果，在上述点位处设钻验证，结果在24米处发现了花岗顶界面，这与电法解释深度（22米）只相差2米，而且坍塌治理方案某个点采用钻孔注浆堵漏，可以达到预期的处理效果。

二、探地雷达法

该种技术方法主要是通过向地下发射尖锐脉冲式电磁波以及接收反射回波方式，获得直观图像资料。由于地下物体差异，因此导电率以及磁导率和介电常数等也存在着较大的差异。在该种情况下，电磁波差异传播又会推衍地下物质及其结构。通常情况下，介质导电率越高，则雷达波的吸收就会越大，以致于振幅衰减加快。如果介质介电常数较大，雷达波的传播速度就会越小。其中，真空介电常数ε空=1，此时雷达波的传播速度就会达到最大，为光速C=3×108m/s。其中水的介电常数ε水=81，此时雷达波的传播速度计为：

（1）

由于每一层的物质结构存在较大的差异，因此引起雷达脉冲反射的各面层介电常数也不尽相同。探查过程中，沿着地面移动天线发射、接收脉冲信号，并且将经过A/D转换之后所得的数据信号按照某种方式编码排列并对其进行有效的处理，通过显示系统显现出连续的地下纵向剖面图像。其中，水平坐标是地面各位置，垂直坐标则为脉冲双程传播的时间，其中时间换算成深度。在收发一体天线使用过程中，其深度Z计为：

（2）

其中，上式中的c代表的是空气介质中的电磁波传播速度，即c=0.3m/ns。其中，ε和t分别代表介质相对介电常数以及脉冲从地表传播目标物再经目标物反射回地表的双程传播时间。

三、瞬变电磁法检测技术手段

该种技术方法主要是以不接地回线源为基础，向地下不间断的发送脉冲电磁场，在脉冲电磁场间断时，通过线圈对二次涡流场进行观测。从实践来看，瞬变电磁法得以广泛的应用，而且在接地条件相对较差以及可在高阻围岩中对低阻目标物进行区分。同时，利用多测道剖面曲线，对覆盖层下有无赋存低阻异常体进行观测。实践中可以看到，对于红层低阻覆盖地带找水问题而言，是现代物探检测过程中的一个非常大的难题，采用瞬变电磁法效果非常的好。找水取得较好效果。通过对瞬变电磁电阻率拟断面分析，图中某个点的浅部反映一近似直立的高阻闭合圈，当探测的深度不断增大时，该位置的电阻率半封闭直立异常，并且逐渐向其他点发生位移，而且电阻率值也随着深度的不断增加而有所降低，其中最大值從上部位置的1000下降至4，该种常特征说明该地段是有倾斜的高阻矽化石英岩脉，而且浅部位置不含水。随着深度的不断增大，其含水性也逐渐增加，此时电阻率降低。

四、地震波法检测技术

地震勘探是通过对人工激发地震弹性波在工程岩土介质中传播规律的研究，来实现对地层构造及其分布形态的探测。地震勘探主要利用的是地下介质传播条件变化特征，对地质问题和具体情况进行查明。同时，根据采集到的地震波在空气等介质中的传播与振幅以及波形特征等，对介质物性及其岩性和结构等进行划分。其中又包括反射波法以及瑞雷面波法等，具体分析如下。

第一，反射波法。该种技术方法主要是利用反射波沿着测线反射时距曲线对反射界面深度以及构造形态进行观测，其在龙岩石灰岩地带的应用效果非常的显著，而且能够对灰岩基岩面上的覆盖层厚度进行准确探测。通过对剖面图线的观察可以看出每一道反射波同相轴，在一定的时间里呈波浪起伏反射界面线，说明界面跳动为不平整的灰岩顶界面；通过时间记录计算可知其上覆盖层的厚度，地震成果可以作为石灰岩设计开采的地质条件参考依据。

第二，瑞雷面波法。该种技术方法是全新的岩土原位勘探测试技术手段，其主要是利用面波频散性以及传播速度等于岩土物理力学性质之间的相互关系，来有效解决现代工程项目施工建设过程中的相关地质问题。比如，该某高等级公路施工质量检测过程中，采用该探测技术手段，通过对其频散曲线观察可以看出曲线形态近似斜线，反映深度有两处跳动异常，其中前者为水泥路面层底界厚度，后者为稳定层底界深度；通过对该地段钻探验证，道路面层底界的厚度与物探解释之间的差为0.5cm，相对误差平均2.26%，其精度完全符合拟建公路工程项目的等级要求。从本质上来讲，瑞雷面波法技术利用了弹性动力学理论，其中震源在地上瞬态状况下是纵、横波相互叠加而成的波型转换结果；质点按照椭圆轨道逆时针进行运动，形成一定轨迹振动，而且在地表和附近能量比较集中。该种方法可以通过建立二维坐标系，其中垂直方向以及水平方向分别为Z轴与X轴，而坐标原点处于地面震源位置。基于瑞雷面波检测理论，在拟合反演模式应用条件下，可活动测点位置的垂直方向瑞雷面波波速布设情况，由不同岩土层瑞雷面波速度特性差异，不同波速的介质给予其特有的地质属性解释，从实现垂向岩土层探查之目的。

结束语：

总而言之，工程项目施工建设过程中可采用的综合物探手段有很多种，实践中应当根据具体的地质结构以及目的等，合理的选择适用物探技术方法。在工程物探检测过程中，应当立足实际和工况条件，选择一种或者结合使用几种技术方法，以达到分析工程项目地质特征和解决问题的目的。

参考文献：

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[2]S L55-93，中小型水利水电工程地质勘察规范[S].

[3]中国水利电力物探科技信息网.工程物探手册[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[4]雷宛，肖宏跃，邓一谦.工程与环境物探教程[M].北京：地质出版社，2006.