工程物探方法在工程监测检测中的应用

工程物探方法在工程监测检测中的应用

黄仕茂

江苏省地质勘查技术院江苏省南京市210049

摘要：在地球物理勘探中，工程物探是其中的重要分支之一。随着地球物理勘探技术、计算机技术及信息技术的发展，工程物探技术也得到迅猛发展，并且被广泛应用于各个工程领域。本文分析了工程物探方法技术在工程监测检测中的应用。

关键词：工程物探；方法技术；监测；检测；应用

引言

我国工程物探技术发展速度较快，应用较广泛。在过去相当长的一段时间内，工程物探技术一直处于零散的、局部的研究与应用状况，设备落后，方法和技术手段较单一。近二十年来，随着国民经济的飞速发展，基础产业、基础设施建设、城市建筑物建设迅猛兴起，如今的工程物探技术不仅服务于工程的前期勘察，还服务于工程建设过程以及后期维护的各个阶段，其任务和目的包涵了工程建设监测，检测等相关内容。以低成本、高效率的特点极大保障了工程建设施工质量及生产过程安全。

1工程物探方法概述

1．1工程物探方法

工程物探是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等）并可测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。

工程物探方法门类众多，其检测原理和检测仪器设备也各不相同，随着科学技术的不断进步，工程物探检测技术发展日趋成熟，新技术和新方法不断涌现，解决了大量的工程建设及后期维护难题。工程物探的应用和发展已经成为了衡量地质勘察现代化水平的重要标志，也是工程建设过程生产监测和质量检测的重要技术手段。

1．2工程物探方法分类

1．2．1电法勘探

电法勘察法主要包括电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、瞬变电磁法等。

1．2．2地震勘探：包括浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法；

1．2．3探地雷达

探地雷达法主要包括剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法等。

1．2．4弹性波测试

弹性波测试法主要包括单孔声波法、穿透声波法、表面声波法、地震测井法、连续地震波法等。

1．2．5层析成像

层析成像法主要包括声波层析成像法、地震波层析成像法、电磁波吸收系数成像法等。

1．2．6其他工程物探方法：红外线法、微震监测法、声发射法、电磁波CT法等。

2工程物探技术应用

2.1工程物探技术在深埋水工隧洞工程中的应用

2.1.1施工期突涌水监测及岩溶检测

某引水隧洞末端位于可溶岩洞段，近岸坡地下水位变动带局部岩溶较发育，考虑到内水压力较大，工程可靠度要求较高，有必要采用物探手段对隧洞周边岩体质量及岩溶发育进行系统探测。

红外线技术是一种辅助探水的方法，采用在掌子面钻孔测试岩体内部温度，若前方有大范围水体，则该部位岩体温度将受到地下水影响而产生变化。通过实时监测岩体温度，分析温度变化规律可为涌水预报提供一定的技术依据。但由于深埋隧洞岩体温度与地下水温度通常很低、温差较小，且温度受到破碎带、溶洞、含水地层等影响，本次该方法进行突涌水预报的效果一般。

地质雷达发射的电磁波在经过结构面突涌水或溶蚀通道突涌水带时，其突水带或突水点均具有强反射特征，因此地质雷达在检测富水通道时具有一定优势。溶蚀通道的雷达反射波图象呈“亮点”特征，对于较大规模的溶蚀空腔或充水、充泥岩溶，其雷达反射波同相轴呈“双曲线”形态。不同的地层、岩性、裂隙、岩溶等地质体的雷达图像特征各不相同，需要通过现场实践，总结出合适的判别方法。

2.1.2不良地质条件检测预报

2.1.2.1声发射

隧洞开挖时导致围岩破裂损伤，并以弹性波的形式释放能量，利用声发射传感器捕捉弹性波，将岩体的裂纹萌生与扩展、断裂破坏振动转换为电信号，以此分析判断围岩破裂损伤的程度。

2.1.2.2微震监测技术

微震监测技术用于监测岩体在变形和破坏过程中，裂纹产生、扩展、摩擦时内部积聚的能量以应力波的形式释放，产生微震事件。现场在距离掌子面约50m～150m处布置加速度传感器，当传感器探测到掌子面前方区域出现震级和能量较大的事件，或事件发生相对密集，则有可能存在一定的软弱结构面，有发生岩爆的可能。

2.2工程物探技术在交通工程中的应用

2.2.1桥梁混凝土结构空心板厚度检测

以某高速公路为例，分析工程探测方法在检测桥梁混凝土结构空心板厚度方面的应用。该高速公路地势起伏较大，其中最长一个桥梁全长达176m。此次检测工作对象是高速公路中的立体交叉桥，具体方式是在检查桥梁硂空心板两侧腹板位置处，每隔2m设置一个检测点，通过起重机移动吊栏来检测空心板的质量。通过对空心板质量的检测，勘察团队可以计算出混凝土结构空心板厚度，为设计提供参考依据。

2.2.2路基检测

现以某国道道路基检测为例，分析工程探测方法在交通工程路基检测中的应用。此次路基检测应用三维雷达检测法，并在国道的15km、25km、35km、45km段路基取芯检查，取芯结果和三维雷达检测法结果进行对比。对比结果显示两者误差均小于1cm，证明三维雷达检测法在路基检测中具有较为精确的检测效果。

2.3工程物探技术在城市工程中的应用

2.3.1孤石探测

孤石是指花岗岩不均匀风化下的产物，普遍存在于我国南方地区。孤石的分布具有随机性，形态大小各异，其存在会给城市地铁修建带来安全隐患。地铁施工中遇到孤石，盾构掘进非常困难，盾构机的刀盘也会受到磨损，在增加施工难度的同时提高了施工成本。工程探测方法技术在城市工程中的应用为探测地下空洞、地壳活动断裂面、土石界面、孤石、溶洞等，为城市工程的设计和施工提供参考依据。利用二维微动剖面技术探测孤石，并结合钻孔资料来进行岩性层划分和孤石解释。

2.3.2岩溶探测

现以某轨道的一期工程为例分析地铁岩溶探测，应用电磁波CT技术发现该施工地段存在岩溶、暗河、岩体破碎带，可指导工程选址、设计和施工。

2.4工程物探技术在水利工程中的应用

2.4.1覆盖层探测

探测覆盖层各层厚度及基岩顶板起伏形态，测试覆盖层各层物性参数，探测古河道或基岩河谷形态，天然建筑材料评价等。

图1为在南水北调中线工程陶岔渠首进行浅层三维地震勘探成果，从叠后剖面以及三维满覆盖数据体显示可以看到，在50ms左右存在一强反射层(深度30m左右)，经与钻孔资料对比，该层为基岩面顶板，其覆盖层厚度变化亦与地质勘探资料吻合(熊永红等，2013a)。

图1南水北调中线工程陶岔渠首覆盖层探测

2.4.2滑坡体探测

通过高密度电法、地震反射法，探测滑坡体分布范围、厚度和滑床起伏形态，滑坡堆积体分层，探测滑坡体内部饱水带、含水层的分布和埋深，确定滑带特性，测试滑坡体物性参数等。

结语

今后一段时间，我国的工程建设仍将处于高峰期，工程物探技术在工程建设及维护上的应用也将越来越广泛。随着现代科学技术的发展，工程物探检测技术也会不断进步，探测精度不断提高，因此，工程物探检测技术将会在铁路、公路、水利工程等各个工程领域以及未来的国民经济建设中发挥更大的作用。

参考文献

［1］张建清．工程物探检测方法技术应用及展望［J］．地球物理学进展，2016(4):1867－1878．

［2］刘宝亨．铁路物探方法的现状分析［N］．铁道工程学报，2013(2):40－52．

［3］周宏磊，侯东利，李根义．第七届全国岩土工程实录交流会特邀报告———岩土工程勘察综述［J］．岩土工程技术，2015(5):217－222．