物探与化探
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隧道勘察中物探和钻探方法结合应用研究

勘察是隧道工程建设的基础性工作,其结果会直接影响工程规划及后续工程建设质量。在隧道勘探中,过去常用钻探方法,但随着时代的发展,隧道工程的复杂性逐渐提升,其建设环境也愈发苛刻,钻探方法的多种弊端逐步显现。物探方法的出现可有效弥补钻探方法的不足,但其也具有一定的劣势。实践证明,若单独应用其中一种方法,难以保证隧道工程建设质量。将两种方法结合应用到隧道勘察中,对增强勘察全面性有重要作用,也有利于提升勘察数据精度。现对隧道勘察中物探和钻探方法结合应用进行如下分析与论述,供参考。

1 钻探、物探概述及其结合应用意义

1.1 基本概述

从传统意义上讲,钻探说的是利用机械设备在岩石层上钻孔,通过钻孔获得所需地质信息,如岩石层特性、土体结构、含水层厚度、岩溶发育情况等,其优点在于获得地质信息的直接性。随着钻探技术的发展,钻探的含义有了进一步的变化,其钻孔条件的丰富性逐渐提升,多种新技术不断涌现,如空气钻探、液动冲击回转钻探等,相应地,技术配套设备也得到了完善。然而,钻探也有着明显劣势,如施工成本高、受场地限制大、获得信息不具有普遍性等。

物探利用物理因素探索岩石层的物理性质,通过物理学原理对其进行科学分析与解译,从而获得所需地质信息。因为可利用的物理因素较多,其利用方法也存在明显差异,所以物探技术种类也具有多样性。常用物探技术包括高密度电法、瞬变电磁法、音频大地电磁法、浅层地震法等。物探技术的优点在于施工成本低、速度快、覆盖范围广、获得信息具有普遍性,其缺点也较为明显,如易受干扰、数据准确性不高、对人员素质要求高等。

1.2 结合应用意义

物探、钻探技术优劣势互为补充,钻探可以弥补物探易受干扰、数据准确性不高的劣势,物探可弥补钻探受场地限制大、成本高、获得信息不具有普遍性的劣势。在隧道勘探中,根据实际隧道建设情况将两者结合应用,通过钻探验证物探所获信息准确性,利用物探全面把握隧道建设环境水文地质条件,可有效提高隧道勘察的准确性,也可避免后续施工风险的发生。因此,隧道勘察中物探、钻探结合应用具有重要意义。

2 隧道勘察中钻探、物探结合应用技术方法

2.1 高密度电法

高密度电法是一种基于直流电法、综合四季测探与电剖面法优势的阵列勘探方法,它主要根据岩石介质电阻的差异性,人工制造电场,通过运用电场原理对其分布特点进行科学分析,确定地质视电阻率分布情况,从而获得地质结构信息。该方法适用于水含量少的地质结构,其优点在于可通过观察灰阶图像获得直观信息,缺点在于受地质水层影响大。运用该方法获得灰阶图像,若图像呈层状分布,即可判断岩石层完整;如果图像中层有椭圆或其他形状的低阻色块,则判断存在破碎带或中软层等易渗水通道。利用该法获得水文地质信息时,为了保证最终测量结果的准确性,可运用钻探对含水较多地质层进行重新探测。

2.2 浅层地震法

浅层地震法主要利用岩石介质地震波传播规律,通过运用波动原理对地震波反射结果进行科学分析,从而获得地质结构信息。该法适用于构造带探寻方面。运用此方法获得波形若出现形状相似、同相轴光滑、周期相同的情况,则判断其为完整连续岩层;如果出现畸变、凌乱的情况,则判断其为岩溶或破碎带区域。要获知其具体信息,则根据施工需要,在把握充分地质结构的基础上进行钻探。

2.3 音频大地电磁法

音频大地电磁法主要利用大地电阻率与信号频率,通过运用电磁场原理对两者进行对比分析,根据分析所得波阻抗计算出介质视电阻率,从而获得地质信息。该方法常用测量方式为标量测量,先搜集区域地质材料,通过对区域水文地质条件的了解,科学设计观测系统,然后观测并布设信号发射源,最后分析测量数据。要获得具体地质信息,则结合实际情况进行钻探。

3 隧道勘察中钻探、物探结合应用实践过程及结果

3.1 综合勘察具体方法

隧道勘察需要充分考虑隧道地形、地质结构、岩石风化程度、地表基岩露头、地表植被、隧道埋深等多个因素。在隧道埋深参数大,且埋深参数大的段落在总体隧道段落中占比达的情况下,若仅用钻探,则勘察难度大,需要应用钻探、物探综合勘察。实际隧道勘察过程中,关键工作在于对地质岩层分布信息的获取,以及对不良地质条件及关键问题的全面探索。笔者认为,隧道勘察应当先从了解隧道宏观构造开始,再进行局部岩石层特性定性定量分析,获得科学的地质信息,这表现在勘察方法的运用上,就是先运用物探,再运用钻探。通过对当前隧道勘察方法的总结,得出如下综合勘察方法:第一步,通过对隧道建设环境地质资料的有效分析,进行1 ∶ 地质调绘,对环境地质结构及岩石层特性有基本的了解;第二步,针对关键问题,如岩溶、涌突水,进行1 ∶ 地质专项调绘;第三步,根据隧道实际情况运用物探技术,分层次、分类别解译隧道环境地质结构及岩石层特性;第四步,基于以上工作进行钻探,着重强调物探异常带、含水量大岩石带、重点段落、存在疑问的表层构造带的勘探;第五步,围绕钻孔开展多种实验,如瓦斯压力测试、取样室内测试、应力测试等,获得相关参数,并通过对勘察资料的全面分析,得出最终勘察结果。某隧道工程勘察方法如表1 所示。