巖土工程中的管波探測研究

李 劍

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七0六隊，新疆 阿勒泰 836500）

隨著我國對基礎(chǔ)設(shè)施的不斷開發(fā)，工程規(guī)模不斷擴大，工程建設(shè)實施中勢必會遇到各種不同類型的地質(zhì)，尤其是在巖溶地區(qū)，地質(zhì)十分復(fù)雜，若是完全依賴傳統(tǒng)的鉆探技術(shù)，那么將會嚴(yán)重影響到施工進(jìn)度。而管波探測法不僅能夠探測地質(zhì)的發(fā)育情況，還能了解工程建筑樁基地質(zhì)環(huán)境和提供施工依據(jù)。

1 管波的探測原理

巖石工程中的管波探測法原則是利用彈性波的波動原理。探測儀器發(fā)射的彈性波以軸向的傳播形式在鉆孔中進(jìn)行探測，在探測范圍內(nèi)，物理彈性波在受到波阻抗時都會產(chǎn)生一定的放射。引起波阻抗的原因是鉆孔周圍巖土的性質(zhì)不同和巖溶等不良土質(zhì)。因此利用管波了探測能夠了解鉆孔周圍土質(zhì)和巖土性質(zhì)。

圖1 管波探測原理圖

2 工作裝置與儀器設(shè)備

（1）儀器設(shè)備。目前在巖土工程中作為管波發(fā)射震源一般采用國產(chǎn)的HX-GMM-S50C型超磁致震源，這種震源的發(fā)射能量巨大，頻率合適，余震影響小，波形好，轉(zhuǎn)換頻率高，記錄時間及時準(zhǔn)確，十分適合巖土工程的管波震源。

（2）野外數(shù)據(jù)采集。在野外采集數(shù)據(jù)時，對巖石工程所探測的基石要進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)控，并且所監(jiān)控的數(shù)據(jù)要清晰，儀器顯示的波形要清楚可見，不能模糊不清，波形無錯誤，當(dāng)出現(xiàn)異常波形時要再次進(jìn)行監(jiān)測，重復(fù)的兩次觀察結(jié)果之間的誤差不能大于2%，并且對采集的數(shù)據(jù)要做好記錄。

（3）數(shù)據(jù)的處理與解釋方法。①數(shù)據(jù)的處理。管波探測法是采用在孔中進(jìn)行激發(fā)和接受的系統(tǒng)，探測得到的信息數(shù)據(jù)信噪比高，所以一般是直接去零飄處理就可以了，處理方法簡單有效，但是需要注意的是不能采用振幅平衡的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，會造成數(shù)據(jù)錯誤。②數(shù)據(jù)的解釋。數(shù)據(jù)解釋包括確定分界層面和對不同層面的地質(zhì)進(jìn)行分析兩個步驟。其中確定巖石分層的方法又分為兩種，第一種是通過反射管波發(fā)射的軸向距離來判斷，第二種就是通過反射波在同相軸的傳播時間來判斷。這兩種方法都能夠有效的判斷巖石的不同分界層面，但在實際施工中，具體選用那種方法還是要根據(jù)施工情況而定。

3 判別準(zhǔn)則與研究成果

判別準(zhǔn)則是以管波探測法的探測原理為依據(jù)，結(jié)合鉆孔揭露的完整基石的不同層面巖石情況，解釋和分析不同界面波抗組之間的差異性，尋找和發(fā)現(xiàn)孔中的不良地質(zhì)和巖石底部。其具體的判別準(zhǔn)則如下。

①完整基石段范圍內(nèi)不存在傾斜反射波組基石巖。②一般在鉆孔的孔中央或是孔壁存在溶洞、軟弱夾層等不良地質(zhì)時，管波探測的基石中產(chǎn)生振幅大的傾斜反射波。③如果振幅較小的傾斜反射波和直達(dá)波速度快兩個條件都存在的話，則可以判斷為波抗組差異小的軟弱夾層。④振幅較小，直達(dá)波速度小，一般為巖石節(jié)理裂隙發(fā)育地質(zhì)。

研究成果：①鉆孔柱狀圖中能夠清楚的顯示出對于地質(zhì)的描述。研究中，我們在鉆孔中發(fā)現(xiàn)了較厚的溶洞，而檢測出溶洞樁端以下完整基右厚度竟足以達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

鉆孔描述的厚度與溶洞發(fā)育段的厚度有著明顯的誤差，但令人驚奇的是即使誤差的存在也不影響樁端以下完整基巖厚度的設(shè)計要求。②鉆孔還可以反映未發(fā)現(xiàn)的溶洞發(fā)育情況，并且可以探測到完整基巖段，但我們可以通過管波探測的成果反映，來詳細(xì)觀測鉆孔反映的完整基巖段在樁徑范圍內(nèi)尚是否存在巖溶發(fā)育段，如果存在巖溶發(fā)育段則表明揭露的完整基石的厚度不符合設(shè)計要求。

4 管波探測法的探測流程

在巖土工程實際施工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)鉆孔發(fā)現(xiàn)的完整基礎(chǔ)巖石已經(jīng)能夠滿足工程的要求，而管波探測法在這鉆孔發(fā)現(xiàn)的完整基石上去尋找和發(fā)現(xiàn)十分存在有一些不良地質(zhì)，比如溶洞、夾層等，這樣就能更好的保證完整性，所以在實際施工中，工程單位方會才有鉆孔和管波探測法相結(jié)合的方式進(jìn)行探測。其探測流程入下：第一步是鉆孔在揭露的完整基石段的厚度符合施工要求，可以適當(dāng)?shù)脑黾踊穸龋苑廊f一，鉆機準(zhǔn)備工作；第二步是管波進(jìn)行探測，在管波探測結(jié)束后，馬上對管波探測儀器所探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，在完全確認(rèn)完整的基石符合施工要求，便可停止鉆機鉆孔，拿出鉆機。根據(jù)上述的兩個步驟流程，所揭露的完整基石一般都能達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。雖然這些步驟可以一直循環(huán)，但是需要注意，循環(huán)的次數(shù)不易過多。

5 管波探測法的優(yōu)勢與不足之處

（1）管波探測法的優(yōu)勢。在技術(shù)方面，管波探測法探測的數(shù)據(jù)信息清晰易懂，準(zhǔn)確性高，探測異?，F(xiàn)象時能夠快速反映并且能夠讓工作人員清楚找到問題所在之處，分辨率高、縮短工程周期，儀器投入成本和后期工作成本低儀器接受信號準(zhǔn)確，波形清晰無誤差。所以在巖石工程管波探測法的應(yīng)用十分廣泛，并且引入范圍不僅僅只是巖石工程。

（2）管波探測法的不足之處。①不能了解到巖石表面的具體起伏情況：管波探測法只有一個探測頭向四周發(fā)射信號，并且接受四周探測到的信號也只有一個探頭信號，并且現(xiàn)階段還沒有研究出能夠確定接受的信號是來自哪個方向的技術(shù)，并且只能在有效范圍內(nèi)進(jìn)行探測，而對溶洞、裂隙地區(qū)無法進(jìn)行探測。②巖石工程中使用管波探測法的同時還要結(jié)合鉆孔技術(shù)，這就要求鉆孔技術(shù)水平和質(zhì)量高。為了保證探測儀器的探頭能夠安全順利的抵達(dá)鉆孔的孔底和孔壁時，減少和避免途中的碎石、泥土掉落在砸到探頭影響探頭工作，需要對孔中進(jìn)行處理。

6 結(jié)語

管波探測法能夠準(zhǔn)確有效的探測到巖土工程周圍地質(zhì)的發(fā)育和具體分布情況，并且得出的數(shù)據(jù)和信息易懂、準(zhǔn)確性高、出現(xiàn)異?，F(xiàn)象能夠及時做出反應(yīng)，分辨能力高，并且成本低。還可以根據(jù)實際施工的具體情況進(jìn)行探測調(diào)整，以便更好的符合施工要求。采用管波探測法不僅能夠縮短工期，降低成本，還能提高經(jīng)濟(jì)利益，是巖土工程的首選方法。