雷泉龙 张腾 宋健
南京市水利规划设计院股份有限公司 江苏南京 210022
摘要：工程物探是应用地球物理学的一个重要分支，对于我国国民经济的基础建设起到重要作用，并且工程物探已经成为工程建设领域，解决地质勘探问题最为有效的技术手段。改革开放以来，随着我国城市建筑物以及基础建设规模的不断扩大，当前工程物探不光应用于工程勘察阶段，还用于工程建设的其他阶段。其应用范围从单纯的地下水勘探、覆盖层厚度勘探领域，已扩张至铁路、桥梁、水利工程、城市建设、大型厂矿工程建设等各个领域。本文将以中运河顶管管道施工为例，结合工程物探的具体工作方法，展现该技术在中运河领馆场地内的实施情况和价值。
关键词：工程物探，中运河顶管，水下地质探测
一、工程物探检测方法概述
工程物探检测方法技术的具体分类众多，其依据的工作原理及使用到的仪器也各不相同。过去在施工过程中难以解决的问题，随着科学技术的飞速发展，物探技术的不断成熟，如今也变得不再困难。工程物探技术一直属于地质学科中的一类发展较快且较为活跃的学科，毋庸置疑，工程物探是工程勘察的重要方法之一，其发展水平的高低及其应用程度已经成为了衡量地质勘查现代化水平的重要衡量标志。
目前常用的工程物探勘探方法包括:电法勘探、探地雷达、地震勘探、弹性波测试、层析成像等。常用的工程物探检测方法包括:弹性波测试主要包括声波类以及地震波类两种方式；电磁波类则主要依靠探地雷达以及电磁波CT；而影像类的测试方法主要通过对物体的颜色、环境等进行图像采集和分析，进而判断工程质量状态及工程地质情况。
二、工程物探在中运河顶管水下地质探测中的应用情况
（一）工程概况
通过分析我国目前已完工的中运河顶管施工工程实例，徐州市引水管线工程中，中运河顶管水工程的重要施工节点。该工程肩负着负责向徐州市市区以及徐州市下属的邳州市、睢宁县供水的重要基础任务。该工程承担着每天80万立方米的给排水需求，拟采用顶管穿越中运河，其穿越管道全长2000多米，其中水域部分站一半以上，具体还包括分行道以及泄洪区。笔者将结合此工程中运用到的工程物探方法，对顶管穿越工程中的地质问题进行归纳总结，并有针对性的提出处理措施，以期为同行在同类项目的设计施工过程中提供参考依据。
（二）中运河顶管施工过程中的工程物探方案
在工程设计初期以及在设计施工图纸时，设计人员需要对管道沿线的地质状况进行勘察，为了选取合适的施工线路，避开具有不良地质条件的地段，尤其需要注意避开由于开采沙石而造成的踩空区以及为采砂而搭建的铁架和钻杆等严重阻碍施工的障碍物。除此之外，物探的另一重要目的还包括查明管线沿路的地质状况，需要对不良地质体进行探测，为避开或找到更适宜的解决方案打下坚持的基础。
1、方案设计
为了确保中运河顶管施工的安全性以及经济效益，在徐水引水管线工程中，为了确保最终的设计方案的可行性，设计人员明确了采空区的探测深度至管底高程为20米，对于障碍物的探测深度，则是自水底至管底高程以下5米。
另外，根据施工场地的地质条件结合本次施工的特点和目的，采用的探测方法为：磁法、单道地震法、浅层剖面法，综合运用上述三种技术手段可以实现互相补充、验证的勘测效果。其中，前两种方法主要用于探测障碍物，后一种方法则用于对采空区的探测。理论依据和探测目的如下：
磁法的理论依据是通过探测到的磁异常等值线图、剖面图中出现的异常特征对磁性体的形态、分布位置进行测绘，在该工程中主要应用于探查水底和沉积物中的铁质磁性体所引发的磁异常，进而帮助设计人员发现带有磁性的障碍物。浅地层剖面法的理论依据是通过对时间剖面图中的波形、走时、连续性等特征进行分析，进而对水底20米以内的地层分布、遗留的采砂管、采空区进行定位。
单道地震法的理论依据是通过对时间剖面图中的波形、走时、连续性等特征，寻找水底20米以下的地层分布情况，以及寻找可能存在的更大的采空区。
2、关于物探工作的部署情况
在利用磁法进行探测时，需要注意该方法受外界环境的影响较大，尤其是在过往船只经过测量区域时，会对采集工作的质量造成较大干扰。因此，在施工时应当派专人对水面情况进行记录。对照磁力测量记录表上的标注，逐一对监测到的异常情况进行辨析，判断是由水底沉积物造成的磁场异常，亦或是过往船只或停泊船只造成的异常。此外，记录人员应当对异常点进行记录，测量外部因素导致的偏移距离，从而更加精准的确定障碍物的位置和形状。
在利用浅地层剖面法时，需要在调查船的两侧放置拖鱼，此外还需要防止GPS信号收集器，拖鱼会向水面以下发出适当的声波。这些声波传到到地层上会产生反射波，最终这些反射波将转换成电信号并被存储在采集器中。
在利用单道地震法时，收集传感器置于振源船船尾，通过击打置于船中心的铁板，在连续航行过程中发出震波，再通过GPS定位收集数据。
3、关于物探成果的分析
通过对徐州引水管道工程采集到的数据进行分析，物探采集人员得到了如下数据：
首先，利用磁法对中运河进行探测时，工作人员根据磁异常示意图判断出运河东西两端存在磁异常，但在结合水底地形的基础上，分析处磁异常的诱因在于水底地形而非障碍物。除此之外，在中运河的中部区域并未发现异常，东部区域则发现了多达7处的磁异常。
其次，利用单道地震对中运河进行探测时，物探人员在得出的地震剖面图上，识别出了8处疑似采空区域。随后在对疑似采空区域进一步进行地震探测时发现，剖面的反射能量强，但主频低，还存在探测区域两端绕射波的现象，根据这些数据最终判断上述疑似区域可能是由于采砂活动形成的疏松脱空区域。
最后，利用浅地层剖面法进行探测时，物探人员一共识别出了5组有效波形，分别为：QT0波组、QTA1波组、QT6波组、QT7波组以及QT8-1波组。第一组数据由于水底反射，导致反射能力强且持续；第二组数据存在反射能量较强且连续的特征，但波组存在起伏，因此可判定是由于水底流泥层底界面造成的；第三组数据尽管同样具有反射能量强、较为连续的特征，但同时还具有波组向下倾斜的特征，由此判定是中粗砂与上部含砂姜粘土界面造成；第四组数据和第三组数据在波形的起伏形态以及延伸距离上较为相似，因此可判断出是中粗砂与下部含砂姜粘土界面造成的；最后一组数据则具有反射能量弱、较为连续的特征，且其起伏形态与地形较为相似，由此判断是由于粗砂与上部含砂姜粘土界面造成的。
三、工程物探在中运河顶管水下地质勘探的成果
通过对上述三种勘探技术的综合运用，最终物探人员在拟施工管线线路上排查出1处疑似障碍物以及2处疑似采空区。为了验证勘探情况，通过派出潜水员对是否存在障碍物进行了进一步确认，还通过勘探钻孔的方式验证了采空区域的存在。除此之外，物探人员还在河底发现了一条废弃的铁船、废弃的抽沙管，为下一步的施工排除了安全隐患。
参考文献：
[1]探究工程地质勘查中常用的工程物探方法[J]. 卢学斌,汪钟莲,张莹辉. 世界有色金属. 2017(10)
[2]探究工程地质勘查中常用的工程物探方法[J]. 周绪鸿. 城市建设理论研究(电子版). 2017(03)
[3]瞬变电磁法在水域地质勘察中的应用[J]. 张银松,李斌,张家刘. 物探与化探. 2016(01)
[4]工程物探技术在岩土工程中的应用[J]. 余凯 四川水泥. 2020(01)
[5]物探技术在岩土工程勘察中的应用及前景探析[J]. 杨甦. 安徽建筑. 2019(10)
[6]工程物探技术在岩土工程勘查中的应用研究[J]. 李超. 世界有色金属. 2019(16)