何盼情

(西安交通工程學院,西安 710300)

為探討工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用,選取多個基礎設施建設項目,覆蓋道路、橋梁、隧道及建筑等領域,探討其具體應用及對工程質(zhì)量、工程進度及成本控制等方面的影響,通過工程地質(zhì)與物探技術協(xié)同應用實踐,為基礎設施建設項目提供有力的技術支持及決策參考,通過案例及效益分析來展示其潛在價值,為相關人員提供參考,以促進基礎設施建設的可持續(xù)發(fā)展。

1 工程地質(zhì)與物探技術

工程地質(zhì)是研究地質(zhì)過程及現(xiàn)象如何影響工程項目的學科,通過地質(zhì)勘察、地質(zhì)風險評估及地質(zhì)工程設計來識別并解決潛在的地質(zhì)問題,確保工程的安全性及穩(wěn)定性。在基礎設施建設中,工程地質(zhì)應用廣泛,包括對地層、地質(zhì)構造及地下水位等地質(zhì)特征的研究[2]。物探技術是一種利用地球物理學原理,通過各種勘探方法獲取地下信息的技術,包括地震勘探、電磁勘探、地磁勘探等多種方法,用于探測地下構造、地下水位、地下巖層等信息,主要目的是為工程項目提供高質(zhì)量的地下信息,以指導工程設計及施工過程。

協(xié)同應用是將工程地質(zhì)與物探技術有機結合在一起,充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢,為基礎設施建設提供全面的地下信息支持。在實際項目中,工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用可以幫助確定地下巖層的性質(zhì)、地下水位的情況、潛在的地質(zhì)災害風險等,這些信息對于基礎設施的選址、設計及施工至關重要。

表1 物探技術的應用形式(常見手段及基本原理)Tab.1 Application forms of geophysical exploration technology (common methods and basic principles)

2 工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用

工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用在基礎設施建設中發(fā)揮著至關重要的作用,確保了工程項目的安全性、可持續(xù)性及經(jīng)濟效益,其協(xié)同應用具體過程如下：

2.1 前期規(guī)劃階段

在項目前期規(guī)劃階段,工程地質(zhì)與物探技術發(fā)揮著關鍵作用,確保了項目選址及整體規(guī)劃的合理性,過程如下：進行地質(zhì)調(diào)查與分析。項目選址前進行地質(zhì)調(diào)查,收集地質(zhì)信息,包括地層性質(zhì)、地下水位、地質(zhì)構造、地震風險等因素的分析,幫助確定項目的地理位置,分析地質(zhì)條件的可行性。物探技術主要用于地下信息的獲取,如電磁勘探、地震勘探及地磁勘探等方法可確定地下構造、地下巖層特性及地下水位[3],有助于項目選址及設計。

2.2 設計階段

工程地質(zhì)與物探技術可提供關鍵信息,確保設計的合理性及可行性。工程地質(zhì)信息被整合到工程設計中,確定建筑材料、基礎類型、結構設計等選擇,確保工程在一定地質(zhì)條件下的穩(wěn)定性。物探數(shù)據(jù)用于確定地下結構,如地下巖層的分布及地下水的流動,這對于選擇基礎工程的類型、深度及地下水管理非常關鍵。在設計階段,工程地質(zhì)與物探技術提供詳細的地下信息,以支持結構設計及基礎工程的選擇。具體過程包括：地下巖層勘探,即利用物探技術,如地震勘探與電磁勘探確定地下巖層的性質(zhì)、深度及分布;物探技術可用于監(jiān)測地下水位變化,這對于基礎工程的設計及水文風險管理非常重要,尤其是在水土流失及淹水風險較高的區(qū)域。設計階段還需將前期規(guī)劃中的地質(zhì)風險考慮進來,工程地質(zhì)與物探技術提供的信息可幫助選擇適當?shù)脑O計參數(shù)及材料,以應對潛在的地質(zhì)風險。

2.3 施工階段

在施工階段,工程地質(zhì)與物探技術的應用有助于確保施工順利進展。物探技術在施工中可用于地下結構的探測,避免與地下障礙物(如管道、巖層、地下均勻等)的沖突,節(jié)省時間及成本,降低風險[4]。地下水位的監(jiān)測同樣非常關鍵,特別是對于井基礎工程、挖掘工程及地下施工項目,通過物探技術可實時監(jiān)測地下水位的變化,采取必要的水文風險管理措施。還可用于質(zhì)量控制,如檢查基礎工程的質(zhì)量及密實度,確保工程的長期穩(wěn)定性。

工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用是基礎設施建設的關鍵,其在項目的前期規(guī)劃、設計及施工階段發(fā)揮著關鍵作用,有助于減少地質(zhì)風險,提高工程質(zhì)量,降低成本,確保工程的可持續(xù)性及安全性。充分利用工程地質(zhì)與物探技術,可使基礎設施項目更好地適應地質(zhì)條件,有效地應對潛在的地質(zhì)問題。

3 應用案例及分析

3.1 橋梁建設案例

某座新型高速公路橋梁工程計劃建設,該橋梁橫跨一條深切峽谷,地理環(huán)境復雜,地質(zhì)條件多變,為確保橋梁的安全性及穩(wěn)定性,引入工程地質(zhì)與物探技術,以應對潛在的地質(zhì)風險。地質(zhì)專家進行了詳細的地質(zhì)勘察,包括地層巖性、構造特征、斷裂帶分布等,通過采集巖心樣品及地下水樣品,確定了地下巖層的性質(zhì)和地下水位。在物探技術應用上,利用地震勘探技術對峽谷底部進行高分辨率的地下結構探測,確定地下斷層的位置及活動性,電磁勘探則用于探測地下水文條件,描繪地下水位分布。將地質(zhì)與物探數(shù)據(jù)導入地質(zhì)信息系統(tǒng)(GIS)進行分析,繪制了地質(zhì)剖面圖及地下水流動模型,通過分析地層的穩(wěn)定性及承載力,確定了橋墩基礎設計參數(shù)。對于地質(zhì)風險評估,將地質(zhì)數(shù)據(jù)與歷史地質(zhì)災害事件進行對比,利用概率統(tǒng)計方法評估地質(zhì)風險,確定了可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題,如滑坡、崩塌等,為工程施工制定了預防措施。根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)設計了橋墩的深基礎結構,確保其穩(wěn)定性,采用加固措施,如增加橋墩底座面積、使用橡膠支座等,應對地質(zhì)風險。根據(jù)地質(zhì)勘察結果調(diào)整了施工進度及方法,在地質(zhì)風險較高的區(qū)域采取防護網(wǎng)加固措施,防止巖石崩塌對施工造成影響[5]。施工過程中利用二者的結合不斷進行地質(zhì)監(jiān)測,將監(jiān)測數(shù)據(jù)與設計參數(shù)進行比對,一旦發(fā)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)與設計假設不符,及時調(diào)整施工方案,確保施工的順利進行。

表2 物探工作特征Tab.2 Characteristics of geophysical exploration work

通過工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用,該高速公路橋梁工程順利完成,未發(fā)生地質(zhì)災害事件,確保了橋梁的安全性及穩(wěn)定性。由于及時發(fā)現(xiàn)并預防潛在的地質(zhì)問題,節(jié)省了超過10%的施工成本,縮短了工程周期,取得了顯著的經(jīng)濟及社會效益,說明工程地質(zhì)與物探技術在基礎設施建設中的協(xié)同應用具有重要性,通過科學的地質(zhì)勘察、物探技術的應用、數(shù)據(jù)分析及實時監(jiān)測,能夠更準確地了解地下情況,制定更為合理的設計及施工方案,確保工程的順利實施。

3.2 隧道建設案例

隧道工程是基礎設施建設的重要組成部分,可連接山脈、河流、城市等,面臨著復雜的地質(zhì)條件及地下問題,故工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用至關重要。某山區(qū)隧道工程需連接兩個地區(qū)。但該地區(qū)地質(zhì)多變,包括地下巖層、斷層及地下水,需確保隧道的穩(wěn)定性,減少施工風險,提高工程質(zhì)量。前期規(guī)劃階段進行了全面的地質(zhì)勘察,包括鉆孔、巖芯采樣及地質(zhì)剖面測繪,以了解地下巖石的性質(zhì)、厚度及分布。采集的數(shù)據(jù)表明在隧道路線上存在復雜的地質(zhì)情況,包括不穩(wěn)定巖層及斷層?；诘刭|(zhì)勘察數(shù)據(jù)進行地質(zhì)風險評估,通過分析地質(zhì)條件識別了潛在的地質(zhì)風險,如巖石坍塌、地下水涌入及斷層活動,為項目規(guī)劃及風險管理提供了基礎。設計階段使用物探技術,如地震勘探和電磁勘探,確定地下巖層的性質(zhì)及分布,這些數(shù)據(jù)被用來確定隧道的截面及支護方案。結果顯示,在一段隧道路線上存在較厚的弱巖層,需采取特殊支護措施。在設計過程中考慮了地質(zhì)風險管理措施,包括設計強化的隧道支護結構、防止地下水涌入的控制措施及連續(xù)的地下巖層監(jiān)測系統(tǒng)。

通過前期規(guī)劃、設計及施工階段的密切協(xié)作,此項目成功應對了復雜的地質(zhì)條件,確保了隧道的穩(wěn)定性及可持續(xù)性,發(fā)揮了工程地質(zhì)與物探技術的關鍵作用,提高了工程質(zhì)量,減少了風險,帶來了可觀的效益。

表3 地質(zhì)勘探技術Tab.3 Geological exploration technology

3.3 效益分析

在橋梁建設中,工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用可降低項目成本,通過詳細的地質(zhì)勘察可準確確定橋墩及橋墻的基礎設計參數(shù),避免增加不必要的工程量。物探技術的使用可減少地下結構沖突,降低施工費用。以跨越河流的大型橋梁工程為例,采用工程地質(zhì)與物探技術減少了約10%的成本。地質(zhì)信息有利于準確規(guī)劃施工進程,避免意外停工及延期,確保工程質(zhì)量,減少重建及修復工作,節(jié)約工期約15%。

在隧道建設中,工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用可有效降低項目成本,提供詳細的地質(zhì)信息,有利于更精確地估計材料及勞動力成本,避免材料浪費及不必要的人力投入。物探技術的使用有助于減少地下結構設計及施工費用,工程地質(zhì)與物探技術的應用降低了約12%的成本。通過及時發(fā)現(xiàn)地下問題并采取必要的措施,確保施工進程的順利進行,節(jié)約工期約18%。

物探技術發(fā)展趨勢見表4。

表4 物探技術發(fā)展趨勢Tab.4 Development trend of geophysical exploration technology

4 結束語

工程地質(zhì)與物探技術的協(xié)同應用具有巨大的潛力,已在許多項目中取得了顯著的成果,雖然投入工程地質(zhì)與物探技術需要初期成本,但可減少施工中的意外情況,降低維修成本及項目總成本。為更好地推進二者的協(xié)同應用,提出以下建議：積極推廣工程地質(zhì)與物探技術的應用,特別是在地質(zhì)條件復雜的項目中,有助于提高項目的可持續(xù)性及安全性。對于長期運營的基礎設施,建立持續(xù)的地下結構監(jiān)測系統(tǒng),有助于及時發(fā)現(xiàn)地下問題并采取必要的措施。需要跨學科合作,包括地質(zhì)學、地球物理學、工程學等,促進各領域之間的合作,以更好地應對地下挑戰(zhàn)。