岩溶精细物探方法与应用

普遍会想到“物探”。
•
地面物探对岩溶的探测是有效的，但其精度和分辨能力不如人意，往往无
法满足工程对精细探测的需求。
•
为此，我们用二十多年的时间，改进、创新了三种岩溶精细探测方法。
4
提纲
• 一、岩溶分布与勘察需求 • 二、岩溶精细物探方法与技术 • 三、跨孔弹性波CT法与应用 • 四、管波探测法与应用 • 五、桩孔壁完整性探测法与应用 • 六、综合应用
45
2、管波探测法应用项目
（4）广东广佛肇高速公路桥基补充岩溶勘察（1400桩） 典型成果
46
2、管波探测法应用项目
（4）广东广佛肇高速公路桥基补充岩溶勘察（1400桩） 用户意见
47
2、管波探测法应用项目
（5）保利绿色金融商业项目 超前钻勘察（在建）
串珠状溶洞，钻探取芯率低， 无法确定隔板位置及厚度； 管波可直观清晰确定溶洞隔板位 置及厚度。
10
3、跨孔弹性波CT法 的应用（钻孔之间岩溶与连通性）
11
3、跨孔弹性波CT法 的应用（钻孔之间岩溶与连通性）
3、跨孔弹性波CT法 的应用 （轨道交通地下线）
深圳地铁16号线： 1、地下线 2、盾构法施工
深圳地铁16号线全长30km，岩溶区长 16km。岩溶专项勘察12.9km，历时一年多， 完成3000多对跨孔。
• 3、应用较广。 • 国内几十家勘察设计单位 • 近十多年来 • 高速公路、高速铁路、高层建筑、城市轨道交通 • 超千项工程 • 超二十万桩位岩溶勘察 • 4、规范推荐方法。 • 住建部行标、广东、广西地标推荐方法。
22
1、管波探测法简介
23
1、管波探测法简介 已进入的技术标准
24
1、管波探测法简介
（2）广梧高速河口至双凤段工程灰岩区桥梁桩基岩溶勘察（660桩）
39
2、管波探测法应用项目
（3）广州地铁五号线、六号线高架区间桥基岩溶勘察（约1000桩）
40
2、管波探测法应用项目
（3）广州地铁五号线、六号线高架区间桥基岩溶勘察
41
2、管波探测法应用项目
（3）广州地铁五号线、六号线高架区间桥基岩溶勘察
13
3、跨孔弹性波CT法 的应用（轨道交通地下线）
（深圳地铁16号线，地下线，盾构法施工）
深圳地铁16号线全长30km，岩溶区长16km。岩溶专项勘察12.9km，历时一年多，完成3000多对跨孔
3、跨孔弹性波CT法 的应用（轨道交通地下线）
（深圳地铁16号线，地下线，盾构法施工）
3、跨孔弹性波CT法 的应用（轨道交通地下线）
发射孔
接收孔
跨孔弹性波CT法是通过观测弹 性波穿越地质体时走时、能量 （幅值）和波形等的变化，经 计算机处理，重建地质体内部 结构图像的一种跨孔物探方法， 因其分辨率高的特点，主要用 于地下精细结构和目标的探测。
Sn
Rn
·
·
·
·
S7
R7
S6
R6
S5
R5
S4
R4
S3
R3
S2
R2
S1
R1
图例：
激发点
Sn
于是安装钢筋笼、灌注混凝土。 成桩后进行的抗拔试验，桩基抗拔力、 桩侧摩阻力均满足设计要求。
按本发明进行探测后，该桩桩长 35.0m即可满足要求，比按钻探资料确 定的43.6m，节约桩长8.6m，节约投资 约15000元，节约工期超过10天。
53
3、桩孔壁完整性探测法应用实例 广州新白云国际机场T2航站楼交通中心
21
1、管波探测法简介
• 1、中国创造。管波探测法是在钻孔中利用“管波”这种特殊的弹性波， 探测孔旁一定范围内地质体的孔中物探方法，是“中国创造”的物探方法， 完美地解决了桩位岩溶探测的世界性关键技术难题。
• 2、高精度、高分辨能力（分米级）。有效探测范围直径大于2m，可分 辨大于0.3m的孔旁岩溶、软弱岩层及裂隙发育带，定位误差小于0.3m。
48
提纲
• 一、岩溶分布与勘察需求 • 二、岩溶精细物探方法与技术 • 三、跨孔弹性波CT法与应用 • 四、管波探测法与应用 • 五、桩孔壁完整性探测法与应用 • 六、综合应用
49
1、桩孔壁完整性探测法简介
大直径崁岩灌注桩，其桩周完整基岩的面积是抗拔 力及桩侧摩阻力计算的必要依据之一，桩周完整基 岩的面积等于桩进入完整基岩的长度与桩周长的乘 积。
（深圳地铁16号线，地下线，盾构法施工）
3、跨孔弹性波CT法 的应用（轨道交通地下线）
（深圳地铁16号线，地下线，盾构法施工）
4、跨孔弹性波CT法 的应用（超高层建筑）
深圳龙岗天安数码超高层区岩溶专项勘察）
4、跨孔弹性波CT法 的应用（超高层建筑）
深圳龙岗天安数码超高层区岩溶专项勘察）
提纲
• 一、岩溶分布与勘察需求 • 二、岩溶精细物探方法与技术 • 三、跨孔弹性波CT法与应用 • 四、管波探测法与应用 • 五、桩孔壁完整性探测法与应用 • 六、综合应用
•
岩溶发育在宏观上具有一定规律性，但微观上，岩溶形态、延伸及分布缺
乏规律。岩溶中的溶洞和溶隙，分布无序，形态奇特，极为复杂多变。对岩土
工程师来说，是充满变数的危险地带，如临深渊，如履薄冰，生怕掉进这个陷
阱。
•
即使两个钻孔相距不到1m，溶洞和溶隙的发育情况就可能完全不同。再密
的钻孔也不能真正查明它（溶洞和溶隙）的分布和形态。故遇到岩溶的问题，
35
2、管波探测法应用项目
（2）广梧高速河口至双凤段工程灰岩区桥梁桩基岩溶勘察（660桩）
36
2、管波探测法应用项目
（2）广梧高速河口至双凤段工程灰岩区桥梁桩基岩溶勘察（660桩）
37
2、管波探测法应用项目
（2）广梧高速河口至双凤段工程灰岩区桥梁桩基岩溶勘察（660桩）
38
2、管波探测法应用项目
接收点
Rn
弹性波射线
8
1、跨孔弹性波CT法简介（经历与贡献）
1、引进方法。1994年，我院与成都理工大学朱介寿教授带领的团队展开合作，严 忠琼、曹家敏、曹俊兴等老师亲自指导，曹俊兴老师亲自编写的反演程序核心 代码。
2、消化吸收
3、再创新 在设备、工艺流程、方法技术、软件、成果表达、数据挖掘等诸多方面做了大 量的创新。 1994年、雷管炸药激发、检波器串接收 1997年、电火花激发、水听器接收 1998年、多道水听器接收 2003年、可视化建模，波速影像剖面、地质解释剖面与波速影像剖面叠加显示， 快速成图 2004年，形成一套高效、精确的成套技术 2018年后，往三维展示、BIM等方向发展
目前大直径灌注桩的桩基抗拔力及桩侧摩阻力主要 依据超前钻探成果进行估算。由于超前钻探孔数有 限、钻孔垂直度不足、岩溶发育等原因，无法计算 完整基岩的真实面积。无法定量描述孔壁基岩的完 整性。
同时，桩基施工过程也可能导致部分基岩截断或移 位，改变桩侧地质情况。最终导致灌注桩的桩基抗 拔力及桩侧摩阻力无法计算，只能估算。
发明专利。
50
2、桩孔壁完整性探测法原理（管波传播理论的又一次应用）
51
2、桩孔壁完整性探测法原理
实测时间剖面与地质解释
90°方位实测剖面
135°方Fra Baidu bibliotek实测剖面
溶洞
土层 较完整基岩
较完整基岩
完整基岩
土层
溶洞
完整基岩 完整基岩
52
2、桩孔壁完整性探测法原理 实测成果
#C2-36灌注桩，抗拔桩，设计直 径1200mm，两个超前钻孔揭露岩溶十 分发育，按全断面入完整岩4m的要求， 桩长大于43.6m（桩端高程-32.56m）。
冲桩成孔至深度35.0m（高程23.96m）的过程发现，施工难度很大、 施工进展缓慢，随时有塌孔的风险。
物探测试时，设八条探测断面,测 段总高度103.0m，测得完整岩体总厚 度53.6m，计算完整岩体占比R=52%， 完整岩壁总面积25.2㎡，相当于全断 面嵌入完整岩体6.7m，满足入岩4m的 要求。
4、发扬光大 在高层建筑、高速公路、高速铁路、采空区探测、地下空间探测等方面大量应 用。总工程量超过30,000对跨孔。
9
2、跨孔弹性波CT法 的精度、分辨能力（米级）
• 精 度： 米级（跨孔间距D的 1/20至1/10）
• 分辨能力： 米级（跨孔间距D的 1/20至1/10）
跨孔间距 D 推荐小于20m，且小于孔深的1/2。
30
1、管波探测法简介 管波探测法成果的验证
31
2、管波探测法应用项目
（1）沪昆高铁长沙至昆明段（竣工后场景）约5000桩
32
2、管波探测法应用项目
(1)沪昆高铁长沙至昆明段（顾宝和勘察大师的评价）
本案例采用钻探、地震波CT和管波技术三位一体的方法探测隐伏的溶洞和溶蚀裂隙发育带。三种技 术取长补短，相互印证，相辅相成，取得了良好效果，为准确判定岩溶地区桩基持力层提供了新技 术、新方法、新思路。
42
2、管波探测法应用项目
（3）广州地铁五号线、六号线高架区间桥基岩溶勘察
43
2、管波探测法应用项目
（4）广东广佛肇高速公路桥基补充岩溶勘察（1400桩） 提前一年半建成，管波探测法为桥梁段立下汗马功劳 图为长利涌特大桥
44
2、管波探测法应用项目
（4）广东广佛肇高速公路桥基补充岩溶勘察（1400桩） 施工期场景
5
1、跨孔弹性波CT法 （精度：米 级）
2、管波探测法
（精度：分米级）
3、桩孔壁完整性探测法（精度：分米级）
6
提纲
• 一、岩溶分布与勘察需求 • 二、岩溶精细物探方法与技术 • 三、跨孔弹性波CT法与应用 • 四、管波探测法与应用 • 五、桩孔壁完整性探测法与应用 • 六、综合应用
7
1、跨孔弹性波CT法简介
26.8m~34.6m，完整基岩段 27
1、管波探测法简介 解决桩位岩溶问题的方法
根据钻孔资料设计 的桩端高程
根据管波成果设计 的桩端高程
28
1、管波探测法简介 管波与超前钻探的互动流程
暂停
29
1、管波探测法简介 管波探测法成果的验证
•验证孔4
•管波测试孔
•验证孔1
•验证孔3
•验证孔2
测试孔与验证孔的关系
操作简单，无需配备专业物探人员，一般工人即可胜任仪器现场操作 异常直观，无需配备专业物探人员，一般技术工人即可现场判断 配备成熟的解释、成图软件,无需配备专业物探人员，技术员以上技术人员即可熟练掌握
广州量米勘探科技有限公司（www.gzlmi.com）生产
25
1、管波探测法简介 管波探测实施场景
26
1、管波探测法简介 管波实测剖面与解释方法
11.0 m~16.1m，土层（含全、强风化） 16.1m~17.2m，溶蚀裂隙发育段 17.2m~19.6m，岩溶发育段 19.6m~22.3m，完整基岩段 22.3m~24.5m，岩溶发育段 24.5m~26.8m，溶蚀裂隙发育段
推荐桩端深度： 28.6m
岩溶精细物探方法与应用
2019年12月
1
提纲
• 一、岩溶分布与勘察需求 • 二、岩溶精细物探方法与技术 • 三、跨孔弹性波CT法与应用 • 四、管波探测法与应用 • 五、桩孔壁完整性探测法与应用 • 六、综合应用
2
提纲
• 一、岩溶分布与勘察需求 • 二、岩溶精细物探方法与技术 • 三、跨孔弹性波CT法与应用 • 四、管波探测法与应用 • 五、桩孔壁完整性探测法与应用 • 六、综合应用
为保险起见，业界在灌注桩桩基施工时只好采用过 长的桩基，导致施工难度大、进度慢、风险大、造 价高。
因此十分需要一种快速、准确探明大直径灌注桩孔 壁岩体完整性的探测方法。
2016年，我们发明了“灌注桩桩基施工期间同步进
行的大直径灌注桩孔壁岩体完整性探测方法”并与
广东省建筑设计研究院一同申请专利，2018年取得
3
•
岩溶（卡斯特）在我国分布广泛，全国岩溶区总面积达363万km²，占我国
陆地国土面积的1/3以上，西南的贵州、云南、广西、四川、重庆，以及中南的
湖南、湖北、广东则是我国岩溶最为发育的地区，并构成了世界上最大的连片
裸露型岩溶区。贵州省岩溶区面积占其总面积的74%、广西壮族自治区岩溶区面
积占42％、广东省占16%。
大。最小增加洞高为0.1m，最大增加洞高为5.2m，平均0.97m。 3、钻孔资料显示已经满足桩基持力层设计要求，管波探测后，发现
4.1％的桩位持力层厚度不满足设计要求，需加深。平均每桩加深5.80m 。
4、相对于一桩多孔的补勘，每桩节约勘察费用约1.2万元，660根桩 共节约勘察费用约792万元、工期缩短约16个月。
33
2、管波探测法应用项目
(1)沪昆高铁长沙至昆明段
34
2、管波探测法应用项目
（2）广梧高速河口至双凤段工程灰岩区桥梁桩基岩溶勘察（660桩）
业主统计结果： 1、钻探未揭露岩溶的桩位中，27.6％的桩位存在孔旁岩溶。岩溶最
小洞高为0.2m，最大洞高为3.8m，平均洞高为1.8m。 2、钻探揭露岩溶的桩位中， 92.3％的桩位，管波探测到的岩溶增