创新推广项目 | 综合物探手段在轨道交通复杂场地勘察中的应用研究

完成单位：

北京城建勘测设计研究院有限责任公司

主要完成人：

庞炜、黄溯航、刘满林、谢峰、曹飞、李佩、刘丹、郭红梅、周玉凤、孙常青

1. 关键技术内容及技术路线

关键技术内容

针对在轨道交通勘察工作中面临一些难点，如复杂地质条件（断裂、岩溶带、采空区等）、复杂场地环境条件（钻探无法进场）等情况，确定此次研究工作的关键技术内容为：利用综合地球物理方法探测复杂地段的地质情况，反演地质剖面，为设计提供地质依据。其中最为关键的是研究和试验不同物探方法的适用性以及物探数据解释与反演的准确性。

>> 利用高密度、微动等综合物探方法探测断层构造

>> 利用超高密度电法、地质雷达、浅层地震、声波透视CT等综合物探方法查明岩溶不良地质情况

>> 利用瞬变电磁、跨孔波速等综合物探方法探测采空塌陷区

>> 利用微动等物探方法解决了场地条件限制，钻机设备不能进场施工的难题

技术路线

通过搜集资料、综合研究、外业测试、资料处理等技术路线对城市轨道交通工程综合物探方法进行研究，综合对比分析了多种方法在工程勘察中的应用，总结了各个方法的优缺点。为物探方法在城市轨道交通中探测隐伏断层、岩溶洞穴，采空区等方面成为主要手段，进一步加大应用，发挥更大作用具有十分重要的意义。

技术路线图

2. 在环保、节能、创新方面的指标

此次项目研究的目的主要是解决在复杂地质条件下需要测得连续剖面，场地无法协调和钻机无法就位问题，最终为了能够实现取代部分钻探，得到可靠结论。由于物探设备的体积小，效率高，属于科技集合的一种间接探测的手段，无噪音和排放，无需打孔破坏，相比于钻机更加环保和节能。物探技术作为辅助手段可以弥补传统钻探中以点带面的困扰，是勘察辅助手段的有效补充。当遇到断层构造、岩溶、采空区等不良地质条件时，综合物探手段的使用可以提高地质探查结果的解释精度。

高密度电法电阻率断面立体示意图

3. 主要技术特点和创新点

1）首次对第四系覆盖层活动断裂进行了研究。

2）首次在地铁勘察工作中应用绿色环保、节能省时的微动探测技术和高密度电法对活动断裂进行探测，并取得了良好效果，查清了断裂的类型、宽度、走向、倾向、倾角、精确位置。提出了一套在城市轨道交通勘察工作中对断裂勘察实用而有效的综合物探新方法。

3）工作思路清晰、技术路线明确，从轨道交通建设的工程角度，以全新的视角系统深入研究和分析微动探测、陆地声纳及钻孔电视技术国际先进物探手段在轨道交通岩溶探测中的应用。经钻探验证，效果良好，为城市轨道交通岩溶勘察提供了新颖的工作方法。

4）首次将瞬变电磁、跨孔波速等勘探方法应用于轨道交通穿越采空塌陷区的工程类项目。

5）采用微动探测技术，解决了由于场地条件限制，钻机设备不能进场施工的难题，为无法拆迁征地的路段地铁勘察提供了解决方案。

南口-孙河F1-2断裂微动视S波速度剖面图

1. 使用效果评价

地铁、轻轨城市轨道交通是城市公共交通的骨干，有节能、省地、运量大、全天候等特点，有能力的大城市正在加快建设。地铁、轻轨建设过程中经常遇到的各种问题，其中断裂构造，岩溶，采空区等造成的后果最为严重，如果这些问题能在早期的勘察当中被勘察及时发现，并采取措施可以为后续地铁建设节省大量的时间和费用。物探技术作为一种快速有效的辅助勘察手段在轨道交通勘察中起到了越来越重要的作用。

2. 市场需求分析

本次研究成果可在全国的房建、市政及大型地下工程建设中推广应用，其研究思路、工作方法以及采用的先进技术手段，在全国的轨道交通及地下工程建设中具有较好的应用前景。

此外，在轨道交通勘察中，会经常遇到场地无法协调或钻机无法就位的问题，并且钻机打孔费用高，存在环境破坏和大量排放，并且成果只能代表钻孔局部，钻孔剖面连线必定会导致大量地质信息漏失，无法完全覆盖线路地层情况，因此市场急需一种手段能够解决这些问题，市场需求很大。

综合物探手段可以很好地解决这些问题，目前物探存在的较突出的问题是解释的准确性，因此，如果能够实现物探解译的科学与准确，并通过此次研究，积极推进行业规范的修编，市场必定广阔且向好。

3. 与国内外同类产品或技术的竞争力分析，成果产业化前景分析

地球物理探测经过几十年的发展，原理和基础理论十分完善，国内外仪器差别不是很大，此次项目研究采用的仪器既有国内生产的也有国外进口，因此而设备较为领先。本次研究所采用的微动探测、瞬变电磁、声波透视CT等综合物探手段取得了良好的效果，为城市轨道交通勘察提供了新颖的工作方法，可以促进轨道交通勘察从业单位调整其技术结构，提高了勘察技术含量，推动了勘察行业的发展。

目前在轨道交通勘察中，物探始终在辅助的角色上发挥力量，而随着设备的越发先进，成果越发准确，未来将综合物探手段的服务对象进一步扩大，工作进一步流程化、标准化，可解决各种地质问题如岩溶探查、断裂探测、空洞普查、地层探查、基岩面查询、场地分类、场地卓越周期、地下水流速流向、边坡稳定性分析等多种工程地质、环境地质和地灾问题。将此手段产品化、产业化的前景很好。

本项目具有较强的针对性，并凭借我院多年来的地铁及地下工程的勘察经验，在满足规范要求并保证评价准确的前提下在较短的时间内完成了研究工作，且本项目研究成果能够大大的降低勘察成本，物探手段在生产中耗费设备费用、人力成本和交通费用，设备一次购置多次使用，并且轻便便携，相比钻机打孔，能够大大的节约成本。

研究成果为全国轨道交通线网规划阶段的设计工作提供复杂地质方面的技术支撑，实现轨道交通和谐、安全、平稳、快速建设，促进区域经济又快又好发展，为建设安全和谐轨道交通提供有力保障。

物探工作基本不用破坏路面，零排放，因此不会污染和破坏环境。工作过程中基本没有噪音，而且效率高，工作时间较钻机要短的多，不会扰民。从钻探到物探的演变是由粗笨重到高精尖的科技型勘察的转变，综合多方面表明，物探手段完全符合可持续发展的国策，具有较高的社会效益。