城市地下目的物无损探测技术

城市地下目的物无损探测技术

随着城市建设的全面发展，城市地下目（如地下管道、防空、地铁等）的安全已成为城市建设的中心主题之一。要有效保护,其首要的步骤就是对这些目的物进行准确探测,而这种探测必须是无损的,这就要用到城市地球物理探测技术,高密度电阻率法是其中之一。一直以来,高密度电阻率法在城市中的探测主要应用于新建区域的地质勘查、水文勘查中,而对城市区域中的应用研究开展得较少。实际上,在城市中,应用高密度电阻率法进行地下目的物的探测也是很有效的。1高密度电阻率法高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的电阻率差异,其原理已为人所共知。和常规电阻率法一样,它也是通过A、B极向地下供电流I,然后在M、N极测量电位差V,从而可求得该点(M、N中点)的视电阻率值。与常规电阻率法不同的是,在实际观测时,首先是一次性布好一个电极排列,然后按特定的装置方式(如Wenner,Dipole-Dipole,Differential等),通过特定的电极转换装置依次测量该剖面上不同位置、不同深度处的视电阻率值,可得到一条完整的二维视电阻率图剖面,从而大大提高了工作效率,同时也提高了探测能力。高密度电阻率法已经在工程勘察、考古勘测等各专业领域中广泛应用。在城市探测中,难点在于接地条件改善的问题,需采用有效的接地改善方法确保能正常供电,从而确保探测数据的可靠性。2例子研究2.1暗渠和暗渠的对比分析—地下管渠的探测近年来,广州市开展了规模较大的污染源调查工作。其中排水管网的探测与测量是非常重要的一环。但在不少地段,由于后续施工、开挖等因素,导致窨井被埋或被毁,如果连续有多个窨井无法定位的话,排水管渠的位置就需要采用物探技术进行定位、定深。图1就是在此工程中探测到的一条排水渠(尺寸为3000mm×3000mm)的成果。该剖面是在一窨井(从井中可直接测量排水渠的位置、埋深、大小)旁直接观测的。由图可以看到:电阻率等值线图上在25.5m处出现了明显的异常,其视电阻率断面呈高阻特征,深度3~7m处的形状呈现出方形的特征,异常的位置及形状均与暗渠的实际情况非常接近。从窨井中了解到,方渠由混凝土制作而成,渠中水流仅不足1/3。因此,电阻率特征呈现出标准的方形高阻特征。从该图还可以了解到:尽管水渠埋深为3m,但实际上电阻率曲线从最浅层就已经出现异常,表层的低阻等值线在此处断开,从而导致下伏的高阻等值线在此处形成漏斗状,从物性上看,应该是方渠的混凝土材质对电流的排斥所引起。在其后的探测中,该特征也成为探测排水管渠的一项重要判断特征。图2显示的是探测排水管的成果剖面,这是一条直径800mm的运水过江进入污水厂的压力管,一般没有窨井。过江处,其材质为钢管,尽管埋藏很深,但尚可以用金属管线仪进行探测。但过江后,管线的材质就变为混凝土,金属管线仪无法进行定位定深,由于埋藏相对较深,地质雷达的探测效果也不理想。我们进行了高密度电法探测。图2显示测线上23.5m处,等值线出现异常,从表层至3m深处,表层等值线断开,出现了漏斗状异常,在3~4m处的高值等值线在此处明显向上弯曲,显示出该处有高阻体存在,因此判定该处是要探测的排水管。后经钎探确认了该处管道的存在,其埋藏位置与深度均与解释相符。2.2家庭内部防空洞图2图3是防空洞探测中的成果剖面。从图3a可以看出,在测线上的18、32m等处有明显的有规律的低阻圈闭异常,其形态、顶部埋深(以AB/2解释探测深度)都与所了解的防空洞相近。图3b是反演成果,相应位置的异常圈闭度更好,其底部的深度与防空洞资料很近。从人防部门的存档调查资料看,该测线(由西向东布测)至少应经过2个南北向延伸的防空洞,且西部的防空洞宽度约2m,要小于东部的防空洞(宽约4m),这些特征都与图3的等值线图像非常接近。也就是说,等值线中的低阻圈闭异常与防空洞资料对应,可在印象中,防空洞是空的,其地电特性应该是高阻的,为什么如此?从钻探资料揭示,防空洞是由砖砼围砌的,从电性上看,砖砼的电阻率是低于中风化、微风化围岩的,而且由于场区地下水位很浅(据钻探报告为0.4~2.4m),在本次物探工作之前、之间均有强降雨,根据以前的防空洞探测经验,年代久远的防空洞极易出现渗水、渗泥现象,这些都直接导致大多数防空洞的电性异常为低阻特征,从电阻率等值线图看,防空洞低阻异常继续向深部延展,也揭示出在防空洞下部同样有渗水现象发生。2.3排水池的垂直剖面位置广州市地铁施工行进至某工厂时,调查得知该厂曾在设计线路附近设有一排水池,由于水池埋设已近40年,地表无出露,至今已无详实可靠的资料。据知情人介绍,其规模约在10m×10m×10m,对于即将开始的地铁施工而言,其风险是可想而知的。为确保地铁施工的进行,必需对其进行准确探测定位。由于地表、征地等条件的限制,采用钻探、开挖方式均不可行,故需采用物探方法进场工作,其目的是查找地下水池的位置及埋深,为地铁的施工设计提供依据。由于场地上布满灌木式的绿化,采用探地雷达也无法进行施测,于是选用了高密度电阻率法。图4是在2条互相垂直的测线上探测到的成果。从图4a中可以看到,在测线17~24m处,从上至下出现了明显的低阻异常带,在该低阻异常带的两侧,出现了“八”字形高阻异常的特征,这是浅地表高阻体呈现出的异常特征,其根源是排水池周边是高阻的水泥围壁,对电流有明显的排斥作用,采集到的是低阻异常与“八”字高阻伴生异常。图4b是与图4a测线垂直的方向上所获得的成果,由于该方向地形条件所限,测线无法向左延伸,以至于排水池异常无法置于剖面中间,但从图中依然可看出与图4a相似的地电特征,在测线2~11m处,出现了明显的低阻异常带,而在该低阻异常带的两侧(包括断面右下部),呈现出高阻的特征。因此,在两个垂直的方向上都能直观地探测出排水池的水平位置及顶底大小,从而给地铁施工提出了可靠的警示。相关施工设计单位依据探测成果,采取了相应的保护措施,至今,该段地铁的施工已经顺利完工。2.4密度电阻率法为配合地铁工程的规划验收,必须对已建成的地铁构筑物进行定位探测。图5是在地铁验收中采用高密度电阻率法探测到的一条实测剖面。图左部有一明显的圈闭低阻异常,地铁竣工资料显示为地铁污水处理池,高约4m,宽约6m,低阻圈闭异常的范围与之相适应。在图的中央,出现了较大范围的低阻异常,该低阻异常两侧有规律对称的高阻伴生异常,据现场调查,该异常与地铁过街通道位置对应。3地下目的物探测(1)高密度电阻率法在在城市地下目的物的探测中是有明显效果的,其成果具有直观的特点,在视电阻率断面图上相应目的物异常与所探目的物的外形基本相近。(2)探测地下排水管渠及相关浅埋地下目的物时,电阻率断面常常会在表层即有相应的异常反应,在深度解释时应引起注意。(3)实践证明:对于文中所述的浅层目的物探测,视电阻率断面也可以基本满足探测要求。当然,在资料解析时,如能综合视电阻率剖面