复杂防空洞探测技术

复杂防空洞探测技术

1地下防空洞探测由于历史原因，20世纪50年代和60年代，中国城市修建了大量的地下防空。今天,这些防空洞有相当数量已失去了当年的效用,但对于城市建设,特别是高层建筑而言,却有相当的影响。探明场地内的地下防空洞,对于施工安全,非常重要。目前,就探测地下防空洞而言,应用最为广泛的是探地雷达和高密度电阻率法。本文将通过一个复杂防空洞探测的实例,介绍高密度电阻率法在防空洞探测中的效果。2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。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ΔV,从而可求得该点(M、N中点)的视电阻率值ρs=kΔVIρs=kΔVΙ。在实际观测时,首先是一次性布好一个电极排列(图1),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,从而可得到一条完整的二维视电阻率剖面。将所得的二维视电阻率剖面传至计算机进行分析和处理,并做二维反演计算,便能获得地下介质的电阻率分布情况及电性分布特征,从而可区分地下岩土体、不良地质现象、地下埋藏物(如防空洞、管线等)的分布特征。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。我们探测使用的仪器是重庆地质仪器厂的DUK-2A型高密度电法仪,运用温施装置(介于温纳与施伦贝尔之间,以对称四极为主,MN随着AB的加大而有限加大),电极间距为1m。如无特别说明,以AB/3为解释深度。3例子研究3.1防空洞设置及布置该场地位于广州市革新路,在前期勘查时发现有防空洞存在,如图4示:共布置钻孔16个,其中有三个钻孔钻空防空洞,是1、3、16号钻孔,另有7、10号钻孔钻得防空洞洞壁。据已有钻探资料无法判定防空洞的走向、分布,需开展物探工作。3.2防空洞位置的变化为使工程顺利进行,建设方协同项目组前往人防办调阅工地区域人防资料发现:本处防空洞于20世纪50～60年代开挖建设,在本区域是一个小型的枢纽地带,成网状分布。图4中未用点填充的防空洞位置是该区段在20世纪60年代开挖防空洞时留下的手绘平面图,由于技术条件及作业习惯的限制,当时未对各点位进行测绘成图,仅依靠施工员的记忆绘制了平面图。尽管相互延伸关系准确但其实际位置相差甚远,因而必需采用物探技术探查。3.3高密度电法探测法场地钻钻探及相关资料显示,防空洞顶部埋深约5m,洞高约2m,宽约2～4m。场地表层是旧建筑拆卸时留下的不少砖石,地下水位约1～2m,不利于开展雷达探测。于是开展了高密度电法探测。为结合前期钻探资料,物探测线近网格状布置(图4),同时,每条测线至少经过2个钻孔。电极距为1m,采用温施装置(介于温纳与施仑贝尔装置)。3.4勘探结果表明的成就分析本次探测取得了很好的效果。图2、图3是本次探测的两个典型成果图。3.4.1等值线深度与防空洞图2是本次探测的试验剖面。从图2(a)可以看出,在测线上的18m、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2(b)是反演成果图,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)至少应经过两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2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异常对应,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:0.40～2.40m),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。3.4.2防空洞异常的特征图3右侧是与图2相近的防空洞异常,异常圈闭,外形与防空洞截面相近,该类防空洞异常均与测线相切。在图3左侧,出现了很规则的低阻异常:视电阻率等值线图上顶板近水平,下延较深,而在15m处与周边成垂直分界。而在反演剖面中,该异常的底部线出现,异常大体上呈规则的长方形,与防空洞的延展图相近,而且其顶底深度与区内防空洞的资料相近。查阅防空洞基础资料,推断此段为与测线平行的防空洞异常:亦即该段范围内,测线位于防空洞上方。此推断后经开挖确认。3.4.3探测成果验证在场地里布设了7条剖面,取得了良好的探测效果,结合防空洞调查资料,场地最终探测成果如图4所示。由图可见:场地内的防空洞分布极为复杂,呈网状分布。高密度电阻率法探测取得了良好效果,很好地确认了防空洞的实际分布,为场地的开挖施工提供了精确的数据,物探成果被施工所证明是准确的,从而确保了工程安全。4面图上防空洞异常的分析通过探测实践,有如下结论:1)对于复杂分布的防空洞,仅采用钻探方法是不行的,必须结合应用高密度电阻率法等物探方法进行探测。2)当测线与防空洞走向垂直时,电阻率等值线剖面图上会出现相对圈闭的防空洞异常,电阻率异常特征与防空洞截面相近;当测线位于防空洞上方且与其走向平行时,电阻率等值线剖面图上会出现相对较宽的长方形异常带,其顶底部近乎水平,与旁侧岩土层成近直立状接触。3)资料解析时综合视电阻率剖面及反演剖面的成果,将会使成果更准确。4