物探法在工程勘查中的应用

所属栏目:矿业论文 发布日期:2011-07-06 17:16 热度:

  摘要:本文针对实际工作,论述了管线探测和地质雷达技术在勘探工作中的应用。
  关键词:物探法,管线探测,地质雷达
  
  1、前言
  物探是通过观测和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘查方法。被判定的目的体与周围介质在物理状态(含水率、破碎程度)和物理性质(导电性、弹性波传播速度÷磁性)方面有显著差异是其物理基础。某些方法在工程勘查中已广泛应用,如单孔法测试土层剪切波速,反射波法检测桩身混凝土的完整性等。
  在大面积市政工程勘察中,管线测试和地质雷达技术的应用也越来越多。它的突出特点是能经济而迅速地探测大面积的地下管线和不良地质异常体(如坑、沟、坟、软弱层等),且对被测目标体无损害。在我市污水处理厂厂区及截流管道沿线管线及地下障碍物普查、廊坊市供水管网普查工程中主要应用了以上两项技术。
  2.工程概况
  拟建廊坊市污水处理厂位于廊坊市东南中孟各庄以南,五干渠西侧,占地约70000m2,污水截流管线有三条,其中一条穿越京沪铁路至五干渠,再流向污水处理厂,总长约3000m,污水管线穿越铁路,地物复杂,地下管线纵横,线路埋设时间早,深浅不一,有的已改道,旧线仍存在,无准确图纸资料和地面标志;厂区面积大,也可能存在地下管线或不良地质体(如古墓葬、古河道、坑、坟、洞等)。探测的主要任务是:一、查明沿线40m宽度范围和厂区管线分布情况;二、查明厂区内可能存在的地质异常体。探测中涉及到的地层主要为表层人工填土和第四系全新统河流冲积夹湖积相粉土与粘性土交互沉积。
  3、方法技术
  金属管线,有良好的导电性,且与周围介质存在很大的电性差异,采用管线仪进行探测;对非金属管线和不良地质体,则采用地质雷达探测。
  (1)管线测试应用的是频率域电磁感应法。当地下电缆线有金属外层屏蔽且和大地相接时,在地面上用交变电磁场进行激发,在电缆的导电屏蔽层与大地之间所形成的回路中,即电缆屏蔽-大地-电缆-屏蔽的回路中将有二次电流通过,此时,电缆屏蔽层聚集了周围的电流,如同在电缆附近形成一个线电流源。在地面上探测二次电磁异常,便可确定地下管线的空间位置及分布。
  这种方法有如下几个方面的优点,1电磁法即可利用天然场源,也可利用人工场源,再加上工作频率可选,因此,抗干扰、压制干扰异常体的能力强;2电磁场作用下的地下管线的等效异常源,绝大多数情况属线性源,因此与其它方法(如磁测法)相比,探测深度大。
  根据管线密集程度、相互干扰程度及周围环境因素影响等,分别采用以下3种方法进行探测:
  A、感应法:在地下管线分布较为简单,且没有出露点时采用此方法。即将发射机设置在目标管线上方或目标管线露头上,发出一定频率的电磁波,接收机与发射机同步移动,或发射机不动,接收机以发射机为圆心进行扫描探测,二此次电磁异常,以确定导线位置。
  B、直接法(充电法):在周围信号强或管线复杂地段采用此方法。即将发射机输出端与目标管线相连接,另一端与接地电极连接,或用长导线将发射机输出线两端与目标管线两个相距较远的露头连接,以查询中间地段的管线分布情况。
  C、夹钳法:主要针对一些外层有屏蔽的金属导线,如通信电缆、电力电缆等。主要方法是将反射信号夹钳直接套在目标管线上,通入一定频率的交流电,然后用接收机追寻探测感应电流。
  (2)地质雷达
  地质雷达是利用高频电磁波束的反射,来探测地下目的体,地质雷达所用的电磁波频段较宽,属分类波(UHF),电磁波以短脉冲形式,由地面向下入射,经发射后回到地面,需时t=2z/v
  式中:z为波所遇到的反射面的深度
  v为波在地下介质中的传输速度,也等于
  v=c/ε
  式中:c为光速
  ε为地下介质的介电常数相对值
  测量式,发射天线与接收天线以固定间隔站测成同步移动,测量信号通过控制单元传输导计算机屏幕上。
  4、仪表设备
  管线仪为英国雷达公司生产的RD-409PL型管线表,由发射装置和接收装置组成,测量参数较高,不仅可测定8khz和33khz,还可以直接探测动力电缆(1点)的50-60hz和15-30hz的超低频,探测深度可达6米左右。
  地质雷达为瑞典码拉科学仪器有限公司的PAMC/GPR地质探地雷达。
  5、成果解释
  经实际探测,完成了污水截流管线沿线3000m长40m宽范围内的管线测试;厂区管线测试采用”S”型轨迹测量法将厂区覆盖一次,并布置地质雷达测线20条,剖面总长度4000m。
  管线测试结果,厂区内未发现影响施工的重要管线,地质雷达显示的地面下2~3.5m深度异常体与钻探和触探资料相印证,为淤泥质软土,能较准确度的反应其空间分布情况,为地基处理与基础设计决策提供详实的依据;沿线测试有着重要影响的管线成果如下表:
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