水利工程論文-物探技術(shù)在城市改造中的應(yīng)用.doc

水利工程論文-物探技術(shù)在城市改造中的應(yīng)用摘要：在天津市墻子河改造工程中，使用電磁法、地質(zhì)雷達(dá)等物探技術(shù)探測(cè)地下管道，取得了良好的應(yīng)用效果，為類似工程提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：物探技術(shù)電磁法地質(zhì)雷達(dá)墻子河改造工程地下管道1概況天津市墻子河改造工程是市政府2000年二十件實(shí)事之一，主要為美化津城、保護(hù)生態(tài)環(huán)境之目的，受到市民及各在津企事業(yè)單位的大力支持和歡迎，為此，我院承擔(dān)了墻子河改造工程三元村段穿堤管道的探測(cè)任務(wù)，其目的是查明穿堤管道的介質(zhì)性質(zhì)是水泥管道，還是金屬管道？探測(cè)范圍為垂直堤段地下管道長(zhǎng)約10.0m，為配合并對(duì)比垂直堤段探測(cè)結(jié)果，又在可見(jiàn)金屬管道露頭處設(shè)置電磁場(chǎng)源，順堤追蹤地下金屬管道的走向(堤頂迎水面一側(cè))，測(cè)試長(zhǎng)度約50.0m。在電磁法探測(cè)的同時(shí)，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)于垂直堤段地下管道上方順堤平行布置三條測(cè)線，線距約3.0m，單一測(cè)線長(zhǎng)度為10.0m，后又在已知金屬管道上方設(shè)置一測(cè)試斷面。2地形、地質(zhì)簡(jiǎn)況及地球物理特征2.1地形、地質(zhì)簡(jiǎn)況測(cè)試區(qū)為河堤頂面，寬約8.010.0m，現(xiàn)為簡(jiǎn)易公路，交通極為便利。堤身介質(zhì)為人工填筑土體，巖性為第四系沖洪積松散堆積物，由壤土、砂壤土、粘土等組成，局部夾有碎石或碎磚塊等雜物。穿堤管道于70年代初修建，距今已近30年，當(dāng)時(shí)的修筑圖紙及使用管材已無(wú)法查出或確定。現(xiàn)從堤頂迎水側(cè)和堤頂背水側(cè)的開(kāi)挖點(diǎn)可以看出管道面為水泥混凝土層，管徑2.0m左右，與其連接的過(guò)河管道(有露頭點(diǎn))及部分順堤管道為金屬管，直徑約為1.52.0m。2.2地球物理特征根據(jù)理論分析及以往工程經(jīng)驗(yàn)，混凝土材料的管道與金屬材料的管道之間具有很大的電磁特性差異，因此可用電磁法和地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)解決本工程的特定問(wèn)題。3工作方法與技術(shù)3.1工作布置電磁法：沿穿堤管道走向布設(shè)測(cè)線連續(xù)追蹤，后又在堤頂迎水面一側(cè)追蹤順堤地下管道。地質(zhì)雷達(dá)：垂直過(guò)堤管道順堤平行布置三條測(cè)試剖面，其中2#測(cè)線位于堤頂中心，2#測(cè)線兩側(cè)分別布設(shè)1#、3#測(cè)線且距2#測(cè)線3m左右；后又在過(guò)河金屬管道入堤處布設(shè)4#測(cè)線，取得金屬管道的地質(zhì)雷達(dá)圖像，以便與1#、2#、3#測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)剖面對(duì)比。野外工作布置見(jiàn)圖1。3.2工作方法電磁法：采用感應(yīng)方式進(jìn)行施測(cè)，為兼顧電磁感應(yīng)信號(hào)的傳播距離及其耦合分辨率，聯(lián)合使用中心頻率為8kHz和29kHz的電磁波發(fā)射，以利于探測(cè)管道的電磁耦合最大、感應(yīng)良好、傳播距離較長(zhǎng)，使地面接收機(jī)的測(cè)試信號(hào)最強(qiáng)，便于測(cè)讀和定位。使用儀器為美國(guó)DITCHWITCH科技有限公司生產(chǎn)的SUBSITE75R/T地下管線探測(cè)系統(tǒng)。地質(zhì)雷達(dá)：采用剖面法，為提高分辨率并兼顧探測(cè)深度，使用中心頻率為250MHz的屏蔽天線探測(cè)，發(fā)射、接收天線間距為0.4m。使用儀器為瑞典MALA地質(zhì)儀器公司生產(chǎn)的RAMAC/GPR地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)。3.3測(cè)試技術(shù)電磁法：根據(jù)圖1提供的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件，首先使發(fā)射機(jī)(SUBSITE75T)放在待測(cè)管道已開(kāi)挖的出露點(diǎn)上(兩開(kāi)挖出露點(diǎn)均進(jìn)行了測(cè)試，見(jiàn)圖1中#、#開(kāi)挖點(diǎn))，并發(fā)射一定頻率的電磁波，應(yīng)用接收機(jī)(SUBSITE75R)在待測(cè)管道走向的上方接收電磁波，使其左右走動(dòng)，若有接收信號(hào)且強(qiáng)度最大時(shí)，即為金屬管道，接收信號(hào)的最大位置為地下金屬管道的平面位置；如若沒(méi)有接收信號(hào)，說(shuō)明地下管道為水泥混凝土材質(zhì)。然后使發(fā)射機(jī)(SUBSITE75T)放在過(guò)河金屬管道的出露點(diǎn)上(靠近迎水面一側(cè)的堤肩下坡處)，并發(fā)射一定頻率的電磁波，應(yīng)用接收機(jī)(SUBSITE75R)在待測(cè)管道走向的上方接收電磁波，使其左右走動(dòng)，若有接收信號(hào)且強(qiáng)度最大時(shí)，即為金屬管道，接收信號(hào)的最大位置為地下金屬管道的平面位置，按照上述測(cè)試方法并遠(yuǎn)離發(fā)射信號(hào)點(diǎn)重新探測(cè)和定位(對(duì)于該管徑的金屬管此頻率的電磁信號(hào)有效傳播距離與管道周圍介質(zhì)的物性有關(guān))，兩點(diǎn)連線即為地下金屬管的走向。在本工程的特定條件下(探測(cè)地下管道長(zhǎng)度很短)，當(dāng)沒(méi)有接受信號(hào)時(shí)，說(shuō)明地下管道已變?yōu)樗嗷炷敛馁|(zhì)。地質(zhì)雷達(dá)：首先在穿堤管道上方布置3條測(cè)線(見(jiàn)圖1)進(jìn)行測(cè)試，以層析地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征；為確定地下金屬管道在地質(zhì)雷達(dá)圖像上的特征，又在已知金屬管道上方布置雷達(dá)測(cè)試剖面(圖1中4#測(cè)線)。由野外獲得的雷達(dá)原始資料，使用RADPRO軟件進(jìn)行處理，處理流程為直流調(diào)整、增益恢復(fù)、帶通濾波、道平均、道間均衡、動(dòng)校正等，以壓制余振、干擾并突出異常之目的。在一定發(fā)射功率下，地質(zhì)雷達(dá)反射波的振幅、頻率主要取決于介質(zhì)接觸界面的反射系數(shù)和被穿透介質(zhì)的衰減系數(shù)。反射系數(shù)主要取決于界面兩側(cè)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，而衰減系數(shù)與界面兩側(cè)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和電阻率有關(guān)。電磁波在有耗介質(zhì)中傳播時(shí)，其反射特征如下：界面兩側(cè)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)差異越大則反射能量越強(qiáng)；反之，反射能量越弱。被穿透介質(zhì)的電阻率低、相對(duì)介電常數(shù)大，則電磁波衰減劇烈，反射波以窄、細(xì)同相軸出現(xiàn)，波幅較?。环粗?，反射波以寬、粗同相軸出現(xiàn)，波幅較大。介質(zhì)松散或存在有蜂窩、空隙或結(jié)構(gòu)面時(shí)，將在其異常處發(fā)生反射或散射，地質(zhì)雷達(dá)反射圖像雜亂、無(wú)明顯連續(xù)的同相軸或出現(xiàn)雙曲線型、線型反射；反之，反射波同相軸連續(xù)、穩(wěn)定，易追蹤。當(dāng)介質(zhì)中存在有金屬物時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)圖像上將出現(xiàn)強(qiáng)反射弧。4測(cè)試結(jié)果電磁法：當(dāng)發(fā)射機(jī)放在#開(kāi)挖出露點(diǎn)發(fā)射電磁波時(shí)，其穿堤管道走向上方的接收機(jī)未能接收到任何信號(hào)，推測(cè)該穿堤地下管道為水泥混凝土材質(zhì)；當(dāng)發(fā)射機(jī)放在#開(kāi)挖出露點(diǎn)發(fā)射電磁波時(shí)，其穿堤管道走向上方的接收機(jī)距#開(kāi)挖出露點(diǎn)14.5m內(nèi)均接收到較強(qiáng)的電磁信號(hào)，同比信號(hào)強(qiáng)度為6070，推測(cè)該段穿堤地下管道為金屬材質(zhì)；而接收機(jī)距#開(kāi)挖出露點(diǎn)大于4.5m到#開(kāi)挖出露點(diǎn)范圍內(nèi)，接收到很弱的電磁信號(hào)，同比信號(hào)強(qiáng)度為2030，推測(cè)該穿堤地下管道為水泥混凝土材質(zhì)。當(dāng)發(fā)射機(jī)放在過(guò)河金屬管道的出露點(diǎn)時(shí)(靠近迎水面一側(cè)的堤肩下坡處)，接收機(jī)在待測(cè)管道走向的上方接收到很強(qiáng)的電磁信號(hào)，接收信號(hào)最強(qiáng)的位置為順堤地下金屬管道的平面位置，按照上述測(cè)試方法在不到穿堤管道處并遠(yuǎn)離發(fā)射信號(hào)點(diǎn)重新探測(cè)時(shí)，所接受到的電磁信號(hào)很強(qiáng)，且可以定位，兩點(diǎn)連線與已知順堤地下金屬管道走向一致。當(dāng)重新測(cè)試線位于穿堤地下管道走向上方時(shí)，接收機(jī)距#開(kāi)挖出露點(diǎn)14.5m內(nèi)接收到較強(qiáng)的電磁信號(hào)，同比信號(hào)強(qiáng)度為6070，推測(cè)該段穿堤地下管道為金屬材質(zhì)；而接收機(jī)距#開(kāi)挖出露點(diǎn)大于4.5m到#開(kāi)挖出露點(diǎn)范圍內(nèi)，接收到很弱的電磁信號(hào)，同比信號(hào)強(qiáng)度為2030，推測(cè)該穿堤地下管道為水泥混凝土材質(zhì)(對(duì)電磁信號(hào)的傳導(dǎo)很差)。地質(zhì)雷達(dá)：綜合對(duì)比分析1#、2#、3#、4#測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)圖像，可把其分為三類：1#測(cè)線雷達(dá)圖像；2#和3#測(cè)線雷達(dá)圖像；4#測(cè)線雷達(dá)圖像。下面分述其特征：1#測(cè)線雷達(dá)圖像：圖中反射同相軸變化較小，一般可連續(xù)追蹤，只有在該剖面中間測(cè)點(diǎn)5m處第三同相軸(15ns)出現(xiàn)雙曲型反射同相軸，但幅值較小，不利于分辨，說(shuō)明兩測(cè)線地面以下不存在金屬管道的反射特征。2#和3#測(cè)線雷達(dá)圖像：圖中反射同相軸變化較大，一般可追蹤，在該剖面中間測(cè)點(diǎn)5m處第二同相軸和第三同相軸間(820ns)出現(xiàn)一板狀?yuàn)A層，推測(cè)為混凝土蓋板；該層以下(2040ns)反射同相軸變化較大，且有弧狀反射，強(qiáng)度較大，易于分辨，說(shuō)明此測(cè)線地面以下存在金屬管道的反射特征。4#測(cè)線雷達(dá)圖像：為已知金屬管道上方地質(zhì)雷達(dá)圖像，圖中反射同相軸變化較大，可連續(xù)追蹤，在該剖面中間測(cè)點(diǎn)1m處第三同相軸(15ns)以下出現(xiàn)強(qiáng)弧狀反射同相軸，強(qiáng)度很大，易于分辨，可利用此特征劃分地面以下是否存在金屬管道。5結(jié)論綜合電磁法、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果可以得出：穿堤地下管道由金屬管和水泥混凝土管兩部分組成，且地下金