跨孔電阻率CT法在城市工程物探中的作用,職稱論文

跨孔電阻率CT法在城市工程物探中的作用,職稱論文內(nèi)容摘要：為預(yù)估由地下管道破損所引起的地下塌陷區(qū)域，引入了多通道跨孔電阻率CT法，對市區(qū)兩處地下塌空區(qū)進行了檢測應(yīng)用。實際應(yīng)用案例表示清楚該方式方法對地下塌空區(qū)的檢測具有較好的辨別效果，在檢測環(huán)境限制眾多的城市工程物探中具有一定的實用性、有效性及高效性。同時該方式方法不僅可應(yīng)用于塌空區(qū)檢測，可以推廣至防空洞檢測、地下大深管線檢測等的應(yīng)用場景。本文關(guān)鍵詞語：塌空區(qū)；跨孔電阻率CT法；城市工程物探；Abstract:Inordertoestimatethescopeofundergroundcollapsearea,themulti-channelcrossholeresistivityCTmethodisintroducedtodetecttwoundergroundcollapseareasinurbanarea.Thepracticalapplicationcasesshowthatthemethodhasagoodabilitytodetecttheundergroundcollapsearea,andiseffectiveandefficient,especiallyinthoseprojectswithmanyenvironmentalrestrictions.Atthesametime,themethodcannotonlybeappliedtothedetectionofcollapsearea,butalsobeextendedtotheapplicationofshelterdetectionandundergroundpipelinedetection.Keyword:collapsearea;cross-holeresistivityCTmethod;urbanengineeringgeophysicalexploration;現(xiàn)前階段城市雨污水管道服役多年，部分管道已出現(xiàn)破損現(xiàn)象，導(dǎo)致局部滲漏進而導(dǎo)致水土流失構(gòu)成地下塌空區(qū)。塌空區(qū)會引發(fā)地面沉降，對建設(shè)在其上部的構(gòu)造會造成較大的影響，構(gòu)成安全隱患。因此需要及時采用相應(yīng)措施對塌空區(qū)進行加固處理。如對塌空區(qū)的分布范圍有初步了解，則能迅速制定較為經(jīng)濟合理的處理方案。針對地下塌空區(qū)檢測，現(xiàn)前階段可采用地面高密度電阻率法進行檢測，但在城市工程物探中由于場地限制，高密度電阻率法測線長度受限，進而導(dǎo)致檢測深度達不到預(yù)期目的?？缈纂娮杪蔆T法最早是從醫(yī)學(xué)引入的，也是具備探測高分辨率地層參數(shù)信息的電阻率層析成像技術(shù)。該技術(shù)與地面高密度電阻率法一樣，均是基于電阻率法的物探方式方法，在地質(zhì)勘察、超前地質(zhì)預(yù)報和水文地質(zhì)工程等領(lǐng)域應(yīng)用較多。李紅立等〔2018〕使用跨孔電阻率CT法先后完成了軌道交通建設(shè)中的溶洞探測、花崗巖球狀風(fēng)化體的探測試驗研究，均獲得了較好的應(yīng)用效果；高召寧等〔2018〕在煤層底板采動毀壞帶演化經(jīng)過的監(jiān)測中應(yīng)用了該技術(shù)，探尋求索了該技術(shù)在煤礦底板突水預(yù)測和防治中的應(yīng)用。王俊超等〔2020〕采用不同裝置的跨孔電阻率CT法進行探測孤石的物理模型比照試驗研究；李術(shù)才等〔2021〕研究二維電阻率跨孔CT法的探測理論，并做了一些改良。在這種情況下，可采用跨孔電阻率CT法于塌空區(qū)四周布設(shè)測孔，獲取各測孔間的電阻率數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理和軟件反演得到相應(yīng)的電阻率CT剖面，進行分析和解釋并判定塌空區(qū)在地下空間的分布情況。本次工作結(jié)合城區(qū)兩處工程應(yīng)用項目，根據(jù)工區(qū)的場地條件，選用跨孔電阻率CT法對上述塌空區(qū)進行檢測，獲得的技術(shù)成果可為業(yè)主及施工方的后期加固提供技術(shù)支撐。本文首先介紹了跨孔電阻率CT法的基本原理和工作流程，通過實際應(yīng)用準確查明了地下塌空區(qū)的位置和展布情況，并通過后期加固及觀測進行驗證，證明了該方式方法具有良好的應(yīng)用效果。1工程大概情況為了驗證跨孔電阻率CT法在城市工程物探中的適用性，結(jié)合兩處工程應(yīng)用，開展了跨孔電阻率CT法對地下塌空區(qū)的檢測。工程1位于市區(qū)某下立交通道附近〔后簡稱A區(qū)〕，該通道下方存在一根800雨水管東西向橫穿該通道后在側(cè)壁外側(cè)附近轉(zhuǎn)折向南平行于通道敷設(shè)，由于建設(shè)時間長遠，揣測管道轉(zhuǎn)折處接頭發(fā)生滲漏引起地表局部沉降。工程2位于某小區(qū)住宅樓西北角附近〔后簡稱B區(qū)〕，該住宅樓西北角下方存在一根廢棄3600雨水管斜穿該樓。據(jù)現(xiàn)場踏勘及詢問得知，該住宅樓在以往施工經(jīng)過中曾有樁基施工造成的雨水管破損，后續(xù)未采取修補措施。據(jù)此揣測隨時間推移，該住宅樓西北角處水土從雨水管破損處流失，后因連日陰雨天氣導(dǎo)致流失速度較大，造成該樓西北角出現(xiàn)局部沉降，地表出現(xiàn)塌陷凹坑。兩處檢測工程的場地示意如此圖1所示。圖1兩處工程測區(qū)位置的平面示意圖2工作方式方法由圖1可知，兩處塌空區(qū)周邊場地均較為局限，考慮到探明塌空區(qū)所需的深度范圍，經(jīng)過對物探方式方法的原理進行比照研究后，確定采用跨孔電阻率CT法進行檢測。本工程采用超高密度直流電法勘探儀來開展跨孔電阻率CT法檢測工作〔李紅立等，2018;胡讓全等，2020;師學(xué)明等，2021〕?？缈纂娮杪蔆T法是高密度電阻率法的一種技術(shù)改良，其方式方法原理同高密度電阻率法，均以地下介質(zhì)的電性差異為應(yīng)用基礎(chǔ)，通過研究與電性有關(guān)的人工直流電場分布規(guī)律，到達探測地質(zhì)構(gòu)造和尋找礦產(chǎn)資源的地球物理勘探方式方法?？缈纂娮杪蔆T法主要通過將帶有等間距、具有收發(fā)功能的電極的多芯電纜同時布設(shè)在相對的兩井〔或鉆孔〕中，多芯電纜分別連接地面儀器，兩井內(nèi)的電極構(gòu)成井間電極陣如此圖2所示〔李清松，2005〕。在實際檢測應(yīng)用中，依次通過單電極供電、其余電極接收的方式，通過孔孔透視對穿的觀測形式，順序完成所有電極的發(fā)射和接收，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和反演后，得到孔間地下電阻率的剖面。最后綜合地下地質(zhì)資料和現(xiàn)場踏勘情況，對上述反演結(jié)果進行解釋，以判定異常區(qū)域的分布范圍。電極距及孔間距根據(jù)要求到達的分辨率和所要探測的目的體的規(guī)模和深度靈敏把握。圖2跨孔電阻率CT法的井間電極陣示意圖相比地面高密度電阻率法，跨孔電阻率CT法的探測電極更接近勘探目的體，其采集信息是地電異常體的直接反映。另外，由于是多對電極收發(fā)，相比而言，其采集的數(shù)據(jù)量特別豐富，可獲取與孔間介質(zhì)地電構(gòu)造密切相關(guān)的海量有效信息，同時由于電極均位于地下井內(nèi)，有效避開了地表各類高頻率的電磁干擾，更有利于獲得良好的精細探測效果。3工作布置由于本次工程場地限制，地面高密度電法測線布設(shè)的長度受限，使得檢測深度較淺，不知足本次檢測深度要求，因此在前述兩處工地采用跨孔電阻率CT法開展檢測工作。本次檢測于A區(qū)沉降區(qū)布設(shè)電阻率CT法測孔4個，呈T字形分布，采集電阻率CT剖面3個，分別為剖面2-1、剖面3-1、剖面1-4;于B區(qū)住宅樓西北角兩側(cè)對稱布置測孔4個，呈梯形狀分布，采集電阻率CT剖面2個，分別為剖面1-4、剖面2-3.詳細孔位分布如此圖3所示。圖3兩處工區(qū)的測孔位置平面示意圖4探測結(jié)果與分析將采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并采用配套軟件反演后，得到相應(yīng)的跨孔電阻率CT電阻率剖面。華而不實，A區(qū)剖面2-1、剖面3-1、剖面1-4對應(yīng)的電阻率CT剖面如此圖4所示。圖4A區(qū)各測孔的跨孔電阻率CT剖面圖如此圖4所示，各電阻率CT剖面中的黑色圈內(nèi)均為電阻率異常區(qū)域，異常區(qū)域埋深位于8m~10m,且異常反響數(shù)值相近，結(jié)合雨水管埋深約10m的信息，斷定黑色圈內(nèi)區(qū)域為塌陷區(qū)域。對于剖面從深度6m往上的相對高阻異常區(qū)，經(jīng)查看，是由于在檢測工作施行前，施工方對地下6m以上區(qū)域注入水泥漿進行加固后所造成的異常。由于前期的加固工作對于塌空區(qū)的深度認識不夠，致使經(jīng)過該次加固工作后，該工區(qū)的地表仍然繼續(xù)出現(xiàn)沉降。在經(jīng)本次檢測確定了空洞的地下分布情況后，施工方加大了加固深度進行再次施工工作。最終地下塌陷區(qū)得到良好修補，經(jīng)持續(xù)觀測，地表未進一步沉降。B區(qū)剖面1-4、剖面2-3得到的電阻率CT剖面如此圖5所示。如此圖5所示，電阻率剖面1-4和剖面2-3在圈定區(qū)域內(nèi)存在明顯的電阻率異常，異常區(qū)域均表現(xiàn)為上部較大，下部較小的形狀，所處深度位置一致。結(jié)合破損雨水管的深度約6m和地表塌陷部分的尺寸信息，可斷定塌空區(qū)位于黑色圈定區(qū)域內(nèi)。圖5B區(qū)各測孔的跨孔電阻率CT剖面圖在確定該塌空區(qū)在地下分布的情況后，施工方根據(jù)檢測結(jié)果對該區(qū)域進行了灌漿填補工作，經(jīng)持續(xù)觀測，地表未進一步沉降。5結(jié)束語通過跨孔電阻率CT法在本工程內(nèi)兩個區(qū)域塌空區(qū)檢測中的應(yīng)用，證明該方式方法對地下塌空區(qū)的檢測具有較好的辨別效果，且對場地要求遠遠小于地面高密度電阻率法，在檢測環(huán)境限制眾多的城市工程物探中具有一定的實用性、有效性及高效性。同時該種方式方法不僅限于塌空區(qū)檢測運用，可以推廣應(yīng)用于防空洞檢測、地下大深管線檢測等多種待測目的與背景區(qū)域存在較大電性差異的情況，因而，該方式方法在城市工程物探中具備較好的應(yīng)用前景。以下為參考文獻[1]李清松，潘和平，趙衛(wèi)平。井間電阻率層析成像技術(shù)進展[J].工程地球物理學(xué)報，2005,2〔5〕：374-379.[2]李紅立，張華，汪傳斌，等?？缈赘呙芏入娮杪史ㄈ芏刺綔y效果驗證分析[J].工程地球物理學(xué)報，2018,7〔3〕：339-343.[3]李紅立，張華，汪傳斌?？缈壮呙芏入娮杪史ㄔ诨◢弾r球狀風(fēng)化體勘探中的試驗研究[J].工程勘察，2018〔8〕：88-92.[4]高召寧，孟祥瑞，趙光明。煤層底板變形與毀壞規(guī)律直流電阻率CT探測[J].重慶大學(xué)學(xué)報〔自然科學(xué)版〕，2018,34〔8〕：90-96.[5]王俊超，師學(xué)明，萬方方，等。探測孤石高阻體的跨孔電阻率CT水槽物理模擬實驗研究[J].CT理論與應(yīng)用研究，2020,21〔4〕：647-657.[