高密度电法与有源相控阵雷达法在广州地铁岩溶探测应用
来源:本站 时间:2023-12-12 阅读:158 次
导读:

高密度电法与有源相控阵雷达法在广州地铁岩溶探测应用

 

1引言

覆盖型岩溶具有一定的隐蔽性,不易被探查发现;覆盖型岩溶潜在的风险更大,若溶洞发育区域位于桩基施工范围内,会直接对桩基施工造成各种影响,如桩孔中循环液流失、桩孔周边软弱土层位移、冲孔成桩困难,容易造成地基沉降变形,在遇到地表水入渗或地下水位快速变化的情况时,容易诱发突然坍塌等。

因此,在岩溶强烈发育区进行地下结构施工, 需要先确定溶洞发育的情况,才能为处理岩溶的措施提供依据。

本次工作采用高密度电法与有源相控阵雷达法进行探测,工作区位于广州市花都区田美新村内(图1.1),由于村内巷道狭窄,地铁线位置有的位于房屋正下方,无法进行正常的钻探测量,本次工作设计南北向两条与地铁线斜交,根据测量结果设计勘探钻孔,在勘探结果科学准确的结果上尽可能的减少钻探工作,然后选取合理孔距的钻孔进行跨孔CT测量精细刻画地下岩溶的发育情况。

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1.1测线工程布置图

 

 

2仪器与设备

2.1高密度电法

高密度电阻率法就其基本原理而言,与传统的电阻率法完全相同。因此,它仍然是以岩土体的导电性差异为基础的一类电探方法、研究在施加电场的作用下,被探测岩土体中传导电流的分布规律。

本次测量设备采用重庆顶峰地质勘探有限公司生产的EDJD-3,主要功能为: 1.地下剖面电阻率变化检测,2.近距离蓝牙无线数据传输3.远距离4G无线数据传输。

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2.1高密度电法测量工作图

2.2有源相控阵雷达法

伪随机编码声波技术具有较高信噪比,不仅适合城市强干扰环境的同时,它的高频信号通过相控聚焦,还能够克服随深度增加探测精度降低的难题,常规地震勘探的效果,需要专业工程师才能解读,而编码声波聚焦成像的效果,可以很清晰的看到地下的界面声波与电磁波相比,更容易向地下传播。相控阵声波聚焦成像,声波经过同向叠加,能达到较大的探测深度。相控阵声波聚焦成像,在覆盖层的探测深度可以达到50m。采用主动源无线通讯协议,采集一次只需半分钟,效率高。

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2.2有源相控阵声波雷达测量工作图

3地质概况

本次工作位于广州市广花凹陷区域内。区域构造稳定,受广从断裂控制,及长期的侵蚀、剥蚀作用。由于广花复式向斜槽部为可溶性石灰岩,在地表水、地下水的侵蚀、溶蚀作用下形成了溶沟、溶槽、溶洞、岩溶洼地、岩溶漏斗和地下河。后期的构造沉降,使岩溶地形隐埋于地下。

根据区域地质资料及已有勘察资料,场地分布的地层主要为新生界第四系(Q)地层、石炭系(C) 地层。土层主要为第四系全新统(Q4)和上更新统 (Q3),缺失中更新统(Q 2 )和下更新统(Q1);全新统由人工填土(Qm l 4 )及淤泥层和淤泥质砂土层(Qm c 4 ) 组成,上更新统主要为(Qa l+pl 3)冲积—洪积土层及残积土层。下部基岩主要为石炭系下统大塘阶石磴子段(C1ds)石灰岩。

4地球物理特征

探测目标体与周围岩土体介质存在电阻率差异、密度差是高密度电法探测、有源相控阵雷达探测的前提。根据实地测量的结果可知,岩溶区的密度肯定比基岩要高;现场溶洞覆盖层的电阻率均比较低,基岩主要为微风化石灰岩,多孔与裂隙基岩电阻率较低现场实测电阻率值如表4.1所示。

4.1测区岩层电阻率值

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5资料处理及解释

5.1高密度电法数据解释

本次测量采用高密度电法极距2m96道,线长190m,采用温纳装置进行测量,由于地表为水泥路面,采用铜片电极并且使用膨润土加硫酸铜的粘合剂进行固定电极,测量接地电阻为5-10kΩ,测量结果(图5.1)采用分别采用最小二乘法以及佐迪反演法进行反演计算,最小二乘法浅部异常刻画比较细,深部异常效果不够精细,而且测量深度较浅。佐迪反演法效果较好,浅部盖层与实际地质条件相吻合,深部异常也能反映出来但是成图效果不够明显,异常刻画不够精细直观,所以采用佐迪反演法的成图数据,剔除两侧浅部的数据采用surfer进行成图,异常刻画就更加精细,反演图上不明显的地方也能直观的凸显出来。

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5.1高密度电法视电阻率断面解释结果图

5.2相控阵雷达法数据解释

有源相控阵声波雷达法采用2m点距与高密度电法测量重点位置,每一次一共6道测量,单次测量的长度10m,设计8道,测线长度80m,通关采用专业软件对数据进行处理然后采用surfer二维可视化成图,初步解释结果(图5.2)比较凌乱,根据实际地质条件,优化参数精细化处理结果见图5.3

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5.2有源相控阵声波雷达测量初步解释结果图

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5.3有源相控阵声波雷达测量精细解释结果图

5.3综合数据解释

根据两种方法测量的结果进行综合比对(图5.4),浅层埋深0-10m为砂土杂填土盖层,中部为强风化层区,底部基岩发育,高密度电法显示异常低阻区对应相控阵雷达测量的低频区域,圈定异常从趋势形态以及空间赋存位置对应相一致,圈定的地方推断是溶洞,需要最终经过钻探验证之后进行灌浆处理,从而在地铁施工盾构的时候避免对地表建筑物的安全造成影响。

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5.3综合解释结果图

5结论

1.高密度电法采用铜片电极采用粘合剂固定到水泥路面是可以对地表以下地质体进行有效测量的。

2.有源相控阵声波雷达法属于新兴的物探方法,测量效率,采集时间短,初始测量数据比较凌乱,优化参数之后的测量结果也可以对地质体进行有效测量。

3.通过综合对比两种方法的测量结果,浅层盖层表现为对应一致,深部溶洞为低阻低密度(低频值)并且与围岩具有明显的差异,并且空间位置赋存位置一致。

4.需要钻探对于综合解释的结果进行验证,然后根据验证的钻孔,选取合适的孔距做跨孔CT测量,刻画地表探测盲区的岩溶发育情况

5.由于城市内条件比较复杂,电法需要更长的测线(200-300m)才能达到探测深度的要求,并且布设测线还需要考虑防止车辆碾压的情况,做好防护,虽然探测效率低,但在无法进行钻孔施工的地方还是可以进行有效的测量,探测精度取决于极距以及测线长度;相控阵声波雷达法施工简单,需要三四个人就可以正常工作,单次测量只需要5-10m左右的长度,滚动采集测量,单次采集时间短受周围环境影响较小,但是数据处理解释需要一些已知的地质条件优化模型参数才能更好达到测量效果。

6.在不具备详勘打钻的地方或者只能做地表物探工作的地方采用两种方法组合测量,综合处理与对比能到测量的要求。