水利工程論文-物探技術在城市改造中的應用.doc

水利工程論文-物探技術在城市改造中的應用摘要：在天津市墻子河改造工程中，使用電磁法、地質(zhì)雷達等物探技術探測地下管道，取得了良好的應用效果，為類似工程提供了借鑒經(jīng)驗。關鍵詞：物探技術電磁法地質(zhì)雷達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年二十件實事之一，主要為美化津城、保護生態(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，我院承擔了墻子河改造工程三元村段穿堤管道的探測任務，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？探測范圍為垂直堤段地下管道長約10.0m，為配合并對比垂直堤段探測結果，又在可見金屬管道露頭處設置電磁場源，順堤追蹤地下金屬管道的走向(堤頂迎水面一側)，測試長度約50.0m。在電磁法探測的同時，應用地質(zhì)雷達技術于垂直堤段地下管道上方順堤平行布置三條測線，線距約3.0m，單一測線長度為10.0m，后又在已知金屬管道上方設置一測試斷面。2地形、地質(zhì)簡況及地球物理特征2.1地形、地質(zhì)簡況測試區(qū)為河堤頂面，寬約8.010.0m，現(xiàn)為簡易公路，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，當時的修筑圖紙及使用管材已無法查出或確定?，F(xiàn)從堤頂迎水側和堤頂背水側的開挖點可以看出管道面為水泥混凝土層，管徑2.0m左右，與其連接的過河管道(有露頭點)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，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)雷達技術解決本工程的特定問題。3工作方法與技術3.1工作布置電磁法：沿穿堤管道走向布設測線連續(xù)追蹤，后又在堤頂迎水面一側追蹤順堤地下管道。地質(zhì)雷達：垂直過堤管道順堤平行布置三條測試剖面，其中2#測線位于堤頂中心，2#測線兩側分別布設1#、3#測線且距2#測線3m左右；后又在過河金屬管道入堤處布設4#測線，取得金屬管道的地質(zhì)雷達圖像，以便與1#、2#、3#測線地質(zhì)雷達剖面對比。野外工作布置見圖1。3.2工作方法電磁法：采用感應方式進行施測，為兼顧電磁感應信號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，以利于探測管道的電磁耦合最大、感應良好、傳播距離較長，使地面接收機的測試信號最強，便于測讀和定位。使用儀器為美國DITCHWITCH科技有限公司生產(chǎn)的SUBSITE75R/T地下管線探測系統(tǒng)。地質(zhì)雷達：采用剖面法，為提高分辨率并兼顧探測深度，使用中心頻率為250MHz的屏蔽天線探測，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)雷達系統(tǒng)。3.3測試技術電磁法：根據(jù)圖1提供的現(xiàn)場測試條件，首先使發(fā)射機(SUBSITE75T)放在待測管道已開挖的出露點上(兩開挖出露點均進行了測試，見圖1中#、#開挖點)，并發(fā)射一定頻率的電磁波，應用接收機(SUBSITE75R)在待測管道走向的上方接收電磁波，使其左右走動，若有接收信號且強度最大時，即為金屬管道，接收信號的最大位置為地下金屬管道的平面位置；如若沒有接收信號，說明地下管道為水泥混凝土材質(zhì)。然后使發(fā)射機(SUBSITE75T)放在過河金屬管道的出露點上(靠近迎水面一側的堤肩下坡處)，并發(fā)射一定頻率的電磁波，應用接收機(SUBSITE75R)在待測管道走向的上方接收電磁波，使其左右走動，若有接收信號且強度最大時，即為金屬管道，接收信號的最大位置為地下金屬管道的平面位置，按照上述測試方法并遠離發(fā)射信號點重新探測和定位(對于該管徑的金屬管此頻率的電磁信號有效傳播距離與管道周圍介質(zhì)的物性有關)，兩點連線即為地下金屬管的走向。在本工程的特定條件下(探測地下管道長度很短)，當沒有接受信號時，說明地下管道已變?yōu)樗嗷炷敛馁|(zhì)。地質(zhì)雷達：首先在穿堤管道上方布置3條測線(見圖1)進行測試，以層析地下地質(zhì)結構特征；為確定地下金屬管道在地質(zhì)雷達圖像上的特征，又在已知金屬管道上方布置雷達測試剖面(圖1中4#測線)。由野外獲得的雷達原始資料，使用RADPRO軟件進行處理，處理流程為直流調(diào)整、增益恢復、帶通濾波、道平均、道間均衡、動校正等，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介質(zhì)的相對介電常數(shù)，而衰減系數(shù)與界面兩側介質(zhì)的相對介電常數(shù)和電阻率有關。電磁波在有耗介質(zhì)中傳播時，其反射特征如下：界面兩側介質(zhì)的相對介電常數(shù)差異越大則反射能量越強；反之，反射能量越弱。被穿透介質(zhì)的電阻率低、相對介電常數(shù)大，則電磁波衰減劇烈，反射波以窄、細同相軸出現(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、空隙或結構面時，將在其異常處發(fā)生反射或散射，地質(zhì)雷達反射圖像雜亂、無明顯連續(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。當介質(zhì)中存在有金屬物時，地質(zhì)雷達圖像上將出現(xiàn)強反射弧。4測試結果電磁法：當發(fā)射機放在#開挖出露點發(fā)射電磁波時，其穿堤管道走向上方的接收機未能接收到任何信號，推測該穿堤地下管道為水泥混凝土材質(zhì)；當發(fā)射機放在#開挖出露點發(fā)射電磁波時，其穿堤管道走向上方的接收機距#開挖出露點14.5m內(nèi)均接收到較強的電磁信號，同比信號強度為6070，推測該段穿堤地下管道為金屬材質(zhì)；而接收機距#開挖出露點大于4.5m到#開挖出露點范圍內(nèi)，接收到很弱的電磁信號，同比信號強度為2030，推測該穿堤地下管道為水泥混凝土材質(zhì)。當發(fā)射機放在過河金屬管道的出露點時(靠近迎水面一側的堤肩下坡處)，接收機在待測管道走向的上方接收到很強的電磁信號，接收信號最強的位置為順堤地下金屬管道的平面位置，按照上述測試方法在不到穿堤管道處并遠離發(fā)射信號點重新探測時，所接受到的電磁信號很強，且可以定位，兩點連線與已知順堤地下金屬管道走向一致。當重新測試線位于穿堤地下管道走向上方時，接收機距#開挖出露點14.5m內(nèi)接收到較強的電磁信號，同比信號強度為6070，推測該段穿堤地下管道為金屬材質(zhì)；而接收機距#開挖出露點大于4.5m到#開挖出露點范圍內(nèi)，接收到很弱的電磁信號，同比信號強度為2030，推測該穿堤地下管道為水泥混凝土材質(zhì)(對電磁信號的傳導很差)。地質(zhì)雷達：綜合對比分析1#、2#、3#、4#測線地質(zhì)雷達圖像，可把其分為三類：1#測線雷達圖像；2#和3#測線雷達圖像；4#測線雷達圖像。下面分述其特征：1#測線雷達圖像：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點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，說明兩測線地面以下不存在金屬管道的反射特征。2#和3#測線雷達圖像：圖中反射同相軸變化較大，一般可追蹤，在該剖面中間測點5m處第二同相軸和第三同相軸間(820ns)出現(xiàn)一板狀夾層，推測為混凝土蓋板；該層以下(2040ns)反射同相軸變化較大，且有弧狀反射，強度較大，易于分辨，說明此測線地面以下存在金屬管道的反射特征。4#測線雷達圖像：為已知金屬管道上方地質(zhì)雷達圖像，圖中反射同相軸變化較大，可連續(xù)追蹤，在該剖面中間測點1m處第三同相軸(15ns)以下出現(xiàn)強弧狀反射同相軸，強度很大，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結論綜合電磁法、地質(zhì)雷達探測成果可以得出：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