高密度电法在非开挖工程中的应用

郑贺祥

(安徽省煤田地质局水文勘探队,安徽宿州 234000)

当今随着城市的不断开发与建设,城市管道的铺设工程也日益增多。采用非开挖技术可以克服人工开挖铺设管道造成的费时、费力又阻塞交通的缺点,从而得到低能、环保、降耗的效果,因此非开挖铺设城市管道技术在市政工程建设中得到了越来越多的应用。然而在城市改建、扩建工程中不可避免地存在地下障碍物,要使非开挖铺设管道能顺利铺设到位,必须清楚管道穿越地段地层的岩性及厚度,使管道穿越地段地层的岩性及障碍物一目了然。并能根据测量出各层岩性的深度与厚度及障碍物的大小,制定科学的铺设方法,使用高密度电法这一技术手段能有效的解决这方面的难题。

1 原理与工作方法

高密度电法是八十年代国际上兴起的一种电法勘探方法,其原理与常规的电阻率法基本相同。不同的是前者在探测剖面上同时布置多道电极,由人工控制向地下发送电流,使地下形成稳定的电流场,通过自动控制转换装置对所布设的剖面进行自动观测和记录。高密度电法可进行二维地电断面测量,兼具剖面法和测深法的功能,是进行地层划分、探测隐伏断层构造、岩溶空洞及地质滑坡体等的一种有效手段。相对而言,高密度电法具有测点密度大、信息量大、工作效率高等特点,测量过程中,通过转换装置控制电极间的不同排列组合,能够实现直流电法勘探中的各种装置形式的探测,可以提供更多的地电断面信息,有利于对比分析,因此充分发挥了物探技术在勘探中的优势。

2 工作方法的研究

2.1 工作装置的选择

高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法。在现场测量时,它只需要在预先选定的测线和测点上,将全部电极设置在一定间隔的测点上,然后通过特制的电极转换装置根据需要将这些电极组合成指定的电极装置和电极距,快速完成多种电极装置和多电极距在观测剖面的多个测点上的电阻率法观测。再配上相应的数据处理、成图和解释软件,便可以及时完成给定的地质勘查任务。其中,高密度电法勘探施贝装置 α排列,最小间隔系数 n(MIN)=1,最大间隔系数n(MAX)=16。

2.2 极距的选择

极距的选择应视施工目的的要求及被测对象的规模、埋深及电性来选定,一般采

用四极对称的电测深方法,极距在 0.5～1.0m范围内,以确保探测到薄层岩层及地下较小的障碍物。

3 资料分析方法的研究

3.1 资料处理

野外实测的数据经编辑、调整后,进一步对曲线或绘图单元进行圆滑处理,以达到消除干扰、突出异常、提高解释精度之目的。实测数据处理后可获得高密度电法视电阻率断面图。通过对比分析掌握管道穿越地段的视电阻率变化特征及不同电阻率介质层的分布形态,进而判别管道穿越地段是否有障碍物或其它不良结构现象的存在。当管道穿越地段的岩性均匀,无不良结构现象存在时,视电阻率等值线有规律的均匀分布,近水平层状。当管道穿越地段的岩性无上述类型存在时则视电阻率等值线将发生变化,表现为成层性差,梯度变化大,出现高阻或低阻闭合圈等异常形态。

3.2 资料解释

笔者在宿州、扬州、河南等地采用施贝 1工作装置,根据高密度电法实测数据,绘制的视电阻率断面图(等值线图)均客观地反映了测试区地面以下垂直根据参数测定及区域地层电阻率分析可知,测区内岩层情况如下：

第四系粘土层的电阻率一般为 0～20欧姆◦米

第四系砂质土及土质砂的电阻率一般为 20欧姆◦米 ～30欧姆◦米

第四系砂层的电阻率一般为 30欧姆◦米以上。

水泥管道及岩石的电阻率一般为 80欧姆◦米—数百欧姆◦米以上。

1)视电阻率等值线上、下低,中间高,层次分明,电阻率值变化较为平稳,2 m～5m视电阻率值为 20欧姆◦米左右,岩性主要是粘土、砂质粘土及粘土质砂,5～7 m视电阻率值在 30欧姆◦米左右,表明存在一层薄层砂层。7m以下视电阻率值又降到 20欧姆◦米左右,说明岩性以粘土为主,此段0～10m无厚层砂和障硬物存在,因此不影响管道穿越,但在水平距离 20m垂深 8～9 m的地方出现高阻闭合圈,有一不明的硬物存在,直接影响管道穿越。(见图 1)

图1 宿州市某段地电断面图

2)视电阻率等值线层次较差,出现局部高阻闭合圈,从图 2可知,在水平距离 7米和水平距离 18 m左右,垂深7～8 m的地方出现二个高阻闭合圈,说明此二处各有一不明的硬物存在,影响管道穿越。5m以上视电阻率值为 20欧姆◦米左右,岩性多为粘土和粘土质砂,无较明显的砂层存在。5～8 m视电阻率值为 30欧姆◦米左右,有较明显的厚层砂层存在。管道穿越时,做好防砂坍塌工作。(见图 2)。

图2 扬州某段地电断面图

3 结论

高密度电法勘探作为一种比较成熟的地球物理勘探方法,具有简便、快速、经济、适用场地小,应用范围广等优点,但对高密度电法的勘探理论的研究以及实际应用等有待进一步的深入和开拓,使之在生产实践中不断总结完善和提高。