工程物探在中运河顶管水下地质探测中的应用

李 宁 于际凯 付天池 王丹志 苏 永 魏海峰 宋燕伟

（1.徐州市水利建筑设计研究院 徐州 221000 2.徐州中国矿大岩土工程新技术有限公司 徐州221000 3.徐州市铜山区房村水利站 徐州 221000 4.徐州市城区水资源管理处 徐州 221000）

1 工程概况

中运河顶管属于徐州市引水管线工程中的重要节点，该工程不仅负责向徐州市市区供水，还肩负着向邳州市、睢宁县等徐州市其他县、市供水的责任。该工程规模为80 万m3/d，设计拟采用顶管（泥水平衡法）穿越中运河，管道采用两根D2020 钢管，设计顶管管底高程为2.0m，穿越河道段管道全长2092.4m，其中水域段长约1090m，分航道和泄洪区两部分，航道宽约140m，泄洪区宽约950m。本文通过工程物探方法，对穿中运河顶管沿线的工程地质问题进行分析总结，提出相应的处理措施，为该项目设计与施工过程中提供科学依据。

2 工程物探方案

在初设阶段及施工图阶段对管道沿线途经区域进行了工程地质勘察、线路比选，对不良地质体进行绕避，但一些工程地质问题仍难以避免，主要集中于采砂采空区、采砂铁架及钻杆等障碍物两个方面。为查明管线路范围内工程地质问题，需对管线范围内的地下障碍物及不良地质体的分布情况进行探查。

2.1 方案设计

为确保方案可行，确定采空区的探测深度至管底高程以下20m，障碍物的探测深度为水底至管底高程以下5m。根据场地地质条件结合工程特点，拟联合采用磁法、单道地震法及浅地层剖面法3 种手段，互相补充、验证。

磁法及浅地层剖面法主要针对障碍物进行探测，单道地震法主要针对采空区探测。各物探手段目的如表1。

2.2 物探工作布置

磁法：由于磁测工作干扰背景大，过往船只会对测线采集质量造成影响，故在施工时派专人观察水面情况，并与磁力测量班报对照注记，当发现异常时则现场加以分析辨别，判断是由水底沉积物还是由过往船只抑或是工区边上停靠的船舶引起的异常，并注记通过异常点的方位及偏移距，以便更精确地测定其位置及形状。

单道地震法：施工时将接收传感器牵挂于震源船尾向后延伸，通过锤击震源船中心铁板，激发地震波，实行连续航行，人工快速激发和同步GPS 定位与接收采集数据。

浅地层剖面法：调查船只侧部放置拖鱼，并在拖鱼正上方放置GPS 天线同水平位置定位，拖鱼向水下发射适当频率的声波，声波到地层界面上会有反射波产生，这些反射波返回并被拖鱼接收并转换为电信号存储到采集主机中。

3 物探成果分析解释

表1 物探方法及物探目的表

图1 中运河磁法等值线图及磁异常解释示意图

图2 中运河单道地震剖面图

图3 中运河疑似采空区地震剖面图

图4 中运河浅地层剖面法图

图5 中运河管线西侧5 处疑似采空区异常区域图

图6 中运河管线东侧3 处疑似采空区异常区域图

图7 中运河管线3 处疑似采砂管异常区域图

3.1 磁法

图1 为中运河磁法等值线平面图及磁异常解释示意图，图中东西两端出现条带状的磁异常，这与水底地形有关；磁异常数字在中运河中部未发现，在两端则出现了7 处，主要集中在东端。

3.2 单道地震

图2 为中运河单道地震剖面，在剖面上识别出7 个波组及8 处疑似采空的区域；图3 为中运河疑似采空区地震剖面，地震反射剖面上反射能量强，主频低，两端有绕射波等现象，故判定此处疑似为采砂扰动形成的疏松脱空区域。

3.3 浅地层剖面

图4 为中运河浅地层剖面法的一条勘探测线，如图所示可以在剖面上识别出5 个有效波组：（1）QT0 波组：反射能量强且连续，是水底反射所致；（2）QTA1 波组：反射能量较强且较为连续，波组较为起伏，是流泥层底界面之反映；（3）QT6 波组：反射能量较强且较为连续，由一个同相轴构成，波组向下倾斜，是中粗砂与上部含砂姜黏土间界面之反映；（4）QT7波组：反射能量较强且较为连续，起伏形态和延伸距离与QT6 波组相似，并与QTA2 波组连接，是中粗砂与下部含砂姜黏土间界面之反映；（5）QT8-1波组：反射能量较弱但较为连续，起伏形态与地形相似，是粗砂与上部含砂姜黏土间界面之反映。

3.4 综合解释

根据对磁法、单道地震及浅地层剖面的数据分析与处理、剖面判读等综合解释，去除重复点后共发现各种异常11 个，其中8 个为疑似采空区异常，见图5、图6；3 个为疑似采砂管异常，见图7。

3.5 勘探验证

针对物探成果，对管线线路上1 处疑似障碍物及2 处疑似采空区进行验证，其中障碍物验证采用潜水员潜水现场验证，采空区采用勘探钻孔验证。经验证，磁法异常2 为河底遗弃小铁船，磁法异常7 为废弃抽沙管；2 处疑似采空区经勘探验证均为采砂严重扰动区。

4 结语

本文根据野外地质调查、工程物探及勘探验证，概括了中运河顶管工程存在的采空区、障碍物两方面工程地质问题。查明了两种工程地质问题的位置、大小，为设计及施工提供了可靠的地质资料■