物探技术在地铁项目勘察中的综合应用张澍，李莎 （中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉430071） 【摘 要】在地铁等城市轨道交通项目建设期间，地下管线的探测工作属于前期勘察较为关键的因素，其准确性也直接影响地铁项目最终的设计方案。论文介绍了几种常用的物探技术，并结合工程实例探讨物探技术在地铁项目勘察中的应用。 【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.04.121 1 物探技术的进展分析1.1 应用物探技术的必要性 目前，我国的地震勘探技术获得了很大的进步，以往很多无法被攻克的难题也得到了解决。但面对地质条件较为复杂的地区，即使采用地震勘探法也无法取得预期的效果，此时人们便开始重视使用综合物探勘察方法。 1.2 综合物探技术的新形势 以往人们提到综合物探技术，便会想到将各种物探方法的资料融合在一起，彼此之间进行互相参照参考，或将不同的物性参数进行叠加，之后综合评价并推断解释，但以上的综合结果存在很大的不确定性。而近年来，随着重磁电三维技术的不断发展，人们开始注意在三维的基础上研究综合物探技术可以取得预期的发展效果。为此，很多新型的联合反演方法应运而生，总体而言主要分为以下3种：（1）约束外推法。如果一个地区内存在钻井、地震以及重磁电资料时，或浅层地震资料可靠性较大，但却缺少深层反射时，可以在地震资料可靠的区域利用地震约束重电磁资料的反演，并在地震资料水平较差的部位进行适当补充，最终得到更为完整的地球物理模型[1]。（2）异常剥离法。如果已知几何架构、物性资料等地下构造的参数时，可以利用正演已知模型的异常情况，在总体异常中去掉正演异常，之后再反演剩余的模型参数。比如某地区的地震以及钻井资料已经可以确定地下的基本构造，对于未知部位的岩性则可以利用异常剥离方法进行确定。反之，如果已知某地区的岩性，无法确定部分边界时，也可以利用异常剥离方法[2]。（3）顺序修正方法。它主要以地球物理方法为原则建立模型，且依此修改模型，最终逐渐减少目标函数的极值数，得到符合条件的地球物理信息模型。比如，可以利用地震资料确定初始模型，而后在解释模型中结合重力资料得出充填地层的密度；之后再计算模型响应，得出二者之差，并据此修改模型；然后还可利用上述模型反演地震资料，获得新的修改模型。且利用新模型计算地区重力，之后在反复修改之后获得满意的拟合结果。 2 地铁项目勘察中物探技术的应用分析2.1 探测非开挖管线 城市内的非开挖管线大多利用水平定向钻进行敷设，其长度与深度都较大，且平面位置的变化也较大。一般常用的地下管线探测仪器很难进行准确定位，也无法测量其长度与深度。此时，对于非开挖管线可以使用地面磁测、示踪法以及井中磁法等物探技术。（1）地面磁测。当地下存在磁性物质时，在大地磁场作用力下，其周围会出现次生磁场，并发生磁异常问题，且通过观测铁质管道磁场分布情况，可以测量出铁质管道的具体深度。地面磁测方法的精确度较高，其仪器携带较方便，一个人即可完成现场探测工作。但地面磁测法也具备较多劣势，由于城市中金属管道线较为复杂烦琐，在使用此探测方法时很容易受到金属管道磁场的影响，以致无法准确定位磁管线位置。（2）示踪法。这种探测方法可以发射信号源的示踪探头，并将示踪线顺利送至非开挖管线内，并在地面下探测信号，从而可以准确定位管线位置，并测量出具体的深度。示踪法的使用范围较广，且其存在着较强的抗干扰能力，因而可以探测无磁管线。示踪法主要使用主动信号源，增强了信号强度，但受管线仪限制，其探测深度存在局限性，且在使用此方法时目标物还应存在示踪线的预留口。（3）井中磁法。与上述地面磁测法的测量原理基本类似，井中磁法主要利用钻孔将探测仪器传送至管线较近位置，且通过观测钻孔中的垂直梯度值分布情况确定管线的具体位置，井中磁法具备较大的探测精度，因而可以准确测量目标管线的深度。但也具备一定的弊端，在使用此种探测方法的过程中，工作人员应了解目标管线的具体位置，且管线附近位置还应准备多个探测钻孔，因而施工成本较大，需要花费较多的费用，且井中磁法只可以测量管线的实际深度，无法完成准确的目标定位工作。 2.2 非金属管线的探测 相对非开挖管线而言，非金属管线的探测工作难度较大，属于地下管线探测工作中重点解决的问题。目前，地铁工程中主要根据电磁法原理设计地下管线探测仪器，但由于非金属管线并不存在磁性与导电性能，因而探测仪器无法准确提供金属管线的位置，而此时物探技术也可以利用周围的介质，或根据非金属线的物性差异测量出非金属线的深度与长度，通常有2种方法：（1）浅层地震反射方法。这种方法主要采用了地震映像原理，根据反射波的强弱以及时空特点推测地下管线的具体位置。且周围介质与目标管线之间的波阻越大，反射界面会越明显，反之，反射界面会逐渐变弱，甚至还会消失。由此看出，这种方法主要根据波阻抗力的大小进行探测，但其分辨率较低，因而更为适用管径较大的管线。（2）利用地质雷达。它的探测条件是管道与周围介质之间存在足够的电性差异，且主要用于探测非金属管线。地质雷达可以根据管线深度选择不同频率的天线，但天线的选择在一定程度上会影响探测的准确性，当分辨率越低且频率越小时，其探测深度越大；反之，探测深度越小。这也表明，地质雷达更适用于探测深度较大且管径较粗的管线，或埋深较浅且管径较细的管线。 3 实际工程的具体应用3.1 非开挖管线探测 以某城市地铁10#线为例，地下管道密度较大，彼此管线之间的干扰性较强，且埋设条件比较复杂，主要利用非开挖方式埋设管线。受周围金属管线以及其密度的影响，无法使用井中磁法以及地面磁法，在现场勘查后发现，在非开挖管线中存在预留空管，可以考虑使用失踪法，但发现预留空管口的尺寸较小，无法盛纳失踪器，因而最终选择了主动源失踪探测方法。探测期间，工作人员利用线架将管道的示踪线按照预留口完全推入管道内，此时发射机连接失踪器会在地面上设置接收机接受失踪器产生的信号，并做好定深以及定位工作。定位时，接收机会沿着平行管道接收到示踪器的信号，在沿管道走向接收到最强信号后进行定位，并利用70%定深法与直读法进行定深工作。 3.2 非金属管线探测 以深圳地铁7#线为例，其在跨广深高速公路处存在约6m深的排水暗渠，由于此排水渠的拐点并未进行检修，因而无法利用现场调查方法确定管线的具体位置，但在详细调查后发现，目标线上的回填土含水量较大，使用地质雷达方法会产生强烈的反射界面，无法探测出具体深度，在充分结合现场施工条件的前提下，施工人员决定采用地震映像法进行探测。现场勘察后可以发现，2条测线均可以准确反映出排水暗渠的具体位置，但受地震映像法分辨率因素的影响，无法获得管道的准确深度。但由地震映像的成果图中可以识别出排水暗渠以及另外的污水排放管道，勘察效果较为明显。但如果目标尺寸较小，地震映像也达不到规定的准确度，因此，此方法主要定位管径较大的非金属管线。 4 结语在复杂的地铁项目场地中，合理的探测方法可以提升探测的准确性和可靠性。地铁项目地下管线密集且埋设条件十分复杂，如果使用直接法或夹钳法进行探测，会存在较大误差。而存在出入口时，如果采用示踪线感应方法，也会因受到附近金属管线的干扰而导致定位出现偏差。 【参考文献】 【1】孙中科,章飞亮.物探测井技术在南宁地铁勘察中的应用分析[J].中国西部科技,2014(2)：25-27. 【2】刘振武,撒利明,张少华,等.中国石油物探国际领先技术发展战略研究与思考[J].石油科技论坛,2014(11)：6-16+35. Comprehensive Application of Geophysical Prospecting Technology in Subway Project Investigation ZHANG Shu,LI Sha 【Abstract】During the construction of subway and other urban rail transit project,the detection of underground pipeline is a key factor in the early exploration,and its accuracy directly affects the final design of the subway project.This paper introduces several kinds of commonly used geophysical prospecting techniques,and discusses the application of geophysical prospecting technique in the investigation of subway projects.【关键词】物探技术；地铁项目；勘察 【Keywords】geophysical exploration;subway project;investigation 【中图分类号】U231+.1；P631 【文献标志码】B 【文章编号】1007-9467（2017）04-0046-02 【收稿日期】2017-03-02 【作者简介】张澍（1984～），男，河北鹿泉人，工程师，从事工程地质勘察研究。 |
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