综合物探在岩溶区桥梁勘察中的应用_张超.pdf
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1、科技与创新Science and Technology&Innovation1682023 年 第 13 期文章编号:2095-6835(2023)13-0168-03综合物探在岩溶区桥梁勘察中的应用张 超1,王银平2,叶 辉1(1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北 武汉 430052;2.湖北楚鹏工程勘察设计有限责任公司,湖北 孝感 432100)摘要:乌当(羊昌)至长顺高速公路猫跳河大桥是一座整体式悬索桥,桥位区为灰岩,为了查明乌当岸锚碇位置处的岩溶发育情况,首先根据高密度电法等值线图中低阻分布特征推断岩溶发育范围,再通过电磁波 CT 法的高吸收异常来圈定岩溶发育区的规模,最后采用
2、钻孔电视直观地呈现钻孔内的地质情况。实践结果表明,采用综合物探方法能够高效、准确探明岩溶区的空间分布及规模特征。关键词:岩溶;高密度电法;电磁波 CT 法;钻孔电视法中图分类号:U442文献标志码:ADOI:10.15913/ki.kjycx.2023.13.0511研究背景在碳酸盐岩地区,岩溶作为一种典型的不良地质体,对桥梁桩基工程的影响十分明显。由于岩溶发育极不规律,地质情况复杂,仅靠传统的钻探和地质调绘手段难以查明岩溶发育程度及规模,因此需合理采用多种物探方法开展勘察工作。李树琼等1将高密度电法应用于岩溶地区的勘查,基本查明了北水厂拟建场地部分地段隐伏构造、构造破碎带、岩溶、土洞等不良地
3、质现象的分布;王战军2采用电法追踪水库坝区地下暗河,取得了较为理想的效果;宋先海等3基于电磁波 CT 技术的复杂地质异常探测,表明电磁波 CT 技术在碳酸岩和灰岩地区探测地下地质异常体不仅效果好,而且精度高。本文在总结前人经验的基础上,首先通过高密度电法初步圈定出异常区域,再结合孔内电磁波 CT 法及钻孔电视4确定岩溶的分布及规模,以达到快速精准查明地下岩溶发育的目的,为桥梁基础设计提供可靠的勘探资料。2方法原理2.1高密度电法原理高密度电法是以地下介质的电性差异为基础,通过对地下半空间中传导电流的分布规律判断地下介质的分布特征。在进行高密度电法野外数据采集时,只需将全部电极(几十至上百根)置
4、于测点上,通过系统程序的控制,每次选择电极阵列中的 4 个电极作为供电电极 A、B 和测量电极 M、N。当 A、B 供电时,测出 AB 间的供电电流 I 和 MN 的电位差V,视电阻率s的计算公式如下:IVk=s式中:k 为装置系数,由 A、B、M、N 的位置关系及装置类型所确定。高密度电法以一定极距一次性沿拟测量断面布置多个电极,布设完成后可进行自动记录并采集数据,采集完成后,通过数据处理,得出视电阻率等值线图,通过分析视电阻率的变化特征来确定异常体的分布特征。2.2电磁波 CT 法原理电磁波 CT 法是通过在一个钻孔内向地下介质发射电磁波,当电磁波穿越不同的地下介质时会出现不同程度的衰减,
5、在另一个钻孔内接收电磁波信号,从而测量电磁场的变化。理论表明,有耗介质中半波偶极子天线的发射与接收存在以下关系5-6:)()()(LrffEELdexp1rrss0-=式中:E 为与发射天线相距距离为 r 的接收天线处电场强度的数值;E0为发射天线的初始电场强度的数值;fs(s)与 fr(r)分别为发射与接收天线的方向分布函数,其中的s、r为天线的辐射角度的数值;为吸收系数,即介质中单位距离对电磁波的吸收值;L 为射线路径长度的数值。一般来说,吸收系数值越小,地下地质体性状越好,地层越完整;值越大,地下地质体性状越差,地层越破碎。根据异常地质体和完整地层间吸收系数的差异,可以对值分布图像进行合
6、理的地质解释,从而查明岩溶、空洞等不良地质体的大小、形状和空间分布。2.3钻孔电视法原理钻孔电视是通过下井电缆把探头放入井内,探头装配有成像设备和电子罗盘,摄像头通过 360广角镜头摄取孔壁四周图像,利用计算机控制图像采集和图像处理系统,同时控制电机提升、下放探头,自动采集图像,并进行展开、拼接处理,形成钻孔全孔壁柱Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 13 期169状剖面连续图像实时显示,连续采集记录全孔壁图像。3应用实例3.1工区概况乌当岸锚碇位置地形属山凹部位,表层覆盖层较薄,下伏基岩为二迭系下统栖霞组(P1q)灰岩。地质调绘资料显
7、示,该段表层溶沟沟槽发育。3.2数据采集3.2.1高密度电法数据采集仪器采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2型电法设备。根据任务要求在乌当岸锚定位置处布置了一条II 高密度电法剖面,采用温纳装置,电极距 7 m,剖面长度为 290 m。物探测线布置平示意图如图 1 所示。图 1物探测线布置示意图3.2.2电磁波 CT 法数据采集仪器采用中科院物化探研究所研发的 JW-5Q 型地下电磁波仪。本次测试在 JZK01、JZK02 孔对间进行,发射频率为 412 MHz,扫频间隔为 2 MHz,采用定发采集方式,发射天线与接收天线的移动步长均为1 m,当发射天线每隔 1 m 固定发射时,接收天线以1 m
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