公路隧道工程勘測中瞬變電磁法的應用論文

第頁共頁公路隧道工程勘測中瞬變電磁法的應用論文公路隧道工程勘測中瞬變電磁法的應用論文唐山市二環(huán)工程工程是唐山市重點建立工程，該工程的施行對加快推進唐山市路網體系建立、完善城市根底配套設施意義重大。二環(huán)路下穿唐津高速隧道工程，分南北兩幅，北側隧道長410m，南側隧道長415m，隧道寬度16m。該隧道工程位于唐山市開平區(qū)二環(huán)路與唐津高速交匯處。根據工地現(xiàn)場情況，沿南北兩側隧道軸線布置了2條剖面，利用瞬變電磁法進展勘測?？碧竭^程中部分測點受廠房等建筑物影響，探測位置進展了微調或舍棄，查明了溶洞、采空區(qū)的位置和分布情況，到達了預期的勘察效果。1地質概況與地球物理特征本勘測區(qū)地處中朝準地臺燕山臺褶帶馬蘭峪復式背斜開灤臺凹的中部?；讟嬙燧^復雜，新構造運動強烈，本區(qū)附近主要褶皺構造為開平向斜，主要斷裂構造有唐山斷裂、陡河斷裂。隧道道路西端進口為露天采石場，地形起伏較大，地勢陡峭，場坑中無鋪設通路，通行極為困難。隧道道路東端進出口為人工開挖山谷階地，出口為廠區(qū)廠房，洞身部位有開鳳路及唐津高速橫穿，擬建隧道主要貫穿于開平向斜西北翼形成的丘陵中，地形起伏較大。根據搜集到的地質及鉆探資料，勘察區(qū)情況如下:地表覆蓋第四系(多為雜填土、殘積土、粉質粘土、粘土等組成)，下伏基巖由泥巖、泥灰?guī)r、砂巖、煤巖和石灰?guī)r組成。第四系覆蓋層電阻率不超過70Ωm;煤系地層電阻率為25～50Ωm，泥巖、泥灰?guī)r電阻率不超過100Ωm;采空區(qū)由于被采空，在未充水情況下為高阻特征，在充滿水條件下為低阻特征。地質資料說明采空區(qū)位于潛水面以上，因此采空區(qū)內不會充滿水，一般呈高阻反響;巖溶由于充填粘土等物質而呈低阻特征。由此可見本次勘探的目的體與圍巖存在著明顯電性差異，完全具備開展瞬變電磁測深法工作的地球物理前提條件。因此，利用此法查明地下采空區(qū)、巖溶及其分布是有效和可行的。冬末春初勘測，沒有植被和農作物生長，有利于瞬變電磁法收、發(fā)線框的進展。不利因素是測區(qū)內地形復雜，部分地段為廠房等建筑物，唐津高速和開鳳路橫穿隧道，為外業(yè)工作的開展帶來不便;測區(qū)內有高壓電線及信號發(fā)射塔存在，對瞬變電磁法工作信號帶來不利影響。針對上述不利因素采取了屢次疊加增強信號強度等措施確保野外工作的順利完成，并獲取高質量的采集數(shù)據。2野外工作方法與技術2．1方法原理瞬變電磁法是基于地下探測目的體與圍巖間存在著明顯的導電性差異，利用不接地中心回線向地下發(fā)送一次磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，通過測量線圈觀測地下異常體所產生的二次渦流磁場感應電動勢的物探方法。其物理根底是基于導電介質在階躍變化的鼓勵磁場激發(fā)下引起二次渦流場，通過觀測和研究二次渦流產生的磁場在接收線圈中的感應電動勢強度隨時間的變化規(guī)律，獲取探測地電分布的信息。由于感應二次場的衰變規(guī)律與地下地質體導電性有關，導電性越好，二次場衰減越慢;反之，二次場衰減越快。所以通過研究瞬變場隨時間的變化規(guī)律，便可實現(xiàn)探測地下地層、采空區(qū)及巖溶分布的目的。2．2儀器設備及工作參數(shù)此次野外工作投入使用儀器為重慶奔騰數(shù)控技術研究所消費的WTEM-2Q瞬變電磁儀。本次勘探最大深度不超過60m。野外正式觀測前，進展了多匝小線圈的中心回線裝置和重疊回線裝置的比照試驗，重疊回線裝置的電壓曲線在首支出現(xiàn)了“飽和”現(xiàn)象，其在尾支處亦沒有表現(xiàn)出完好的衰減形態(tài)，因此，中心回線裝置更有利于該區(qū)工作，因此最終采用了中心回線裝置，多匝小線圈觀測方式，即:發(fā)射線圈尺度為2m×2m，20匝;接收線圈尺度為1m×1m，20匝。工作參數(shù)主要包括發(fā)射頻率、采集時窗和疊加次數(shù)、增益、供電電流等。(1)發(fā)射頻率:供電頻率的選擇一般和勘探深度及抑制50Hz工頻干擾有關。通過現(xiàn)場對4Hz，8Hz，16Hz和32Hz等四種工作頻率的比照試驗后，確認32Hz觀測曲線既對目的體的細節(jié)反映更靈敏，又能滿足本次探測深度的要求，最終確定工作頻率為32Hz，控制延時0．2μs，接收機天線延時0．0μs。(2)疊加次數(shù):疊加次數(shù)分別選用10、20、30、40、60、80次進展試驗，疊加次數(shù)越多，采集一個測點所需時間越長，但是適宜的疊加次數(shù)能壓制和整合由天電及其他脈沖干擾引起的異常，可以進步數(shù)據的信噪比，本次疊加次數(shù)≥60次均可獲得較好接收信號。(3)供電電流:本次為防止瞬變電磁觀測系統(tǒng)早期自感盲區(qū)的擴展，經試驗將發(fā)射線圈的電流選定在6～9A，在工作過程當中采用了直徑4mm2優(yōu)質導線作為發(fā)射線圈材料，從而保證了接收信號質量。2．3技術措施現(xiàn)場觀測做到供電線圈鋪放程度、面積準確，接收線圈擺放在線圈中央并保持程度，正確選擇供電電流、接收頻率;方向誤差＜1°，極距誤差不超過1%，數(shù)據采集穩(wěn)定。疊加次數(shù)與觀測時間范圍的選擇:為了進步觀測資料的信噪比，采用了“累加平均”取數(shù)的技術。在干擾嚴重時，增加疊加次數(shù)。供電回線采用電阻率小、絕緣性能好的導線。本次工作采用的'導線每千米的視電阻率＜5Ωm，以便在有限的供壓下輸出足夠大的電流?？睖y時，沿南、北兩側隧道軸線布置了2條測線，點距為2m?？碧竭^程中部分測點受廠房等建筑物影響，探測位置進展了微調或舍棄。3瞬變電磁法資料的處理與解釋3．1數(shù)據處理過程為:數(shù)據導入與格式轉換→數(shù)據截斷與光滑→地形數(shù)據編輯→視電阻率的計算。3．2反演方法對瞬變電磁資料處理后的多測道電壓剖面數(shù)據，利用GeoElectro處理系統(tǒng)的瞬變電磁模塊將其換算成視電阻率數(shù)據，而后參加地形參數(shù)進展了沿剖面的二維反演計算，選擇了具有平滑功能的最小二乘法反演技術，利用視電阻率數(shù)據和地形數(shù)據，采取三角網格剖分方式，生成地下二維地電模型，實現(xiàn)迭代循環(huán)式反演。各剖面反演電阻率斷面圖?？v觀這兩個瞬變電磁反演結果可以看到，在其探測深度范圍內自上而下可劃分高、低、高三個電性層，分別為不同電性的巖層反映特征，將作為地質推斷解釋的主要根底。3．3成果分析^p對溶洞、采空區(qū)的解釋推斷主要以瞬變電磁法測得的不同地層電阻率分布特征為根據。第四系覆蓋層電阻率不超過70Ωm;煤系地層電阻率為25～50Ωm，泥巖、泥灰?guī)r電阻率不超過100Ωm，采空區(qū)、溶洞因充填物等與泥巖、灰?guī)r地層有明顯的電性差異，推測采空區(qū)為高阻反映，巖溶為低阻反映。以剖面解釋為根據，將地質解釋結果分別展布在相應的平面位置圖上，結合本區(qū)的地質和鉆孔資料，按相鄰剖面地質、構造具有連續(xù)和延展性的原那么，進展了測區(qū)平面內巖溶、采空區(qū)展布的空間推斷解釋。根據同一巖溶、采空區(qū)在相鄰剖面上分布的可比性，本著相鄰形態(tài)相似的原那么，由線到面確定地下巖溶、采空區(qū)的展布形態(tài)。圖3、圖4分別為隧道南、北側測線的瞬變電磁視電阻率反演及地質解釋斷面圖，隧道上部為厚度近5m左右的地表雜填土、殘積土;其下部為強風化的