高頻大地電磁測(cè)深法在合福鐵路選線中的應(yīng)用

李傳寶

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

0 引言

合肥至福州鐵路客運(yùn)專線江西省境內(nèi)正線全長(zhǎng)180 km，線路于DK499+400上饒官山底附近大角度穿過(guò)江西上饒市著名的上瀘—四十八都—花廳煤礦帶。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，線位附近的煤礦開(kāi)采主要集中于20世紀(jì)80年代，采用平巷及斜井方式開(kāi)采，以私采為主，開(kāi)采缺乏統(tǒng)一管理，地下巷道分布錯(cuò)綜復(fù)雜。受五府山站(車站中心里程為DK500+ 360)站址控制，線路無(wú)法完全繞避該采空區(qū)。

大地電磁測(cè)深法是研究大地深部構(gòu)造的有效途徑［1，2］，廣泛應(yīng)用于探礦［3］、隧道巖溶勘察［4］、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。為查明地下巷道分布情況，確保線路安全通過(guò)，采用了高頻大地電磁測(cè)深法(EH-4)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了地面勘探，測(cè)線總長(zhǎng)度24.65 km，并輔以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和鉆探驗(yàn)證，有效的探測(cè)了地下巷道分布情況，合理選擇了線位。

1 大地電磁測(cè)深工作原理和特點(diǎn)

勘測(cè)采用美國(guó)EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合推出的StrataGemTMEH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱EH-4)。其利用太陽(yáng)風(fēng)、雷電等天然電磁場(chǎng)信號(hào)作為激發(fā)場(chǎng)源，并采用部分可控源人工場(chǎng)對(duì)天然場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)充，完美的將人工場(chǎng)和天然場(chǎng)結(jié)合。具有探測(cè)深度大、二維分辨率高(橫向和縱向)、適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件和受地形影響小等特點(diǎn)。

電磁場(chǎng)(E，H)在大地中傳播過(guò)程中振幅衰減到初始值1/e時(shí)的深度，稱為趨膚深度(δ)：

根據(jù)式(1)得知，趨膚深度(δ)隨電阻率(ρ)和頻率(f)變化。當(dāng)頻率較高時(shí)，探測(cè)深度較淺，而頻率降低時(shí)探測(cè)深度有較大增長(zhǎng)。為獲得數(shù)米至上千米深度范圍的大地電性特征，本次勘測(cè)采用的觀測(cè)頻率范圍為0.1 Hz～100 kHz。

2 測(cè)區(qū)工程地質(zhì)特征

測(cè)區(qū)屬丘陵間河流階地地貌，丘陵地勢(shì)起伏，河流階地地勢(shì)較平坦。

主要地層巖性為二疊系粉砂巖、石英砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾煤層，巖層產(chǎn)狀較緩。根據(jù)探測(cè)目的及電性差異，各類巖土體視電阻率值(ρ)對(duì)應(yīng)如下關(guān)系：石英粉砂巖ρ一般大于500 Ω·m;粉砂巖ρ多在200 Ω·m～500 Ω·m之間;炭質(zhì)頁(yè)巖夾煤層ρ一般小于200 Ω·m。

3 應(yīng)用分析

本次工作對(duì)采空區(qū)采用網(wǎng)狀探測(cè)，縱測(cè)線以中線為基準(zhǔn)、兩側(cè)每間距50 m一條，沿線路走向布置，橫測(cè)線沿垂直線路方向布置，每50 m～70 m一條。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查成果證實(shí)采空區(qū)所有巷道口均有水流出，內(nèi)部潮濕(見(jiàn)圖1)，據(jù)此判定采空巷道視電阻率呈低阻反應(yīng)。

圖1 采空區(qū)內(nèi)廢棄巷道

本次工作于采空區(qū)內(nèi)布置了8條橫測(cè)線，本文以橫測(cè)線3 (H3)為例。圖2為H3高頻大地電磁測(cè)深的視電阻率斷面圖。圖2中有三處低阻區(qū)，自左向右依次編號(hào)為低阻Ⅰ區(qū)，Ⅱ區(qū)，Ⅲ區(qū)。

圖2 H3高頻大地電磁測(cè)深的視電阻率斷面圖

圖3 原線位左側(cè)地面塌陷

低阻Ⅰ區(qū)位于原設(shè)計(jì)線位左側(cè)50 m～300 m，異常帶最大埋深95 m。據(jù)調(diào)查，該區(qū)域地下煤層品位較高，開(kāi)采嚴(yán)重，從山體坡腳至坡頂有三層巷道分布。最長(zhǎng)斜井位于原線位DK499+530左側(cè)85 m，向線位方向開(kāi)采，開(kāi)采長(zhǎng)度200 m左右，斜井傾角約30°。目前斜井上方坡體已經(jīng)出現(xiàn)大面積塌陷，嚴(yán)重威脅線路安全。山但現(xiàn)在更多的老人希望孩子、朋友留在身邊，因此地產(chǎn)策劃有了新的變化：在確定居住機(jī)構(gòu)的主要市場(chǎng)時(shí)，定位于基地5 mi為半徑劃定的范圍之內(nèi)——這個(gè)區(qū)域涵蓋了多數(shù)潛在的機(jī)構(gòu)居住者和他們孩子的駐地。為促進(jìn)居住者之間有益的交流，在成人社區(qū)規(guī)模較大時(shí)，社區(qū)會(huì)分設(shè)小規(guī)模的鄰里街區(qū)，便于居住者對(duì)居住環(huán)境有較好的識(shí)別能力(比如道路識(shí)別)。此外，它并不像大多數(shù)社區(qū)那樣將住宅按照造價(jià)的等級(jí)來(lái)進(jìn)行地域劃分，而是將不同成本不同類型的住宅打散布置，以期不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)層次的人能夠相處融洽。

社區(qū)綜合性設(shè)計(jì)與增進(jìn)代際交流問(wèn)題成為中西方在社區(qū)發(fā)展設(shè)計(jì)中要共同面對(duì)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)認(rèn)真對(duì)待。

［1］ 布拉福德·珀金斯，J·戴維·霍格倫，道格拉斯·金.老年居住建筑［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］ 胡四曉.美國(guó)老年居住建筑的設(shè)計(jì)和發(fā)展趨勢(shì)介紹［J］.建筑學(xué)報(bào)，2009(8)：43-44.