基坑工程中直流高密度電法的有效性評(píng)價(jià)

趙顯志 王騰飛 朱永磊

（中化地質(zhì)礦山總局河南地質(zhì)局，河南 鄭州 450011）

1 直流高密度電法優(yōu)勢(shì)

直流高密度電法采用多芯電纜和多道電極人工建立地下穩(wěn)定直流電場(chǎng)，通過(guò)程控式多路電極轉(zhuǎn)換器，選擇不同的電極組合方式和不同的極距間隔，實(shí)現(xiàn)供電和測(cè)量電極的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)供電、自動(dòng)觀測(cè)和自動(dòng)記錄、自動(dòng)計(jì)算和自動(dòng)存儲(chǔ)，獲取地下介質(zhì)的視電阻率分布規(guī)律，進(jìn)而推斷地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造解決水文與工程地質(zhì)問(wèn)題。

直流高密度電法綜合了剖面(水平)、測(cè)深(垂直)兩方面的信息，測(cè)點(diǎn)密、信息量大，提高了電性的分辨能力，又減少了人為影響因素，提高了工作效率。帶地形的電阻率層析成像技術(shù)，使得視電阻率剖面直觀地反映地下介質(zhì)的電性變化。為地質(zhì)推斷解釋帶來(lái)了極大的方便。120道的高密度電法，橫向的分辨率高，多種裝置可供選擇以適應(yīng)解決不同的地質(zhì)問(wèn)題。高密度對(duì)淺層良好的適應(yīng)性，可用于探測(cè)基巖面起伏、土層中的“擾動(dòng)”低阻區(qū)，基巖內(nèi)的采空區(qū)或強(qiáng)裂隙發(fā)育帶。該方法的原理是利用隨供電電極距AB的逐漸增大和測(cè)量電極MN的移動(dòng)，來(lái)達(dá)到測(cè)深和測(cè)剖面的綜合效果。高密度電法集合了電阻率剖面和電阻率測(cè)深的綜合優(yōu)點(diǎn)，采用高密度布置電極的方式采集數(shù)據(jù)，達(dá)到高精度解決地質(zhì)問(wèn)題的目的。由儀器的先進(jìn)設(shè)計(jì)及資料處理能力及高密度電法儀，能快速而準(zhǔn)確地獲得豐富的地電信息。

2 直流高密度電法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

2.1 工作方法

根據(jù)物探勘探目的，采用直流高密度電阻率溫納裝置和施倫貝謝爾裝置裝置測(cè)量。電極排列見圖1。

圖1 高密度變剖面連續(xù)滾動(dòng)測(cè)量斷面示意圖

測(cè)量時(shí)，AMNB為一個(gè)電極間距1米不動(dòng)得到得到一個(gè)測(cè)深點(diǎn)；接著A、M、N、B同時(shí)向右移動(dòng)一個(gè)電極間距，同樣測(cè)量；這樣不斷掃描測(cè)量下去，得到倒立梯形斷面。

本次工作使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的以WDJD-4多功能數(shù)字直流激電儀為測(cè)控主機(jī)，配以WDFZ-120多路電極轉(zhuǎn)換器構(gòu)成高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)，工作方式為集中式排列如圖2所示。

圖2 野外高密度測(cè)量系統(tǒng)

按照不同的地形與地貌，沿地形線的測(cè)點(diǎn)間距1m。由于每條剖面長(zhǎng)度不近相同，即電極個(gè)數(shù)120根，選擇隔離系數(shù)根據(jù)要求測(cè)量深部不同而定。供電時(shí)間T=2mS，接地電阻小于1000Ω。供電電源使用450伏電池箱組并聯(lián)，供電電流穩(wěn)定。

使用上述儀器及設(shè)備對(duì)工區(qū)進(jìn)行了測(cè)量，為了保證觀測(cè)質(zhì)量，對(duì)測(cè)量中出現(xiàn)的個(gè)別畸變點(diǎn)和異常點(diǎn)進(jìn)行了重復(fù)觀測(cè)。為保證測(cè)量精度，采取的具體措施如下：

（1）開工前，必須對(duì)用于生產(chǎn)的儀器的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，只有技術(shù)指標(biāo)完全符合規(guī)范要求的儀器方可用于野外生產(chǎn)。

（2）盡量提高供電電源電壓，采用三箱蓄電池組箱串聯(lián)供電，供電電壓450v。為防止漏電，采用絕緣性能好的專用電纜為AB供電電線。

（3）觀測(cè)之前，首先通過(guò)儀器檢查各電極的接地情況，對(duì)于接地電阻大于1000Ω者，改善接地條件，打深、澆水或適當(dāng)移位，保證所有電極接地條件良好方可開始進(jìn)行測(cè)量，以保證較大的供電電流和取得信號(hào)的質(zhì)量。

2.2 方法試驗(yàn)

2.2.1 供電極距實(shí)驗(yàn)

由于目標(biāo)體較小，深度較淺，首先考慮到的點(diǎn)距是1～2m，在同一條測(cè)線布設(shè)1m和2m供電極距，試驗(yàn)結(jié)果見圖3（上圖為2m點(diǎn)距，下圖為1米點(diǎn)距），通過(guò)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，異常形態(tài)整體一致，但是1m點(diǎn)距異常更明顯、更細(xì)致。

圖3 1m、2m點(diǎn)距試驗(yàn)視電阻率擬斷面圖

2.2.2 已知鉆孔試驗(yàn)

在開工前，首先選擇已知轉(zhuǎn)孔上進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，在確定電極距為1m的前提下，選擇具有代表性的50#鉆孔和14#鉆孔進(jìn)行方法試驗(yàn)，主要裝置選擇為溫納、施倫貝謝爾，偶極三種方式，圖4是50#鉆孔的實(shí)驗(yàn)擬斷面圖，結(jié)合50#鉆孔資料可以看出，在深度4m左右出現(xiàn)被黏土充填的溶洞，洞高1m左右，從圖中可以看出，在此深度，三種方法均有低阻異常出現(xiàn)。

圖4 50#鉆孔方法實(shí)驗(yàn)視電阻率擬斷面圖

圖5是14#鉆孔的實(shí)驗(yàn)擬斷面圖，結(jié)合14#鉆孔資料可以看出，在深度4m左右出現(xiàn)被黏土充填的溶洞，洞高1m左右，從圖中可以看出，在此深度，三種方法均有低阻異常出現(xiàn)。由于各個(gè)裝置在異常體反映及范圍大小上均有不同的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比后，三種裝置在本工作區(qū)對(duì)于低阻異常上均有反映，由于偶極裝置測(cè)量深度較淺，所以本次工作最終確定測(cè)量極距為1米，裝置類型為溫納裝置和施倫謝貝爾裝置相結(jié)合。

圖5 14#鉆孔方法實(shí)驗(yàn)視電阻率擬斷面

2.2.3 解釋驗(yàn)證

為了驗(yàn)證其物探效果，在大面積投入工作后，為了驗(yàn)證推斷解釋的準(zhǔn)確率，在推斷解釋的異常上，隨機(jī)選取異常進(jìn)行工程揭露，初步驗(yàn)證兩處異常，與物探推斷解釋相符。下圖6是某基坑1線擬斷面與已知地質(zhì)斷面的對(duì)比圖，從圖上可以清晰看出，紅線為基巖起伏界面，沿測(cè)線方向30米以西基巖埋深較淺，向東逐漸加深，在35、42和47出現(xiàn)三個(gè)低阻區(qū)域，推斷為黏土泥質(zhì)填充，在這三個(gè)位置發(fā)現(xiàn)三個(gè)大小不等的窩狀黏土聚集，與地質(zhì)斷面較為吻合。

圖6 高密度電法擬斷面與已知地質(zhì)斷面的對(duì)比圖

經(jīng)過(guò)對(duì)本次直流高密度視電阻率測(cè)深12條剖面系統(tǒng)質(zhì)量檢查，質(zhì)量檢查采用重新布線布極的方式，質(zhì)量檢查剖面長(zhǎng)度占總剖面長(zhǎng)度的11.7%。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，均方相對(duì)誤差M=±3.13%，符合規(guī)范要求，說(shuō)明質(zhì)量可靠。

結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)前期地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在本基坑工作區(qū)大部分溶洞經(jīng)過(guò)后期的地下水搬運(yùn)過(guò)程，溶洞已經(jīng)被黏土或者黏土夾雜少量碎石所填充。而后期填充的黏土與圍巖相比較屬于低阻異常，通過(guò)方法試驗(yàn)和地質(zhì)斷面的驗(yàn)證對(duì)比，證明了在此開展直流高密度電法是可靠有效的工作方法。