职称论文
摘要：为预估由地下管道破损所引起的地下塌陷区域，引入了多通道跨孔电阻率CT法，对市区两处地下塌空区进行了检测应用。实际应用案例表明该方法对地下塌空区的检测具有较好的识别效果，在检测环境限制诸多的城市工程物探中具有一定的实用性、有效性及高效性。同时该方法不仅可应用于塌空区检测，也可推广至防空洞检测、地下大深管线检测等的应用场景。
关键词：塌空区； 跨孔电阻率CT法； 城市工程物探；
Abstract:In order to estimate the scope of underground collapse area,the multi-channel cross hole resistivity CT method is introduced to detect two underground collapse areas in urban area. The practical application cases show that the method has a good ability to detect the underground collapse area,and is effective and efficient,especially in those projects with many environmental restrictions. At the same time,the method can not only be applied to the detection of collapse area,but also be extended to the application of shelter detection and underground pipeline detection.
Keyword:collapse area; cross-hole resistivity CT method; urban engineering geophysical exploration;
现阶段城市雨污水管道服役多年，部分管道已出现破损现象，导致局部渗漏从而导致水土流失形成地下塌空区。塌空区会引发地面沉降，对建设在其上部的结构会造成较大的影响，形成安全隐患。因而需要及时采用相应措施对塌空区进行加固处理。如对塌空区的分布范围有初步了解，则能迅速制定较为经济合理的处理方案。针对地下塌空区检测，现阶段可采用地面高密度电阻率法进行检测，但在城市工程物探中由于场地限制，高密度电阻率法测线长度受限，从而导致检测深度达不到预期目标。
跨孔电阻率CT法最早是从医学引入的，也是具备探测高分辨率地层参数信息的电阻率层析成像技术。该技术与地面高密度电阻率法一样，均是基于电阻率法的物探方法，在地质勘察、超前地质预报和水文地质工程等领域应用较多。李红立等（2010）使用跨孔电阻率CT法先后完成了轨道交通建设中的溶洞探测、花岗岩球状风化体的探测试验研究，均取得了较好的应用效果；高召宁等（2011）在煤层底板采动破坏带演化过程的监测中应用了该技术，探索了该技术在煤矿底板突水预测和防治中的应用。王俊超等（2012）采用不同装置的跨孔电阻率CT法进行探测孤石的物理模型对比试验研究；李术才等（2015）研究二维电阻率跨孔CT法的探测理论，并做了一些改进。在这种情况下，可采用跨孔电阻率CT法于塌空区四周布设测孔，获取各测孔间的电阻率数据，通过数据处理和软件反演得到相应的电阻率CT剖面，进行分析和解释并判断塌空区在地下空间的分布情况。
本次工作结合城区两处工程应用项目，根据工区的场地条件，选用跨孔电阻率CT法对上述塌空区进行检测，获得的技术成果可为业主及施工方的后期加固提供技术支撑。本文首先介绍了跨孔电阻率CT法的基本原理和工作流程，通过实际应用准确查明了地下塌空区的位置和展布情况，并通过后期加固及观测进行验证，证明了该方法具有良好的应用效果。
1 工程概况
为了验证跨孔电阻率CT法在城市工程物探中的适用性，结合两处工程应用，开展了跨孔电阻率CT法对地下塌空区的检测。工程1位于市区某下立交通道附近（后简称A区），该通道下方存在一根800雨水管东西向横穿该通道后在侧壁外侧附近转折向南平行于通道敷设，由于建设时间久远，推测管道转折处接头发生渗漏引起地表局部沉降。工程2位于某小区住宅楼西北角附近（后简称B区），该住宅楼西北角下方存在一根废弃3 600雨水管斜穿该楼。据现场踏勘及询问得知，该住宅楼在以往施工过程中曾有桩基施工造成的雨水管破损，后续未采取修补措施。据此推测随时间推移，该住宅楼西北角处水土从雨水管破损处流失，后因连日阴雨天气导致流失速度较大，造成该楼西北角出现局部沉降，地表出现塌陷凹坑。两处检测工程的场地示意如图1所示。
图1 两处工程测区位置的平面示意图
2 工作方法
由图1可知，两处塌空区周边场地均较为局限，考虑到探明塌空区所需的深度范围，经过对物探方法的原理进行对比研究后，确定采用跨孔电阻率CT法进行检测。本工程采用超高密度直流电法勘探仪来开展跨孔电阻率CT法检测工作（李红立等，2010;胡让全等，2014;师学明等，2017）。跨孔电阻率CT法是高密度电阻率法的一种技术改进，其方法原理同高密度电阻率法，均以地下介质的电性差异为应用基础，通过研究与电性有关的人工直流电场分布规律，达到探测地质构造和寻找矿产资源的地球物理勘探方法。跨孔电阻率CT法主要通过将带有等间距、具有收发功能的电极的多芯电缆同时布设在相对的两井（或钻孔）中，多芯电缆分别连接地面仪器，两井内的电极形成井间电极阵如图2所示（李清松，2005）。
在实际检测应用中，依次通过单电极供电、其余电极接收的方式，通过孔孔"透视对穿"的观测模式，顺序完成所有电极的发射和接收，再经过数据处理和反演后，得到孔间地下电阻率的剖面。最后综合地下地质资料和现场踏勘情况，对上述反演结果进行解释，以判断异常区域的分布范围。电极距及孔间距依据要求到达的分辨率和所要探测的目标体的规模和深度灵活掌握。
图2 跨孔电阻率CT法的井间电极阵示意图
相比地面高密度电阻率法，跨孔电阻率CT法的探测电极更接近勘探目标体，其采集信息是地电异常体的直接反映。另外，由于是多对电极收发，相比而言，其采集的数据量十分丰富，可获取与孔间介质地电结构密切相关的海量有效信息，同时由于电极均位于地下井内，有效避开了地表各类高频率的电磁干扰，更有利于取得良好的精细探测效果。
3 工作布置
由于本次工程场地限制，地面高密度电法测线布设的长度受限，使得检测深度较浅，不满足本次检测深度要求，因而在前述两处工地采用跨孔电阻率CT法开展检测工作。本次检测于A区沉降区布设电阻率CT法测孔4个，呈"T"字形分布，采集电阻率CT剖面3个，分别为剖面2-1、剖面3-1、剖面1-4;于B区住宅楼西北角两侧对称布置测孔4个，呈梯形状分布，采集电阻率CT剖面2个，分别为剖面1-4、剖面2-3.具体孔位分布如图3所示。
图3 两处工区的测孔位置平面示意图
4 探测结果与分析
将采集的数据进行预处理，并采用配套软件反演后，得到相应的跨孔电阻率CT电阻率剖面。其中，A区剖面2-1、剖面3-1、剖面1-4对应的电阻率CT剖面如图4所示。
图4 A区各测孔的跨孔电阻率CT剖面图
如图4所示，各电阻率CT剖面中的黑色圈内均为电阻率异常区域，异常区域埋深位于8 m~10 m,且异常反应数值相近，结合雨水管埋深约10 m的信息，判定黑色圈内区域为塌陷区域。对于剖面从深度6 m往上的相对高阻异常区，经查看，是因为在检测工作实施前，施工方对地下6 m以上区域注入水泥浆进行加固后所造成的异常。
由于前期的加固工作对于塌空区的深度认识不够，致使经过该次加固工作后，该工区的地表仍然继续出现沉降。在经本次检测确定了空洞的地下分布情况后，施工方加大了加固深度进行再次施工工作。最终地下塌陷区得到良好修补，经持续观测，地表未进一步沉降。
B区剖面1-4、剖面2-3得到的电阻率CT剖面如图5 所示。
如图5所示，电阻率剖面1-4和剖面2-3在圈定区域内存在明显的电阻率异常，异常区域均表现为上部较大，下部较小的形状，所处深度位置一致。结合破损雨水管的深度约6 m和地表塌陷部分的尺寸信息，可判定塌空区位于黑色圈定区域内。
图5 B区各测孔的跨孔电阻率CT剖面图
在确定该塌空区在地下分布的情况后，施工方根据检测结果对该区域进行了灌浆填补工作，经持续观测，地表未进一步沉降。
5 结语
通过跨孔电阻率CT法在本工程内两个区域塌空区检测中的应用，证明该方法对地下塌空区的检测具有较好的识别效果，且对场地要求远远小于地面高密度电阻率法，在检测环境限制诸多的城市工程物探中具有一定的实用性、有效性及高效性。同时该种方法不仅限于塌空区检测运用，也可推广应用于防空洞检测、地下大深管线检测等多种待测目标与背景区域存在较大电性差异的情况，因此，该方法在城市工程物探中具备较好的应用前景。
参考文献
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