瞬变电磁法在市政工程排除疑似炮弹爆炸物品的应用

屈力

摘    要：采用时间域瞬变电磁勘探方法，技术手段先进，解决了危险爆炸物品探测问题。为市政工程地质复杂情况下的勘探，增加了一项可靠检测手段。

关键词：瞬变电磁;危爆品;视电阻率;等值断面;市政研究

1  项目概况

西安市韩森东路A标工程（幸福路--酒十路）道路全长1103.19m，规划红线宽度40m，A标段总造价4704万元。

1.1  事件概述

项目在2015年7月22日，进行人工探沟作业时。接连挖出5枚疑似未引爆炮弹弹头，施工项目部及时按规定报警，封锁现场，并配合警方将已发现的5枚弹头安全转移。同时邀请北方兵器集团公司保卫处，技术处等专家对该区域进行详细了解，初步估计该区域为六、七十年代原秦川兵器加工厂的废品堆料区，目前很难判断炮弹弹头的具体情况。

1.2  工程区域地质情况和地球物理特性

根据勘察揭露，设计道路范围地层主要为：第四系人工填土，上更新统风黄土、残积古土壤，中更新统风积黄土组成。其中杂填土主要由水泥块及砖瓦碎块组成，局部地段含较多粘性土，成分杂乱，疏密不均。层厚0.5m～2.0m。（参考：岩土勘察报告2015年7月）工区地球物理特征复杂，主要多为建筑垃圾、厂房地梁等，该区原来是原秦川兵工厂区厂房、库房等，其中地表土质多含金属粉状物，金属废弃品等物质。

1.3  现场采取的措施

（1）经过多方联系，施工项目部聘请到陕西某综合物探大队的有关技术人员，对发现炮弹区域的地下状况进行了初次试探性勘探，由于施工现场该区域情况复杂，因此无法对地下状况进行确认。

（2）施工项目部联系到长安大学物探系相关方面专家，经过专家对现场踏勘，及相关过程资料分析后，决定利用瞬变电磁法对施工区域进行危险爆炸物品排查作业。

1.4  执行规范标准

严格按照《地面瞬变电磁法技术规范》和设计书的有关规定。

2  瞬变电磁探测原理

瞬变电磁法的工作原理是在地表敷设不接地线框或接地电极，输入阶跃电流，当回线中电流突然断开时，在下半空间就要激励起感应涡流以维持断开电流前已存在的磁场，并且此涡流场随时间以等效涡流环的形式向下传播、向外扩展，利用不接地线圈、接地电极或地面中心探头观测此二次涡流磁场或电场的变化情况，可用以研究浅层至中深层的地电结构，由于是在没有一次场背景的情形下观测纯二次场异常，因而异常更直接、探测效果更明显、原始数据的保真度更高。

由于瞬变电磁测深法是在一次场断电后测量纯二次场，不存在一次场源的干扰，此外，由付里叶变换可知，一个阶跃脉冲实际上是由各种高频和低频谐波叠加而成的，产生的场是一种宽频带电磁波。

3  测量工作置

在测量区域内沿设计道路纵向布设测线，测线间隔4m，测点2m，在重点区域测线距为2m。现场工作时，测线布置在线号为360-640段测线为南北方向，测线距4m，点距2m;在644～770段测线为东西向，线距4米，点距2米。

本次探测工作量有效测点2043个点，检查点92个，占4.5%，总测点为2135个。

4  资料解释结果

4.1  视电阻率断面图分析

本次测量工作量大，测线多，每条测线的详细视电阻率等值断面图见附录，在此只列举几个比较典型的等值断面图，介绍一下异常的解释规律，最终的解释结果见平面异常展布图。图2和图3分别是464和466线视电阻率断面图，从图中可以看出，有5个不同的低阻异常，该异常等值线封闭，且这两条线的异常形态和位置很相似，具有一定的相关性，表明该相邻测线的异常比较可靠，该区域地下有良导体存在，有可能是金属废料，也有可能是金属管道或电缆等，在开挖时必须注意。同理，图4和图5分别是490线和494线视电阻率断面图，也存在类似的规律。是否是管道或电缆在异常平面图的解释中可以进行排除。

4.2  平面异常展布图

本次测量以剖面式测量为主，所有解释以测线为主，解释也以每条测线的异常为主。首先，我们把采集的数据以测线为单位，每个点进行圆滑滤波处理，直到每条测线每个测点的数据合理可信。之后，我们经过一系列的处理，滤波，计算视电阻率，通过时深转换计算视深度，绘制平面等值断面图，根据视电阻率的相对高低，圈出低阻异常范围。

经过一系列处理后，低阻异常范围基本确定。为了更清楚直观的在平面上看到异常的分布，我们采用异常平面展布图，即把测线和测点绘制在平面上，以测线为单位，把每条测线上的视电阻率异常绘制在测线上，如图6。由于工区地下结构相当复杂，各种钢梁，电缆，金属片，管道等纵横交错，为了使炮弹异常进一步缩小，我们根据异常分布规律，把连在一起的可能是电缆或水管等异常作为二级异常，把其他的可能性较大的异常作为一级异常，即重点异常，在重点异常处开挖时特别注意，在二级异常处开挖注意电缆及其相关金属物件，同时也不排除炮弹和电缆混杂在一起，这在现场施工时应当注意。

图6是线号360-456线区域，根据已知5枚炮弹位置分别再向两边各延长20米，加密测线。该区域属于重点区域，异常也要特别注意。

5  综合资料排爆

根据瞬变电磁法的全面积测探结果，對可疑区域采取保护性谨慎开挖。开挖工作应在有经验的技术人员指导下进行。由于施工现场多处埋有地下管线、管沟，并多处为废弃厂房基础、地梁、建筑垃圾等，尤其该区域是原秦川厂区厂房、库房等，其中地表土质多含金属粉状物、金属废品等物质。考虑挖掘过程作业人员的安全因素，本次挖掘过程全部采用分区域、灌水软化土层法人工挖掘方式。其次本次挖掘对象是炮弹弹头根据军品有关规定，应对危险物品采取除静电操作，湿法挖掘可以有效避免产生静电，做到相对安全操作。

6  结论

6.1  结论

本次在西安市韩森东路A标段采用瞬变电磁法，探测疑似未爆炮弹作业，对所掌握资料进行了反复分析解释，并结合现场有些出露的钢筋和已知的钢筋地梁等，尽量排除相关干扰异常，使目标物的可能性范围进一步缩小，为下一步施工缩小排查范围，降低排爆作业危险，提供较为可靠的信息，并按要求成功排除了疑似炮弹爆炸物品共计21枚。本项目取得的成果归纳如下：

（1）采用时间域瞬变电磁勘探方法，技术手段先进，解决了未爆炸炮弹探测问题。

（2）依据平面异常展布图，从中发现了未知地下管道，管线，钢梁。随后对其进行了排查确认，圈出了重点异常区域，以便在开挖时特别注意。

（3）为今后在类似事件（危险品排除探测）方面的处理，积累实践经验。

（4）该方法可在以后的市政建筑工地，对排除地下管线等障碍物方面提供理论依据和建立实践基础。

6.2  存在的问题

（1）由于工区地下结构非常复杂，存在着钢梁，钢筋混凝土地梁，金属、非金属等多条管线以及相关军品金属废料、工业残渣等，这些都会形成低阻异常，使得瞬变电磁的异常解释非常复杂，要排除这些异常比较困难，我们通过出露的钢筋以及已知的管道，结合异常的分布规律，排除了一部分相关异常干扰。

（2）受区内局部变电站的影响，在东区部分数据受到影响，使得附近瞬变电磁数据采集质量有所下降。在野外数据采集及资料处理中已采取了相应的技术措施，解释成果的可靠性会受到一定的影响，在使用该资料时请注意。

6.3  影响及意义

通过本次厂区工况复杂情况的测量作业，对以后市政工程地下管线障碍物探测积累经验。尤其在地质状况不明及地下管线复杂的城市环境，其他技术手段无法满足要求的情况下，增加了一个更稳妥可靠的选择。

参考文献：

[1] 曲放，翁爱华.瞬变电磁法及其应用研究[J].吉林 长春，2011.

[2] 张文权.瞬变电磁法工作电流的设置与找矿效果的分析[J].青海 西宁，2010.