基于高密度电法和微动探测法的地下人防工程探测

2022-08-14李巍沈银斌

安徽建筑 2022年8期

李巍，沈银斌

（1.合肥东部新中心建设投资有限公司，安徽合肥 230011；2.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710043）

0 前言

为满足城市建设规划的要求，城市建筑物也在不断地更新迭代。通常情况下，老旧建筑物的拆除仅仅拆除清理了地表建筑物，因此，在场地进行建筑物重建之前，应查明场地与周边建筑物关系、场地周围地下管线分布和场地内人防工程位置，以便为场地污染治理和后期场地开发利用规划提供可靠的科学依据。

近年来，对于建筑场地地下空间的探查已引起了普遍重视。杨超等[1]利用高密度电阻率法对地下建筑物基础进行探测，确定了地下建筑物基础的分布特征。李巧灵等[2]研究了微动探测地下空间异常响应特征，正演了不同情况下阵列微动探测频散曲线的响应特征。何委徽[3]采用高频电磁法和高密度电法探查了地下垃圾填埋场的位置，为城市环境治理提供了依据。孙宗龙等[4]通过高密度电法和地震面波法对海口市某地地下防空洞进行勘察，实践表明，综合物探方法对地下防空洞的工程勘察效果较好。

综上所述，相关研究已采用多种物探手段对地下空间、地下建筑等进行探测，但在实际工程建设中，综合物探方法相比单一物探方法具有更高的探测准确度和精度。因此，本文提出了一种由高密度电法和微动探测法联合测定的综合物探方法，通过对合肥市某建筑场地地下人防工程的探测，展示了高密度电法和微动探测法联合测定的综合物探方法的应用效果，为后续合肥地区工程建设勘察提供理论依据。

1 高密度电法和微动探测法工作原理

1.1 高密度电法工作原理

高密度电法[5-7]，也叫高密度电阻率法，是在常规电法勘探基础上发展起来的勘探方法，集电剖面和电测深于一体，既可以观测地下一定深度范围内的横向电性变化情况，又可以观测垂向电性的变化特征。现场高密度电法测量时，将一定数量的电极按一定间隔布置在测线上，由主机设定的程序自动控制电极分别作为供电电极或接收电极，由此组成多处不同极距的观测系统并自动完成测量。每处高密度电法剖面可获取大量不同观测系统的视电阻率数据，然后利用高密度电法专用反演解释软件进行拟合计算分析，得到剖面下方倒梯形范围内的各单元地层电阻率并形成电阻率等值线图或电阻率色谱图。

1.2 微动探测法工作原理

微动探测[8-9]的物理前提是不同地层（地质体）之间存在的波速差异。微动探测技术就是从微动信号中提取面波（瑞雷波）频散曲线，通过对频散曲线反演获得地下介质的S波速度结构，以探查地下异常体的物探方法。通过S波速度在不同深度层次的高低变化，进行介质分层及构造识别。微动信号采用由多个独立数据采集系统组成的微动阵列进行采集。

2 场地概况与测线布置

合肥城市地形基本为岗冲起伏的丘陵，在地貌单元上属江淮丘陵的一部分。工作区为拆迁区，总体地势平坦开阔，场地东北角为土堆，场地内杂草覆盖。

根据前人资料和本次工作的实际测试成果，地下人防工程则呈现低电阻率、低纵波传播速度特征。因此本次地球物理勘探需探测目标体——地下人防工程与围岩间存在的明显电特性和波速特性差异，为开展高密度电法和微动探测工作提供了地球物理前提条件。

结合对已知段人防工程的探查，对本次地球物理工作的方法有效性作如下分析：高密度电法是通过地下电性差异来识别目标体，勘查区内的人防通道均为充水状态（满水或半满水状态），相对于通道外土层表现为更为良好的导电性，在高密度电阻率法断面图中显示为低阻异常特征；完整岩体（土层）介质相对均匀,波速较高，但当其因人防工程存在时，不论其满水或半水状态，其波速明显降低，同时根据波的传播速度、传播时间来推断、确定异常的深度及范围等。

为了查明地下人防工程分布位置和埋深，结合搜集的人防工程平面位置图以及以往的遥感影像资料，将场地划分为三块区域进行地球物理探测，区域1和区域2进行了高密度电法和微动探测两种物探手段，区域3由于在柏油路上，只进行了微动探测一种方法，测线布置如图1所示。

图1 工作区地下人防工程探测物探测线位置示意图

3 地下人防工程探测

3.1 人防通道异常的识别

图2所示为工作区已探明的竖井4和南侧出入口东侧之间的高密度电法剖面成果图，在点号152～167附近电阻率整体较低，如前述若人防通道充水，在高密度电阻率法的视电阻率剖面图上会显示低阻特性，但从实际效果来看，人防通道呈充水低阻特性，其右侧还存在较为明显的中低阻特征，其是人防通道围岩（砖拱结构）的反映。而地表3m范围内则呈现明显的中高阻特性，这是由地表杂填土造成的，杂填土呈松散状，含大量建筑垃圾及植物根系，成分以黏性土为主，不均匀，欠固结，并且此层在全场地都有分布。

图2 L6线高密度电法视电阻率剖面图

图3所示为工作区已探明的竖井4和南侧出入口东侧之间的微动探测速度剖面成果图，由横波速度剖面可知，场地内地层层状特征较为明显，由浅至深，其中杂填土、黏土层组成的覆盖层底深度在5m左右，横波速度约为300m/s；下伏为粉质粘土层、强风化层，横波速度约为600m/s；测线的5m处，存在明显的低速异常，异常区域呈闭合状态，异常横波速度值远小于周边围岩，异常顶深度约为 8.5m，宽度约为1m，高度约为2m，根据已有的资料可以推断此异常为人防工程引起，人防工程处于未填充或半填充状态，相较于周边围岩有很大的物性差异，故呈低速异常。

图3 L7线微动探测视速度剖面图

综上所述，高密度电和微动的联合探测结果表明，工作场地内存在地下人防通道，人防工程处于未填充或半填充状态，且人防通道呈充水状态。

3.2 工作区人防工程位置确定

由图1可知，工作区内人防工程分三块区域，基于高密度电法和微动探测法的联合探测结果，我们借助探地雷达对三块区域内人防工程的位置进行了推断。

区域1内探测异常如图4、图5所示。

图4 物探L1线剖面（上：高密度电阻率剖面；下：微动探测速度剖面）

图5 微动探测剖面（上左：L8线；上右：L9线；下：L10线）

区域1在L1线高密度电阻率剖面存在低阻异常，其右侧也存在较为明显的中低阻特征；在L1微动探测视速度剖面图上也存在低速异常。在北侧的L8、L9、L10线也存在类似L1线的低速异常。根据物探结果推断，L1剖面至L9剖面之间的人防通道走向为30°，埋深8～10m；L9剖面至L10剖面在和平路北侧绿化带拐弯，L10线存在两个通道。L2剖面以南无地下人防通道。综上所述，将区域1的人防通道位置和疑似范围投影到平面上，其平面位置如图6所示。

图6 区域1人防工程推断平面位置图

区域2探测异常如图7、图8所示，在L6线微动探测视速度剖面和L6线高密度电阻率剖面存在低阻异常，其右侧也存在较为明显的中低阻特征；在L7微动探测视速度剖面上也存在低速异常。根据综合物探结果推断，L6剖面至L7剖面之间的人防通道走向为20°，埋深8.5～10.5m，L6剖面至竖井4地下人防工程较多，L7剖面至出入口有拐弯可能。综上所述，将区域2的人防通道位置和疑似范围投影到平面上，其平面位置如图9所示。