工程物探在中運河頂管水下地質(zhì)探測中的應用

李 寧 于際凱 付天池 王丹志 蘇 永 魏海峰 宋燕偉

（1.徐州市水利建筑設計研究院 徐州 221000 2.徐州中國礦大巖土工程新技術有限公司 徐州221000 3.徐州市銅山區(qū)房村水利站 徐州 221000 4.徐州市城區(qū)水資源管理處 徐州 221000）

1 工程概況

中運河頂管屬于徐州市引水管線工程中的重要節(jié)點，該工程不僅負責向徐州市市區(qū)供水，還肩負著向邳州市、睢寧縣等徐州市其他縣、市供水的責任。該工程規(guī)模為80 萬m3/d，設計擬采用頂管（泥水平衡法）穿越中運河，管道采用兩根D2020 鋼管，設計頂管管底高程為2.0m，穿越河道段管道全長2092.4m，其中水域段長約1090m，分航道和泄洪區(qū)兩部分，航道寬約140m，泄洪區(qū)寬約950m。本文通過工程物探方法，對穿中運河頂管沿線的工程地質(zhì)問題進行分析總結，提出相應的處理措施，為該項目設計與施工過程中提供科學依據(jù)。

2 工程物探方案

在初設階段及施工圖階段對管道沿線途經(jīng)區(qū)域進行了工程地質(zhì)勘察、線路比選，對不良地質(zhì)體進行繞避，但一些工程地質(zhì)問題仍難以避免，主要集中于采砂采空區(qū)、采砂鐵架及鉆桿等障礙物兩個方面。為查明管線路范圍內(nèi)工程地質(zhì)問題，需對管線范圍內(nèi)的地下障礙物及不良地質(zhì)體的分布情況進行探查。

2.1 方案設計

為確保方案可行，確定采空區(qū)的探測深度至管底高程以下20m，障礙物的探測深度為水底至管底高程以下5m。根據(jù)場地地質(zhì)條件結合工程特點，擬聯(lián)合采用磁法、單道地震法及淺地層剖面法3 種手段，互相補充、驗證。

磁法及淺地層剖面法主要針對障礙物進行探測，單道地震法主要針對采空區(qū)探測。各物探手段目的如表1。

2.2 物探工作布置

磁法：由于磁測工作干擾背景大，過往船只會對測線采集質(zhì)量造成影響，故在施工時派專人觀察水面情況，并與磁力測量班報對照注記，當發(fā)現(xiàn)異常時則現(xiàn)場加以分析辨別，判斷是由水底沉積物還是由過往船只抑或是工區(qū)邊上停靠的船舶引起的異常，并注記通過異常點的方位及偏移距，以便更精確地測定其位置及形狀。

單道地震法：施工時將接收傳感器牽掛于震源船尾向后延伸，通過錘擊震源船中心鐵板，激發(fā)地震波，實行連續(xù)航行，人工快速激發(fā)和同步GPS 定位與接收采集數(shù)據(jù)。

淺地層剖面法：調(diào)查船只側部放置拖魚，并在拖魚正上方放置GPS 天線同水平位置定位，拖魚向水下發(fā)射適當頻率的聲波，聲波到地層界面上會有反射波產(chǎn)生，這些反射波返回并被拖魚接收并轉換為電信號存儲到采集主機中。

3 物探成果分析解釋

表1 物探方法及物探目的表

圖1 中運河磁法等值線圖及磁異常解釋示意圖

圖2 中運河單道地震剖面圖

圖3 中運河疑似采空區(qū)地震剖面圖

圖4 中運河淺地層剖面法圖

圖5 中運河管線西側5 處疑似采空區(qū)異常區(qū)域圖

圖6 中運河管線東側3 處疑似采空區(qū)異常區(qū)域圖

圖7 中運河管線3 處疑似采砂管異常區(qū)域圖

3.1 磁法

圖1 為中運河磁法等值線平面圖及磁異常解釋示意圖，圖中東西兩端出現(xiàn)條帶狀的磁異常，這與水底地形有關；磁異常數(shù)字在中運河中部未發(fā)現(xiàn)，在兩端則出現(xiàn)了7 處，主要集中在東端。

3.2 單道地震

圖2 為中運河單道地震剖面，在剖面上識別出7 個波組及8 處疑似采空的區(qū)域；圖3 為中運河疑似采空區(qū)地震剖面，地震反射剖面上反射能量強，主頻低，兩端有繞射波等現(xiàn)象，故判定此處疑似為采砂擾動形成的疏松脫空區(qū)域。

3.3 淺地層剖面

圖4 為中運河淺地層剖面法的一條勘探測線，如圖所示可以在剖面上識別出5 個有效波組：（1）QT0 波組：反射能量強且連續(xù)，是水底反射所致；（2）QTA1 波組：反射能量較強且較為連續(xù)，波組較為起伏，是流泥層底界面之反映；（3）QT6 波組：反射能量較強且較為連續(xù)，由一個同相軸構成，波組向下傾斜，是中粗砂與上部含砂姜黏土間界面之反映；（4）QT7波組：反射能量較強且較為連續(xù)，起伏形態(tài)和延伸距離與QT6 波組相似，并與QTA2 波組連接，是中粗砂與下部含砂姜黏土間界面之反映；（5）QT8-1波組：反射能量較弱但較為連續(xù)，起伏形態(tài)與地形相似，是粗砂與上部含砂姜黏土間界面之反映。

3.4 綜合解釋

根據(jù)對磁法、單道地震及淺地層剖面的數(shù)據(jù)分析與處理、剖面判讀等綜合解釋，去除重復點后共發(fā)現(xiàn)各種異常11 個，其中8 個為疑似采空區(qū)異常，見圖5、圖6；3 個為疑似采砂管異常，見圖7。

3.5 勘探驗證

針對物探成果，對管線線路上1 處疑似障礙物及2 處疑似采空區(qū)進行驗證，其中障礙物驗證采用潛水員潛水現(xiàn)場驗證，采空區(qū)采用勘探鉆孔驗證。經(jīng)驗證，磁法異常2 為河底遺棄小鐵船，磁法異常7 為廢棄抽沙管；2 處疑似采空區(qū)經(jīng)勘探驗證均為采砂嚴重擾動區(qū)。

4 結語

本文根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查、工程物探及勘探驗證，概括了中運河頂管工程存在的采空區(qū)、障礙物兩方面工程地質(zhì)問題。查明了兩種工程地質(zhì)問題的位置、大小，為設計及施工提供了可靠的地質(zhì)資料■