基坑工程中直流高密度電法的有效性評價

趙顯志 王騰飛 朱永磊

（中化地質礦山總局河南地質局，河南 鄭州 450011）

1 直流高密度電法優勢

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定直流電場，通過程控式多路電極轉換器，選擇不同的電極組合方式和不同的極距間隔，實現供電和測量電極的自動轉換、自動供電、自動觀測和自動記錄、自動計算和自動存儲，獲取地下介質的視電阻率分布規律，進而推斷地下的地質結構和構造解決水文與工程地質問題。

直流高密度電法綜合了剖面(水平)、測深(垂直)兩方面的信息，測點密、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，使得視電阻率剖面直觀地反映地下介質的電性變化。為地質推斷解釋帶來了極大的方便。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解決不同的地質問題。高密度對淺層良好的適應性，可用于探測基巖面起伏、土層中的“擾動”低阻區，基巖內的采空區或強裂隙發育帶。該方法的原理是利用隨供電電極距AB的逐漸增大和測量電極MN的移動，來達到測深和測剖面的綜合效果。高密度電法集合了電阻率剖面和電阻率測深的綜合優點，采用高密度布置電極的方式采集數據，達到高精度解決地質問題的目的。由儀器的先進設計及資料處理能力及高密度電法儀，能快速而準確地獲得豐富的地電信息。

2 直流高密度電法的實現過程

2.1 工作方法

根據物探勘探目的，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量。電極排列見圖1。

圖1 高密度變剖面連續滾動測量斷面示意圖

測量時，AMNB為一個電極間距1米不動得到得到一個測深點；接著A、M、N、B同時向右移動一個電極間距，同樣測量；這樣不斷掃描測量下去，得到倒立梯形斷面。

本次工作使用重慶奔騰數控技術研究所生產的以WDJD-4多功能數字直流激電儀為測控主機，配以WDFZ-120多路電極轉換器構成高密度電阻率測量系統，工作方式為集中式排列如圖2所示。

圖2 野外高密度測量系統

按照不同的地形與地貌，沿地形線的測點間距1m。由于每條剖面長度不近相同，即電極個數120根，選擇隔離系數根據要求測量深部不同而定。供電時間T=2mS，接地電阻小于1000Ω。供電電源使用450伏電池箱組并聯，供電電流穩定。

使用上述儀器及設備對工區進行了測量，為了保證觀測質量，對測量中出現的個別畸變點和異常點進行了重復觀測。為保證測量精度，采取的具體措施如下：

（1）開工前，必須對用于生產的儀器的技術指標進行測試，只有技術指標完全符合規范要求的儀器方可用于野外生產。

（2）盡量提高供電電源電壓，采用三箱蓄電池組箱串聯供電，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）觀測之前，首先通過儀器檢查各電極的接地情況，對于接地電阻大于1000Ω者，改善接地條件，打深、澆水或適當移位，保證所有電極接地條件良好方可開始進行測量，以保證較大的供電電流和取得信號的質量。

2.2 方法試驗

2.2.1 供電極距實驗

由于目標體較小，深度較淺，首先考慮到的點距是1～2m，在同一條測線布設1m和2m供電極距，試驗結果見圖3（上圖為2m點距，下圖為1米點距），通過結果可以發現，異常形態整體一致，但是1m點距異常更明顯、更細致。

圖3 1m、2m點距試驗視電阻率擬斷面圖

2.2.2 已知鉆孔試驗

在開工前，首先選擇已知轉孔上進行試驗對比，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#鉆孔進行方法試驗，主要裝置選擇為溫納、施倫貝謝爾，偶極三種方式，圖4是50#鉆孔的實驗擬斷面圖，結合50#鉆孔資料可以看出，在深度4m左右出現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。

圖4 50#鉆孔方法實驗視電阻率擬斷面圖

圖5是14#鉆孔的實驗擬斷面圖，結合14#鉆孔資料可以看出，在深度4m左右出現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。由于各個裝置在異常體反映及范圍大小上均有不同的優勢，通過實驗對比后，三種裝置在本工作區對于低阻異常上均有反映，由于偶極裝置測量深度較淺，所以本次工作最終確定測量極距為1米，裝置類型為溫納裝置和施倫謝貝爾裝置相結合。

圖5 14#鉆孔方法實驗視電阻率擬斷面

2.2.3 解釋驗證

為了驗證其物探效果，在大面積投入工作后，為了驗證推斷解釋的準確率，在推斷解釋的異常上，隨機選取異常進行工程揭露，初步驗證兩處異常，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斷面的對比圖，從圖上可以清晰看出，紅線為基巖起伏界面，沿測線方向30米以西基巖埋深較淺，向東逐漸加深，在35、42和47出現三個低阻區域，推斷為黏土泥質填充，在這三個位置發現三個大小不等的窩狀黏土聚集，與地質斷面較為吻合。

圖6 高密度電法擬斷面與已知地質斷面的對比圖

經過對本次直流高密度視電阻率測深12條剖面系統質量檢查，質量檢查采用重新布線布極的方式，質量檢查剖面長度占總剖面長度的11.7%。經過統計計算，均方相對誤差M=±3.13%，符合規范要求，說明質量可靠。

結束語

經過前期地質調查發現，在本基坑工作區大部分溶洞經過后期的地下水搬運過程，溶洞已經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，通過方法試驗和地質斷面的驗證對比，證明了在此開展直流高密度電法是可靠有效的工作方法。