论文部分内容阅读
【摘 要】动物洞穴隐患是堤防工程隐患之一，在治理洞穴隐患的过程中，如何探明洞穴的位置是关键。采用高密度电阻率法CT探测技术，可以精确探明洞穴在大堤内的分布、走向及深度，为工程治理提供了强有力的技术支持。本文对该技术在大汶河桑安口河段的具体应用作简要叙述，以期为今后洞穴隐患治理积累先进的经验。
【关键词】CT探测技术；洞穴隐患；河道堤防
堤防是河道防汛工程体系的基础，是防洪的重要屏障。堤防隐患有多种，动物洞穴是其中之一，对动物洞穴的治理是堤防管理的重要内容。近年来，大汶河堤防多处发现獾洞，该洞具有内部分层、一穴多洞、埋藏深、洞道长、洞径大等特点，严重危害堤防安全。由于獾特殊的习性及活动特点，采用传统的治理方法如烟熏、毒饵、水灌、护砌等措施，达不到根除獾洞的目的。大汶河桑安口河段獾洞治理中，利用高密度电阻率CT探测技术，对獾洞进行了精确探测，查明了獾洞在大堤内的走向、布置、深度、体积等隐蔽情况，再采用压力灌浆辅以浆砌石护坡的形式对该处隐患进行治理，取得了很好的效果。
1.高密度电阻率CT探测技术特点和资料处理方法
1.1高密度电阻率CT探测技术特点
高密度电阻率法是集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量的一种电阻率法勘探技术，与常规电阻率法相比设置了较高的测点密度，在测量方法上采取一些有效设计，使得数据采集系统有较高的精度和较强的抗干扰能力，从而获得较为丰富的地电信息。高密度电阻率法既能提供地质某一深度水平方向岩性的变化情况，又能反映垂直方向岩性变化情况，一次可以完成纵横二维勘探过程，观测精度高，采集数据可靠。数据通过RES2DINV反演软件处理形成的电阻率剖面图，可清晰、直观、准确地显示地电断面电阻率分布情况。
1.2探测数据处理方法
数据处理采用RES2DINV快速二维电阻率反演软件，处理流程主要为原始数据文件编辑、建立有限元计算的2D单元模型、根据单元模型反演视电阻率剖面，最后生成经过多次迭代，均方误差小于10%的反演真电阻率剖面。
2.大汶河桑安口河段堤防獾洞探测
2.1探测区域的地球物理特征
桑安口河段位于大汶河干流左岸39+150-39+300，堤顶宽6.0m左右，高5.0m左右，前坡（迎水坡）下部比为1：3，上部比为1：2，后坡（背水坡）基本为1：3。
通过对大堤的构筑情况和电测结果分析，发现大堤在电性上有如下特征：大堤由河漫滩及阶地沉积的砂壤土组成，大堤和基础的岩性基本一致，从电性上看，大堤和基础地下水位由于长期干旱，电阻率较高，为70～200Ω.m，地下水位以下电阻率较低，为70Ω.m以下。由于獾洞是一个空洞，里面充满空气，相对周围背景值为一高阻异常，探测现场我们模拟空洞实验，采用1.0m电极距，洞直径为0.3m，埋深为1.5m，进行测量，电阻率高于周围背景值，为300Ω.m。
2.2工程布置
（1）在39+150-39+300段大堤前坡堤顶部以下1.0米、堤肩和轴线处分别布置一道测线，追索獾洞在水平和垂直方向的分布状况，采用三极型式，前坡电极距为2.0m，堤肩和轴线处电极距为1.0m。
（2）在39+206断面布置一条测线，追索獾洞沿大堤横断面方向的分布状况，采用温纳型式，电极距为1.0m。
2.3探测结果解释
2.3.1大堤纵断面探测结果解释
大堤前坡探测结果解释：4.0m以上大堤和基础部分由于含水量較小，电阻率较高，达200Ω.m，5.0m受地下水位影响，电阻率降低，为70Ω.m。根据成像图中色谱可以看出，深柴色部分相对异常达到50%以上，相对于背景值呈高阻异常，经过现场察看、调查和槽探，大堤岩性基本均一，局部高阻异常为獾洞的电性反映，从图中可以看出，出露点在大堤前坡较多，獾洞位置为39+170、39+188、39+208、39+234和39+256-39+278处，垂向上为大堤顶部以下1.5-3.5m处，电阻率多为350Ω.m以上。
堤肩处探测结果解释：大堤表层2.0m范围内电阻率较低，大多小于180Ω.m，属于砂壤土的电性反映，2.0-4.8m电阻率较高，为250Ω.m以上，是由于大堤干燥造成的，在这一高阻区域内，相对于背景值而言，有四处高阻异常，真电阻率为370Ω.m以上，同大堤前坡比较，数量变少，但异常范围变大了，存在位置为39+173、39+179、39+188和39+205处，垂向上为大堤顶部以下2.6-3.6m。
轴线处探测结果解释：大堤表层1.5m范围内电阻率较低，大多小于180Ω.m，属于砂壤土的电性反映，1.5-4.8m电阻率较高，为220Ω.m以上，是由于大堤干燥造成的，在这一高阻区域内，相对于背景值而言，有四处高阻异常，真电阻率为400Ω.m以上，同堤肩比较，异常范围稍微变大，存在位置为39+173、39+179、39+186和39+203处，垂向上为大堤顶部以下2.5-3.5m。
2.3.2大堤横断面39+206处探测结果解释
大堤和基础电阻率较高，为100Ω.m～250Ω.m，在这一高阻区域内，相对于背景值而言，有2处高阻异常，发育范围为大堤前坡，垂向上为大堤表面以下1.0-2.0m，为獾洞的反应，该处的反应与上述3个纵断面的反应基本一致。该处大堤内部异常较小。
2.4结论
通过对资料的分析和处理，得出如下结论：
a.獾洞在大堤前坡出露点较多，位置为39+170、39+188、39+208、39+234和39+256-39+278处，垂向上为大堤顶部以下1.5m-3.5m处。
b.獾洞有的未贯穿到大堤内部，有的在大堤内部已形成较大空洞。
c.獾洞大体垂直大堤走向，有的偏向东南，有的无规律。
d.大堤内部较严重位置有4处，分别为39+173、39+179、39+186和39+203处，垂向上为大堤顶部以下2.5m-3.5m处。
e.39+206断面大堤前坡发育严重，有2处，深度为大堤表面以下1.0-2.0m。
2.5后期验证
根据探测结论，对39+173、39+186、39+203以及39+206断面2处，共5处獾洞进行充填式灌浆，对灌浆后的大堤进行钎探时，未发现空洞，即原有獾洞已被灌注密实，说明探测结果与实际相吻合。
3.结语
实践证明，采用高密度电阻率法CT探测技术，对堤防洞穴隐患进行探测，提高了工作效率，减轻了劳动强度，观测精度高，数据采集可靠，还有一定的成像功能，可以精确的探明洞穴在大堤内的深度、走向，并可粗略估算洞穴的体积，对工程治理有很好的指导意义，因此，高密度电阻率法CT探测技术是目前探测堤防洞穴隐患较为有效的方法。
【关键词】CT探测技术；洞穴隐患；河道堤防
堤防是河道防汛工程体系的基础，是防洪的重要屏障。堤防隐患有多种，动物洞穴是其中之一，对动物洞穴的治理是堤防管理的重要内容。近年来，大汶河堤防多处发现獾洞，该洞具有内部分层、一穴多洞、埋藏深、洞道长、洞径大等特点，严重危害堤防安全。由于獾特殊的习性及活动特点，采用传统的治理方法如烟熏、毒饵、水灌、护砌等措施，达不到根除獾洞的目的。大汶河桑安口河段獾洞治理中，利用高密度电阻率CT探测技术，对獾洞进行了精确探测，查明了獾洞在大堤内的走向、布置、深度、体积等隐蔽情况，再采用压力灌浆辅以浆砌石护坡的形式对该处隐患进行治理，取得了很好的效果。
1.高密度电阻率CT探测技术特点和资料处理方法
1.1高密度电阻率CT探测技术特点
高密度电阻率法是集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量的一种电阻率法勘探技术，与常规电阻率法相比设置了较高的测点密度，在测量方法上采取一些有效设计，使得数据采集系统有较高的精度和较强的抗干扰能力，从而获得较为丰富的地电信息。高密度电阻率法既能提供地质某一深度水平方向岩性的变化情况，又能反映垂直方向岩性变化情况，一次可以完成纵横二维勘探过程，观测精度高，采集数据可靠。数据通过RES2DINV反演软件处理形成的电阻率剖面图，可清晰、直观、准确地显示地电断面电阻率分布情况。
1.2探测数据处理方法
数据处理采用RES2DINV快速二维电阻率反演软件，处理流程主要为原始数据文件编辑、建立有限元计算的2D单元模型、根据单元模型反演视电阻率剖面，最后生成经过多次迭代，均方误差小于10%的反演真电阻率剖面。
2.大汶河桑安口河段堤防獾洞探测
2.1探测区域的地球物理特征
桑安口河段位于大汶河干流左岸39+150-39+300，堤顶宽6.0m左右，高5.0m左右，前坡（迎水坡）下部比为1：3，上部比为1：2，后坡（背水坡）基本为1：3。
通过对大堤的构筑情况和电测结果分析，发现大堤在电性上有如下特征：大堤由河漫滩及阶地沉积的砂壤土组成，大堤和基础的岩性基本一致，从电性上看，大堤和基础地下水位由于长期干旱，电阻率较高，为70～200Ω.m，地下水位以下电阻率较低，为70Ω.m以下。由于獾洞是一个空洞，里面充满空气，相对周围背景值为一高阻异常，探测现场我们模拟空洞实验，采用1.0m电极距，洞直径为0.3m，埋深为1.5m，进行测量，电阻率高于周围背景值，为300Ω.m。
2.2工程布置
（1）在39+150-39+300段大堤前坡堤顶部以下1.0米、堤肩和轴线处分别布置一道测线，追索獾洞在水平和垂直方向的分布状况，采用三极型式，前坡电极距为2.0m，堤肩和轴线处电极距为1.0m。
（2）在39+206断面布置一条测线，追索獾洞沿大堤横断面方向的分布状况，采用温纳型式，电极距为1.0m。
2.3探测结果解释
2.3.1大堤纵断面探测结果解释
大堤前坡探测结果解释：4.0m以上大堤和基础部分由于含水量較小，电阻率较高，达200Ω.m，5.0m受地下水位影响，电阻率降低，为70Ω.m。根据成像图中色谱可以看出，深柴色部分相对异常达到50%以上，相对于背景值呈高阻异常，经过现场察看、调查和槽探，大堤岩性基本均一，局部高阻异常为獾洞的电性反映，从图中可以看出，出露点在大堤前坡较多，獾洞位置为39+170、39+188、39+208、39+234和39+256-39+278处，垂向上为大堤顶部以下1.5-3.5m处，电阻率多为350Ω.m以上。
堤肩处探测结果解释：大堤表层2.0m范围内电阻率较低，大多小于180Ω.m，属于砂壤土的电性反映，2.0-4.8m电阻率较高，为250Ω.m以上，是由于大堤干燥造成的，在这一高阻区域内，相对于背景值而言，有四处高阻异常，真电阻率为370Ω.m以上，同大堤前坡比较，数量变少，但异常范围变大了，存在位置为39+173、39+179、39+188和39+205处，垂向上为大堤顶部以下2.6-3.6m。
轴线处探测结果解释：大堤表层1.5m范围内电阻率较低，大多小于180Ω.m，属于砂壤土的电性反映，1.5-4.8m电阻率较高，为220Ω.m以上，是由于大堤干燥造成的，在这一高阻区域内，相对于背景值而言，有四处高阻异常，真电阻率为400Ω.m以上，同堤肩比较，异常范围稍微变大，存在位置为39+173、39+179、39+186和39+203处，垂向上为大堤顶部以下2.5-3.5m。
2.3.2大堤横断面39+206处探测结果解释
大堤和基础电阻率较高，为100Ω.m～250Ω.m，在这一高阻区域内，相对于背景值而言，有2处高阻异常，发育范围为大堤前坡，垂向上为大堤表面以下1.0-2.0m，为獾洞的反应，该处的反应与上述3个纵断面的反应基本一致。该处大堤内部异常较小。
2.4结论
通过对资料的分析和处理，得出如下结论：
a.獾洞在大堤前坡出露点较多，位置为39+170、39+188、39+208、39+234和39+256-39+278处，垂向上为大堤顶部以下1.5m-3.5m处。
b.獾洞有的未贯穿到大堤内部，有的在大堤内部已形成较大空洞。
c.獾洞大体垂直大堤走向，有的偏向东南，有的无规律。
d.大堤内部较严重位置有4处，分别为39+173、39+179、39+186和39+203处，垂向上为大堤顶部以下2.5m-3.5m处。
e.39+206断面大堤前坡发育严重，有2处，深度为大堤表面以下1.0-2.0m。
2.5后期验证
根据探测结论，对39+173、39+186、39+203以及39+206断面2处，共5处獾洞进行充填式灌浆，对灌浆后的大堤进行钎探时，未发现空洞，即原有獾洞已被灌注密实，说明探测结果与实际相吻合。
3.结语
实践证明，采用高密度电阻率法CT探测技术，对堤防洞穴隐患进行探测，提高了工作效率，减轻了劳动强度，观测精度高，数据采集可靠，还有一定的成像功能，可以精确的探明洞穴在大堤内的深度、走向，并可粗略估算洞穴的体积，对工程治理有很好的指导意义，因此，高密度电阻率法CT探测技术是目前探测堤防洞穴隐患较为有效的方法。