物探磁法在鐵路勘察中的應(yīng)用

楊朋祥 張嵐峰 師亞璐

摘要：近年來磁法儀器設(shè)備、方法技術(shù)不斷更新，如梯度測量、張量測量等可高分辨率地突出地表及近地表磁性體的異常，擴(kuò)展了磁法在鐵路勘察領(lǐng)域的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，通過合理選擇磁測方法及儀器設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，采取有效措施壓制干擾場，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法突出磁異常，磁法也能有效地應(yīng)用于鐵路地質(zhì)勘察工作中，甚至能夠解決其他物探方法難以解決的勘探難題，為鐵路設(shè)計(jì)和施工提供更精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：物探磁法;鐵路勘察;應(yīng)用

1物探磁法分析

1.1磁法

磁法在過去幾十年里主要用于尋找金屬礦產(chǎn)，隨著理論和實(shí)踐水平的提升，其應(yīng)用范圍將日益廣泛，因此在儀器研制方面需要研制高精度多參數(shù)磁測儀器，以提高綜合信息采集能力及地面、航空磁測三分量測量精度。在數(shù)據(jù)處理方面，需要發(fā)展與高精度磁測相匹配的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，研究磁異常弱信號提取技術(shù)，增強(qiáng)異常分辨能力，提高磁場的垂向分辨率，研究沿深度的分場方法;需要發(fā)展復(fù)雜條件下磁場多參數(shù)綜合三維反演可視化解釋技術(shù);發(fā)展反演物性（磁）結(jié)構(gòu)的“層析”成像技術(shù)，提高反演三維場源幾何參數(shù)的能力;需要發(fā)展三維場源空間定位技術(shù)，采用人機(jī)交互實(shí)時(shí)三維可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維場源屏幕正演解釋，研究有機(jī)結(jié)合的多參數(shù)組合反演方法，形成以GIS為平臺的多功能綜合解釋系統(tǒng)。同時(shí)，需要加強(qiáng)磁性多參數(shù)的基礎(chǔ)研究，探索磁性多參數(shù)的應(yīng)用新領(lǐng)域;開拓磁法應(yīng)用新領(lǐng)域，充分發(fā)揮磁法在環(huán)境污染調(diào)查中的作用;在礦產(chǎn)資源勘探中，高精度多參數(shù)磁測與其配套的處理解釋方法技術(shù)將有廣闊的應(yīng)用前景，將磁測和其他地球物理方法技術(shù)以及地質(zhì)、遙感等進(jìn)行綜合，研究地質(zhì)問題是發(fā)展的趨勢。

1.2瞬變電磁法

對瞬變電磁儀器而言，大功率、大動(dòng)態(tài)范圍、高密度時(shí)序序列數(shù)據(jù)采樣、三分量同步觀測、低噪聲儀器性能將是先進(jìn)瞬變電磁儀器發(fā)展的主要趨勢;在解釋技術(shù)方面，急需解決的重要內(nèi)容之一是數(shù)據(jù)處理技術(shù)，其中關(guān)鍵為消除干擾噪聲和裝置過渡過程的方法技術(shù)，這二方面是影響解釋成果質(zhì)量的重要因素，一維反演和二維電性分布成像仍將是近期主要的解釋手段，三維反演解釋技術(shù)將是長期的研究內(nèi)容，其中三分量電阻率成像是研究的主要目標(biāo)之一，目前盡管有多種儀器已實(shí)現(xiàn)了三分量數(shù)據(jù)采集，水平分量能較準(zhǔn)確的圈定導(dǎo)電地質(zhì)體的邊界和產(chǎn)狀，但對于水平分量信息的應(yīng)用仍處于曲線形態(tài)特征探討的較低水平;為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地電條件下快速確定導(dǎo)電地質(zhì)體的空間位置和基本形態(tài)，需要發(fā)展和完善電磁偏移成像和電磁波場轉(zhuǎn)換解釋技術(shù);瞬變電磁法的傳感器通過加裝高溫超導(dǎo)磁強(qiáng)計(jì)后，優(yōu)勢明顯，勘探深度增大1.5倍左右，但目前由于其抗干擾能力較差，應(yīng)用范圍受環(huán)境因素限制，解決好高溫超導(dǎo)磁強(qiáng)計(jì)的抗干擾問題，使之能在多數(shù)干擾環(huán)境下應(yīng)用，將大大推動(dòng)瞬變電磁法在勘查應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)步。

2物探磁法在鐵路勘察中的應(yīng)用

2.1樁基樁底埋深探測

在軌道交通建設(shè)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到已有建（構(gòu)）筑物的樁基阻礙隧洞掘進(jìn)情形的發(fā)生。為了保證隧道盾構(gòu)施工安全，必須精確測量出這類樁基樁底的埋深。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，這類樁基大多是直立鋼板樁、鉆孔灌注樁等。由于城市電磁干擾大，探測精度要求高（例如H型鋼板樁的鋼板厚度僅20mm和10mm，且探測精度應(yīng)在30cm以內(nèi)），采用井中磁梯度或井中磁三分量測試能有效解決這類問題。在被測體有露頭的情況下，可在被探測物體側(cè)面0.5～1.0m處鉆孔。以井中磁梯度測試為主，輔以井中磁三分量測試，互相映證，可以精確地探測到這類樁基樁底的深度。為探測上海軌道交通某地H型鋼板樁樁底埋深，進(jìn)行了磁法測孔工作。圖1為該孔磁梯度測試結(jié)果，從圖1中可以看出，從12.2m處開始磁場梯度快速衰減，至13.0m處基本恢復(fù)到正常場，按照梯度負(fù)異常峰值可以推斷，距該測孔最近鋼板樁的底部距孔口為12.2m。井中三分量磁測結(jié)果也驗(yàn)證了這一結(jié)論。該鋼板樁被拔除后，確認(rèn)其測量誤差小于0.3m。

2.2地下深埋管線探測

在城市軌道交通施工之前，最重要的勘探工作就是進(jìn)行管線排查。管線探測的物探方法很多，例如電磁感應(yīng)法、地震映像法、地質(zhì)雷達(dá)法、高密度電法等。對于淺埋管線，很多方法都能解決，但是對于深埋管線，大部分物探方法都無能為力，而磁法是探測深埋管線的有效物探方法之一。金屬管道、通電后的光纜電纜等，其周圍空間會(huì)產(chǎn)生磁異常，給磁法探測提供了非常好的地球物理前提。在干擾較小時(shí)，可以通過觀測其磁異常ΔT（或ΔZ）場的變化來探測;而在電磁干擾復(fù)雜的情況下，可以采用井中磁梯度測量，來判定異常體的平面位置及埋深。以長沙某地深埋供水管線的磁異常ΔT剖面探測為例，通過現(xiàn)場踏勘大致判定管線方向，布置4條剖面，由圖2可見管線產(chǎn)生的磁異常非常明顯，準(zhǔn)確揭示了管線的平面位置。通過反演解釋，推斷管線埋深在6m左右，與設(shè)計(jì)資料相符。

2.3實(shí)例應(yīng)用

某鐵路建設(shè)工程位于桂西的巖溶山區(qū)，隧道深度約為40-400m，區(qū)域地勢起伏較大且復(fù)雜，具有特殊地形，增加了施工難度和勘測難度，很多常規(guī)物探技術(shù)難以實(shí)施或者勘測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差，因此需要利用綜合物探技術(shù)。①利用電磁測深法，勘測巖溶地區(qū)巖石分布情況，可以選擇在高阻覆蓋地帶開展勘測工作，發(fā)揮該種方式勘測效率高、深度大等優(yōu)勢;②對于一定體量的溶洞，可以選擇“微重力”的方式，結(jié)合“地震折射法”等技術(shù)，開展更細(xì)致的地質(zhì)調(diào)查。在施工前應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇合適的綜合物探技術(shù)，動(dòng)態(tài)勘察巖溶變化情況，避免不良地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

3加強(qiáng)鐵路工程地質(zhì)鉆探施工管理

3.1建立健全地質(zhì)鉆探施工管理體系

要想建立地質(zhì)鉆探施工安全管理系統(tǒng)，最重要的是要確保鉆探工程每個(gè)環(huán)節(jié)，都可以依靠一個(gè)綜合管理制度，建立一套完善的安全施工體系。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①建立和完善相關(guān)的安全管理制度。在地質(zhì)鉆探過程中，應(yīng)結(jié)合國家法律法規(guī)，同時(shí)結(jié)合鉆探工程的特點(diǎn)，不斷完善和補(bǔ)充施工的安全，為我們提供更多的安全保障。②牢牢記住安全管理的理念。地質(zhì)鉆探工作是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的工作，因此，各崗位負(fù)責(zé)人與管理人員需要建立強(qiáng)有力的安全理念，深刻認(rèn)識到安全管理的重要性，不論是在設(shè)計(jì)規(guī)劃，或在隨后的維護(hù)階段，應(yīng)該永遠(yuǎn)記住安全第一，安全管理進(jìn)行到底。③完善安全生產(chǎn)責(zé)任制。在地質(zhì)鉆探施工過程中，要對每個(gè)人講安全責(zé)任，負(fù)責(zé)安全意識培養(yǎng)的相關(guān)負(fù)責(zé)人、安全管理人員對各方面的實(shí)施，從源頭上消除隱患。

3.2規(guī)范安全事故的處理流程

在鐵路地質(zhì)鉆探施工過程中，要制定一套完善的安全事故處理流程，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，可以盡快處理，采取措施盡量減少損失。①事故發(fā)生時(shí)，有必要對事故等級和事故發(fā)生區(qū)域進(jìn)行判斷，掌握第一手信息，為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。②詳細(xì)記錄事故情況，計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，與之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，及時(shí)向上級報(bào)告。③當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，選擇合適的機(jī)械工具以及勘測手段，及時(shí)處理，做好事故動(dòng)態(tài)變化的時(shí)刻記錄，針對不同類型的事故，采取不同的解決方案。

4結(jié)束語

總而言之，上述鐵路勘察實(shí)例證明，磁測技術(shù)探測樁基樁底埋深、探測深埋管線等方面有較好的勘探效果?？梢?，磁法勘探有輕便易用、效率高、成本低、不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)，在鐵路勘察中充分利用磁法勘探技術(shù)，有利于提高地質(zhì)勘察效率，為鐵路設(shè)計(jì)和施工提供更精準(zhǔn)的地質(zhì)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：遼寧省冶金地質(zhì)四〇二隊(duì)有限責(zé)任公司）