綜合物探技術(shù)在城市供排水工程中的運(yùn)用及展望

摘" 要：城市水務(wù)工程建設(shè)關(guān)注施工質(zhì)量、效益控制，這要求做好早期計劃分析和信息采集，并對綜合物探技術(shù)的應(yīng)用提出了一定要求。原則上，城市水務(wù)工程要求探測技術(shù)具有適用性、精確性和全面性特征。結(jié)合X地區(qū)水務(wù)工程工作，可知重視合理選擇技術(shù)、組織現(xiàn)場管控和信息處理，有助于提升綜合物探技術(shù)應(yīng)用效果。未來相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用則關(guān)注提升效率、精度，以智能化謀求改進(jìn)應(yīng)用效益。

關(guān)鍵詞：綜合物探技術(shù) "城市水務(wù)工程 "技術(shù)選取 "電法勘探

中圖分類號：TU992

Application and Prospect of Comprehensive Geophysical Exploration Technology in Urban Water Supply and Drainage Engineering

WU Zengrui¹ "CHEN Yang^2*

1.Water Affairs Bureau of Honghuagang District， Zunyi City， Zunyi， Guizhou Province， 563000 China; 2.Guizhou Provincial Geological and Mineral Bureau Second Engineering Survey Institute Co.， Ltd.， Zunyi， Guizhou Province， 563000 China

Abstract： Urban water engineering construction focuses on construction quality and efficiency control， which requires early planning analysis and information collection， and puts forward certain requirements for the application of comprehensive geophysical exploration technology. In principle， urban water engineering requires detection technology with applicability， accuracy， and comprehensiveness. Based on the water engineering work in X region， it can be concluded that emphasizing the rational selection of technology， organizing on-site control， and information processing can help improve the application effect of comprehensive geophysical exploration technology. The application of future related technologies focuses on improving efficiency and accuracy， seeking to enhance application benefits through intelligence.

Key Words： Comprehensive geophysical exploration technology; Urban water engineering; Technology selection; Electrical exploration

綜合物探技術(shù)即綜合性地球物理勘探的簡稱，是指通過研究和觀測各種地球物理場的變化，對目標(biāo)范圍內(nèi)巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件進(jìn)行評估。由于地球不同區(qū)域的形成年份、變遷情況各有差異，在組織工程建設(shè)時，需要提前做好信息采集，保證施工方案科學(xué)性，包括城市水務(wù)工程內(nèi)。城市區(qū)域地下環(huán)境更為復(fù)雜，除一般巖層信息外，還要求關(guān)注地下既有結(jié)構(gòu)、管線的配置情況，這也客觀要求加強(qiáng)綜合物探技術(shù)的應(yīng)用^[1]。當(dāng)前針對綜合物探技術(shù)應(yīng)用的研究較多，以宏觀技術(shù)分析為主，針對具體應(yīng)用方式的研究偏少，選取案例進(jìn)行分析，有助于進(jìn)一步呈現(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 "城市水務(wù)工程對探測技術(shù)要求

1.1" 適用性

城市水務(wù)工程對探測技術(shù)的基本要求為適用性，即選取的探測技術(shù)應(yīng)符合本地實(shí)際情況，并且符合水務(wù)工程的基本特點(diǎn)。按分類，當(dāng)前可服務(wù)城市水務(wù)工程探測的技術(shù)包括物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)兩類，由于城市地下環(huán)境比較復(fù)雜，并且可能關(guān)乎居民安全、都市環(huán)境，化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用偏少，物理技術(shù)應(yīng)用也需要加以甄選，如磁法勘探影響周邊磁場與通信活動，在都市通信活動較密集的區(qū)域，其應(yīng)用也往往受到限制。當(dāng)前一般以重力探測、電法探測作為核心，地震波勘探法近年應(yīng)用廣泛，發(fā)展速度較快，也是應(yīng)用于城市水務(wù)工程探測的中心技術(shù)之一^[2]。

1.2" 精確性

城市水務(wù)工程探測工作也要求保證結(jié)果精確性。從特點(diǎn)上看，與戶外一般探測不同，水務(wù)工程主要在都市內(nèi)或周邊組織建設(shè)，牽涉到地下、地表各類構(gòu)筑物的保護(hù)，尤其是地下各類管線，一旦因施工因素、探測不到位遭受破壞，有可能影響區(qū)域內(nèi)的水電供應(yīng)、熱力供應(yīng)，對居民生活、生產(chǎn)活動帶來負(fù)面影響。故組織綜合物探時，應(yīng)保證相關(guān)技術(shù)能夠精準(zhǔn)有效完成地下信息的采集，形成完善的探測結(jié)果，對于可能出現(xiàn)的非預(yù)期變化，也應(yīng)能夠快速、精準(zhǔn)察覺，作為后續(xù)調(diào)整施工方案的依據(jù)^[3]。

1.3" 全面性

全面性，是指城市水務(wù)工程采用的探測技術(shù)應(yīng)能夠全面服務(wù)信息采集，包括時間周期上的全面性，也包括業(yè)務(wù)內(nèi)容的全面性。時間周期上看，城市水務(wù)工程探測技術(shù)應(yīng)自工程立項(xiàng)階段持續(xù)到完成后，隨時根據(jù)施工需要、設(shè)計需求組織信息采集和分析，形成覆蓋整個施工周期的探測方案。業(yè)務(wù)內(nèi)容方面，城市水務(wù)工程探測技術(shù)應(yīng)能夠收集與施工建設(shè)有關(guān)的各類信息，包括地下巖土強(qiáng)度、水文信息、管網(wǎng)信息等，以保證地下環(huán)境能夠得到充分采集，服務(wù)施工活動^[4]。

2 "城市水務(wù)工程中綜合物探技術(shù)運(yùn)用方式[wl2]

2.1" 應(yīng)用背景

X地區(qū)水務(wù)工程（簡稱X工程），位于某城市老城區(qū)，因地下給排水管線投入使用的時間較長，2021年以來，多次出現(xiàn)滲漏、管道破裂等事故，影響居民生活與各商戶經(jīng)營，市政部門決定進(jìn)行整改。然而該地區(qū)有關(guān)建設(shè)檔案出現(xiàn)丟失、不齊全的情況，建設(shè)單位、施工單位均難以快速利用既有信息了解地下建設(shè)情況，尤其是管網(wǎng)分布態(tài)勢。為避免施工過程中出現(xiàn)意外情況，施工方?jīng)Q定使用綜合物探技術(shù)對施工區(qū)域地下環(huán)境進(jìn)行信息采集。

2.2" 應(yīng)用過程

2.2.1" 技術(shù)選取

經(jīng)過分析，可以用于X工程的物探技術(shù)包括重力探測技術(shù)、磁力探測技術(shù)、電法探測技術(shù)、地震波探測技術(shù)四大類。進(jìn)一步組織分析，施工方認(rèn)為重力探測技術(shù)的設(shè)備重量較大，搬運(yùn)不便，而老城區(qū)施工環(huán)境不完善，道路狹窄、空間不大，故排除該技術(shù)。同時，老城區(qū)通信活動頻繁，并且早間、晚間通信內(nèi)容均比較復(fù)雜，信道擁堵問題、延遲問題已經(jīng)比較突出，故決定也排除磁力探測技術(shù)，以避免影響區(qū)域內(nèi)的通信活動。同時，老城區(qū)地下環(huán)境比較復(fù)雜，難以確定其具體結(jié)構(gòu)，最后決定在綜合物探技術(shù)下，采用電法探測技術(shù)、地震波探測技術(shù)，對二者進(jìn)行綜合使用，服務(wù)地下環(huán)境的分析、信息采集。

2.2.2" 現(xiàn)場應(yīng)用

進(jìn)入施工現(xiàn)場后，施工方首先決定對地下較淺范圍內(nèi)的信息進(jìn)行采集，默認(rèn)采集范圍為地下0～10 m，即淺表信息，決定應(yīng)用電法探測技術(shù)采集信息，與工作范圍內(nèi)設(shè)定人工場作為放電點(diǎn)位。因施工范圍較大，以50 m為間隔，共設(shè)置11個放電點(diǎn)位，兩個點(diǎn)位之間設(shè)定一個測點(diǎn)，共設(shè)置10個測點(diǎn)。利用便攜式設(shè)備，于11個放電點(diǎn)位處分別進(jìn)行放電作業(yè)，工作電壓為220 V，放電時間為30～45 s，同步啟動測點(diǎn)內(nèi)的采集設(shè)備，對地下電流變化情況進(jìn)行采集。理論上，當(dāng)?shù)叵颅h(huán)境均勻時，其電流呈現(xiàn)均衡衰減、弧狀擴(kuò)散的特點(diǎn)^[5]（如圖1所示）。

當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)存在不同時，電流衰減、擴(kuò)散情況也存在差異，如巖體內(nèi)電流衰減強(qiáng)度較大，顯著高于普通沙土，管道內(nèi)電流衰減強(qiáng)度不足，空氣內(nèi)電流的強(qiáng)度最突出，擴(kuò)散也最為均勻。經(jīng)過分析，10個測點(diǎn)獲取的信息強(qiáng)度明顯不同，對其結(jié)果進(jìn)行匯總，包括土體強(qiáng)度、管網(wǎng)配置等，初步建設(shè)三維模型，形成基于電法探測技術(shù)的施工區(qū)域地下淺表結(jié)構(gòu)信息。結(jié)果表明，地下巖土強(qiáng)度不足，約有36.5 m長度需要進(jìn)行加固。地下建有供水、供氣等管道，并且比較復(fù)雜，施工過程中需要“后讓先”，加以規(guī)避，施工區(qū)域內(nèi)水文環(huán)境無異常，未見地下水上溢問題。施工區(qū)域內(nèi)地下無其他特殊構(gòu)筑物?？紤]到10 m以下仍可能建有其他管網(wǎng)，或存在土壤強(qiáng)度不高、地下水上溢風(fēng)險。使用地震波探測技術(shù)對10 m以下空間進(jìn)行信息采集。

地震波探測技術(shù)下，因其傳播形式與電流不同，故調(diào)整了施工區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)位設(shè)置方案：以60 m為間隔，設(shè)置9個點(diǎn)位，各點(diǎn)位均兼具地震波發(fā)射和接收功能；目標(biāo)深度為15 m，在此要求下發(fā)射地震模擬聲波，發(fā)射時間為5 s；同步啟動回波收集設(shè)備，收集時間為60 s。其工作原理如圖2所示。

地震波探測技術(shù)下，獲取的回波通過布置在各點(diǎn)位的設(shè)備進(jìn)行收集，不再設(shè)置額外的工作點(diǎn)。所獲信息通過數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。原始信息通過計算的方式進(jìn)一步提升其精度，如諧波的計[A5]"算：

P（x_i，t）＝p₀sin（2πx_i/λ－ω_t＋φ）"""""""""""""""""" （1）

式（1）中：P（x_i，t）表達(dá)對應(yīng)目標(biāo)范圍內(nèi)的諧波，其中x_i、t分別代表聲速和聲壓；p₀為聲波振幅；λ為波長；ω＝2πf為角頻；φ[wl6]"為相移?？梢該?jù)此獲取目標(biāo)范圍的諧波信息，由于不同介質(zhì)的諧波表現(xiàn)存在顯著差異，可以據(jù)此形成地下深處范圍內(nèi)的剖面圖。X工程中，利用多個剖面圖形成10 m以下地下深度范圍內(nèi)的有關(guān)信息及三維影像。經(jīng)分析，地下深度并無其他結(jié)構(gòu)，管網(wǎng)配置情況比較規(guī)律，無混亂布置情況。并且地下水水位較低，不影響施工。

3 "城市水務(wù)工程中綜合物探技術(shù)運(yùn)用展望

3.1" 智能化

未來城市水務(wù)工程中綜合物探技術(shù)的運(yùn)用可能更多關(guān)注智能化。在此前學(xué)者研究中，應(yīng)用現(xiàn)代化的技術(shù)方法、智能模式，可以快速完成各類復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理，與人工作業(yè)模式相比，其準(zhǔn)確性更理想。例如：針對地下淺表區(qū)域進(jìn)行探測時，由于城市地下環(huán)境復(fù)雜，如果依賴人工處理信息，可能出現(xiàn)信息總量較大、內(nèi)容復(fù)雜的情況，這時，可以借助智能技術(shù)，形成針對不同信息的分析模型，并設(shè)定固定的工作程序，完成原始信息的采集后，可以利用固定程序?qū)υ夹畔⑦M(jìn)行處理，形成的半結(jié)構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化信息，再通過人工進(jìn)行審核，減少人工作業(yè)、處理原始信息消耗精力過多的困擾，提升綜合物探的工作質(zhì)量。

3.2" 效率改進(jìn)

城市水務(wù)工程面向區(qū)域內(nèi)居民、商戶提供供水、排水服務(wù)，這要求在組織綜合物探技術(shù)應(yīng)用、建設(shè)相關(guān)工程設(shè)施時保證總體效率。作為工程前置性階段的核心工作之一，也應(yīng)設(shè)法提升綜合物探技術(shù)的工作效率。未來主張加強(qiáng)模型化應(yīng)用技術(shù)，根據(jù)不同的城市工程特點(diǎn)、區(qū)域一般特點(diǎn)，建設(shè)若干具有一定統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)的綜合物探工作模型，利用該模型組織工作。例如：A、B城市均為南方城市，氣候條件、地質(zhì)條件、市政建設(shè)需要比較接近，組織城市水務(wù)工程建設(shè)時，可以共享綜合物探工作經(jīng)驗(yàn)，形成可以在區(qū)域內(nèi)通用的技術(shù)方案，包括可用的綜合物探技術(shù)、方法、流程等，提升其未來應(yīng)用效率。

4" 結(jié)論

綜上所述，綜合物探技術(shù)在城市水務(wù)工程中的運(yùn)用具有一定積極價值，在實(shí)際工作中應(yīng)關(guān)注其技術(shù)適用性、精確性和全面性，以保證應(yīng)用效果。結(jié)合X地區(qū)水務(wù)工作，可知綜合物探技術(shù)選擇應(yīng)關(guān)注因地制宜，現(xiàn)場端則應(yīng)關(guān)注技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性，結(jié)合不同技術(shù)特點(diǎn)組織應(yīng)用管控、處理各類信息。該工程中，綜合物探技術(shù)應(yīng)用效果較理想，在較短時間內(nèi)獲取了地下信息，有效服務(wù)了工程設(shè)計和施工建設(shè)。未來城市水務(wù)工程中綜合物探技術(shù)運(yùn)用可能更多關(guān)注智能化，并設(shè)法提升工作效率和精度，持續(xù)為都市建設(shè)提供參考。

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