徐涛 耿德祥 曹建伟
(1.Hubei Geological Bureau Geophysical Exploration Brigade;2. Hubei Shenlong Geophysical Engineering Investigation Limited Compan)
【Abstract】Urban lifeline detection is a key link in ensuring the safe and stable operation of urban infrastructure. Engineering geophysical technology, as a non-destructive detection method, plays an important role in urban lifeline detection. This article first introduces the basic principles and methods of engineering geophysical technology, including electrical methods, seismic exploration, ground penetrating radar, elastic wave exploration, and tomography imaging. Subsequently, a detailed analysis was conducted on the application of engineering geophysical techniques in urban lifeline detection, including underground pipeline detection, geological structure exploration, groundwater detection, and other aspects. Then, the development trends of engineering geophysical technology were discussed, such as technology integration, intelligence, refinement, etc. Finally, the important significance and future development prospects of engineering geophysical technology in urban lifeline detection were summarized.
【Keywords】Urban Lifeline Detection;Engineering Geophysical Exploration Technology;Underground Pipelines;Geological；Structure;Development Trends
随着我国城市化的快速推进,城市生命线系统的安全和稳定成为了城市发展的重中之重。城市生命线,包括供水、排水、电力、通信、燃气等关键基础设施,是维持城市正常运行和居民生活的基石[1]。然而,随着城市建设的不断深入,地下空间的复杂性日益增加,对传统探测技术提出了更高要求。 工程物探技术,作为一种非破坏性、高效且准确的探测手段,逐渐在城市生命线探测中崭露头角 。
近年来,工程物探技术凭借其独特的优势,在城市建设领域得到了广泛应用[2-3]。它不仅能够帮助工程师准确了解地下管线的分布和状况,还能够对地质构造进行精细探查,为城市规划和建设提供科学依据。同时,随着科技的不断发展,工程物探技术也在不断创新和完善,呈现出更加智能化、高精度和绿色化的发展趋势。
本文将深入探讨工程物探技术在城市生命线探测中的应用,分析其技术原理、方法以及实际应用案例,并展望其未来的发展趋势。通过本文的研究,旨在为城市生命线探测提供技术参考,推动工程物探技术的进一步发展,为城市的安全和可持续发展贡献力量。
1.工程物探基本原理与方法
1.1工程物探基本原理
工程物探基于物理学原理,通过观测和研究各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件。这些地球物理场包括电磁场、重力场、弹性波场等。工程物探技术利用这些场的变化特征,通过特定的仪器和方法,实现对地下结构的探测和成像。
工程物探在探测城市生命线中发挥着 至关重要的作用[4-6] 。它利用地球物理学的原理和方法,对城市地下的管线、地质构造等进行高效、准确的探测和识别 。通过物探技术,可以确定地下管线的位置、深度、类型及传输介质等关键信息,为城市规划和建设提供基础数据,有效防止对管线的非法损坏,保障城市生命线的安全稳定运行 。同时,工程物探还能对地质灾害进行预警,监测工程质量,为城市的应急响应和基础设施管理提供有力支持 。
1.2主要方法
电法勘探 :电法勘探是利用地下介质的电性差异进行勘探的一种方法。它主要包括电阻率法、激发极化法等。电阻率法通过观测地下介质的电阻率变化来探测地层结构
和构造;激发极化法则通过观测介质在电流激发下的极化效应来探测异常体。
地震勘探 :地震勘探是利用人工激发的地震波在地下介质中传播和反射的特性来探测地下结构的一种方法。它主要包括反射波法、折射波法等。反射波法通过观测地震波在地下不同介质界面上的反射信号来探测地层结构和构造;折射波法则通过观测地震波在地下介质中传播速度的变化来探测地层结构和构造。
探地雷达 :探地雷达是利用高频电磁波在地下介质中传播和反射的特性来探测地下结构的一种方法。它通过发射电磁波并接收其反射信号,实现对地下目标的探测和成像。探地雷达具有分辨率高、探测速度快等优点,适用于浅层地质探测。
弹性波勘探 :弹性波勘探是利用地下介质对弹性波的传播特性进行勘探的一种方法。它主要包括面波勘探、体波勘探等。面波勘探通过观测地下介质对面波的传播特性来探测地层结构和构造;体波勘探则通过观测地下介质对体波的传播特性来探测地层结构和构造。
层析成像 :层析成像是一种利用多种地球物理场数据进行三维成像的技术。它通过收集地下介质在不同方向上的地球物理场数据,运用数学算法进行反演计算,实现对地下结构的三维成像。层析成像具有成像效果好、分辨率高等优点,适用于复杂地质条件的探测。
2.城市生命线探测中工程物探技术的应用
工程物探在探测城市生命线中具有 至关重要的作用 。城市生命线系统涵盖供水、供电、供热、供气等关键基础设施,其安全稳定运行关乎城市正常运转和居民生活。工程物探技术利用地下介质的物理性质差异,高效、准确地探测地下管线、城市道路病害、城市地质灾害等信息 。这不仅能够帮助管理部门全面掌握城市生命线基础设施的现状,及时发现并解决潜在的安全隐患 ,还能提升城市基础设施的稳定性和可靠性,增强城市的应急响应能力。因此,工程物探是保障城市生命线安全、提升城市管理效率的关键手段。
2.1城市地下管线探测
工程物探技术作为现代城市地下管线探测的核心手段,正以其独特的优势在城市建设与管理中发挥着不可替代的
作用[7-8]。随着城市地下空间的不断开发利用,各类地下管线如供水、排水、电力、燃气、通信等构成了庞大而复杂的网络,其准确、高效地探测成为确保城市正常运行的关键。
工程物探技术通过利用地下介质物理性质的差异,如电阻率、波速、密度等,采用探地雷达、电磁法、地震勘探等多种方法,对地下管线进行精确定位与属性识别。探地雷达以其高分辨率和实时成像能力,能够迅速揭示地下管线的走向、埋深及材质信息;电磁法则利用金属管线对电磁场的响应特性,实现管线的快速追踪与定位;地震勘探则通过地震波的传播与反射,揭示地下管线的空间结构特征,为管线布局与优化提供科学依据。
2.2城市道路病害检测
工程物探技术作为道路病害检测领域的重要工具,正以其高效、准确、非破坏性的优势,为道路维护与管理提供了强有力的技术支持[9]。随着城市交通量的不断增长和道路使用年限的延长,道路病害如裂缝、坑洼、脱空、渗水等日益凸显,严重威胁着行车安全与道路使用寿命。
工程物探技术通过运用探地雷达、地质雷达、声波检测、红外热成像等多种方法,能够深入道路结构内部,对病害进行全方位、多层次的检测与分析。探地雷达能够穿透路面表层,揭示路基与基层的裂缝、脱空等病害;声波检测技术通过测量声波在道路结构中的传播速度与衰减情况,判断材料的密实度与强度;红外热成像技术则能利用道路表面温度分布的差异,快速识别出潜在的病害区域。
2.3城市地质灾害探测
工程物探技术在城市地质灾害探测中发挥着至关重要的作用,为城市安全提供了坚实的科技支撑[10]。随着城市化进程的加速,城市地质灾害如滑坡、地面塌陷、岩溶塌陷等频发,对人民群众的生命财产安全构成了严重威胁。工程物探技术以其快速、准确、非破坏性的特点,成为城市地质灾害探测不可或缺的手段。
在工程物探技术的应用中,高密度电阻率法、浅层地震勘探、地质雷达、瞬变电磁法等多种方法被广泛采用。高密度电阻率法通过测量地下介质的电阻率差异,揭示地下岩溶、土洞、采空区等不良地质体的分布特征;浅层地震勘探则利用地震波在地下介质中的传播与反射特性,探测地下岩层的构造与岩性变化;地质雷达通过发射高频电磁波并接收其反射信号,实现对地下病害的精确定位与成像;瞬变电磁法则通过测量地下介质在电磁场作用下的瞬
态响应,揭示地下岩溶、断裂破碎带等隐患。