淺談大地導(dǎo)電率在鄭州市軌道交通中的應(yīng)用
張鵬 張成剛
1前言
大地導(dǎo)電率是反映大地導(dǎo)電性好壞的一個物理量。在計算高壓電力線路對電信線路電磁感應(yīng)危險和干擾影響計算中，大地導(dǎo)電率是指在地中電流場的分布范圍內(nèi)各種巖土導(dǎo)電性的一個宏觀的綜合物理量，是決定危險和干擾、影響程度的一項重要的基礎(chǔ)參數(shù)。因此，如何客觀地確定沿著電力線路大地導(dǎo)電率的實際變化，對于確定勘測范圍、電力線路的路徑、電信線路是否需要遷改和防護措施的合理選擇，是很有必要的。
在電磁危害防護技術(shù)中，不管外界場的場源是定場還是交變場，也不管是低頻還是高頻，都常需要確定有關(guān)地區(qū)的大地導(dǎo)電率。在研究核爆磁脈沖及雷電脈沖的場分布規(guī)律時，也需要查明大地導(dǎo)電率這一重要參數(shù)。
大地導(dǎo)電率隨地層結(jié)構(gòu)變化極為復(fù)雜。各地區(qū)間相差懸殊，而且同一地區(qū)表層土壤與深層土壤也不盡相同，所以大地導(dǎo)電率一般均通過實地確定。采用的方法大多是對稱四極電測深法進行大地導(dǎo)電率的測定。
2 工程概況
鄭州市軌道交通1號線一期工程起點為鄭上路與凱旋路交叉口的凱旋路站，經(jīng)鄭上路、建設(shè)西路、碧沙崗公園、中原東路、鄭州火車站、人民路、金水路、會展中心、通泰路、金水東路、新鄭州站、體育中心站，連接馬樓車輛段。
線路全長25.2km，均為地下線，設(shè)車站20座，平均站間距約1.29km；設(shè)車輛段與綜合基地一座，主變電站兩座。鄭州市軌道交通1號線與鄭州市軌道交通2號線在紫荊山設(shè)聯(lián)絡(luò)線，鄭州市軌道交通1號線終點馬樓車輛段。
本次工作是一期工程三標(biāo)段會展中心站（不含）至農(nóng)業(yè)東路站（不含）、博學(xué)路站（不含）至馬樓車輛段,車站及區(qū)間的第三標(biāo)段勘察工作中大地導(dǎo)電率測式工作的一部分,本工作區(qū)屬古黃河沖積平原,含水巖性為粉土、粉砂、細(xì)砂。
3 地質(zhì)及地球物理特征
根據(jù)區(qū)域內(nèi)地層巖性的導(dǎo)電性，全區(qū)第四系干燥黃土層視電阻率較高，上第三系視電阻率較低。全新統(tǒng)地層干燥的砂層、含水的砂層、粘土層之間的電阻率差異較大。粘性土的視電阻率10Ω•ｍ左右；粉土的視電阻率10－15Ω•ｍ；中砂、中粗砂的視電阻率15--40Ω•ｍ；上第三系含水的砂層、粘土層之間的視電阻率值均較低，一般13～18Ω•ｍ，但差異也是明顯的。
4 工作技術(shù)要求
大地導(dǎo)電率測量按照以下技術(shù)要求執(zhí)行：
①大地導(dǎo)電率測量宜采用溫納測深裝置。
②大地導(dǎo)電率測的最大AB/2可根據(jù)測深曲線與解釋曲線的交點確定。根據(jù)探測要求和外業(yè)地形情況也可只測交點位置附近一段電阻率。
③相鄰測點的導(dǎo)電率值相差三倍時應(yīng)加密測點。
另外，為了減少地形對大地導(dǎo)電率測量的影響，建議采用等比裝置。最大極距應(yīng)達到50Hz電流的影響深度，由于地層電阻率不同，其影響深度也不同，最大AB/2也就不同，因此可以用日本解釋曲線與電測深曲線的交點求得最大裝置長度。由于該交點是50Hz或800Hz電流密度最大分布區(qū)，所以也可以只測交點附近的幾個極距的視電阻率值。
5 野外工作方法與技術(shù)
5.1工作方法
野外工作方法采用國內(nèi)外推薦在工程中普遍采用的四極電測深法，四極電測深原理如下圖，如土壤結(jié)構(gòu)均勻或巖層電性差異不大，則改變極間距離a，測出的大地電阻率ρ不會改變，但如土壤結(jié)構(gòu)不均勻或電性差異較大，則用不同的極間距離，將測出不同的大地電阻率。在野外工作時，通過改變極間距離a，測出不同深度的大地電阻率。
5.2電極距的選擇
按照《鐵路工程物探勘探規(guī)程》TB10013-2004有關(guān)規(guī)定及本次工作要求，采用溫納電測深法進行測試。
5.3儀器設(shè)備
測量儀器采用目前國內(nèi)先進的WDJD-3多功能數(shù)字直流激電儀。該儀器得到了國家質(zhì)量認(rèn)證，儀器的測量精度高，達到觀測、參數(shù)計算、存儲自動化。
供電裝置采用多組直流1.5伏干電池串聯(lián)。最大供電電壓達360伏。儀器供電時間2秒，斷電0.25秒后觀測電位差、供電電流及視電阻率。供電導(dǎo)線為4鋼3銅的物探專用線。供電電極使用鐵電極，測量電極為不激化電極。在工作之前，對測量儀器、供電導(dǎo)線、測量導(dǎo)線等分別進行了絕緣電阻的檢查，符合要求后方可進行工作。
5.4野外工作質(zhì)量的保證措施
為了保證野外工作質(zhì)量，首先保證供電電壓不低于36v，當(dāng)供電極距AB/2>100m時，采用雙電極并聯(lián)，減小接地電阻，增大供電電流；當(dāng)增加供電電壓時進行重復(fù)觀測；野外現(xiàn)場同步作曲線圖，當(dāng)發(fā)現(xiàn)曲線出現(xiàn)畸變點時進行重復(fù)觀測，重復(fù)觀測的讀數(shù)采用3舍1的原則，兩次重復(fù)觀測數(shù)相差小于5％；隨時檢查供電電極和測量電極極距是否正確，有誤及時糾正。
6 測試成果
本次大地電導(dǎo)率測試成果見下圖
 

 

7資料處理解釋
溫納測深法的實質(zhì)是利用大地不同巖性，具有不同電阻率的特點，將直流電送入地下建立穩(wěn)定的人工電場，在測點處利用改變電極距離，即改變探測深度的辦法，來找出不同深度時巖層視電阻率的變化關(guān)系，分析得出各巖層電阻率的大小和巖層厚度。
本次物探工作基本查清了鄭州軌道交通1號線三標(biāo)段沿線地層電性特征，在物探探測深度范圍內(nèi)，地層較單一，上部為粉土、細(xì)層，其下粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂。
對于大地導(dǎo)電率采用作圖法、軟件反演擬合法、量板法等方法進行綜合解釋，求出各層電阻率、地層厚度，再根據(jù)所得參數(shù)，計算P=h√10f/ρ，對照拉德列曲線量板，解出相關(guān)參數(shù)，從而求的50HZ、800HZ的大地導(dǎo)電率分別為58.1×10-3S/m-3和33.8×10-3S/m-3。
8 結(jié)論
⑴通過本次物探工作得到的數(shù)據(jù)及分析成果很好的為地鐵設(shè)計提供了依據(jù)，使物探測試技術(shù)很好的和電力技術(shù)結(jié)合起來，為物探技術(shù)提供了一個新的課題，推動物探技術(shù)向一個新的方向發(fā)展。
⑵由于本次物探工作是初次在鄭州市軌道交通中應(yīng)用，沒有相關(guān)數(shù)據(jù)進行對照，因此在鄭州市軌道交通開通以后要進行進一步驗證，通過驗證改進不足，發(fā)揮快捷、經(jīng)濟的優(yōu)點繼續(xù)為鄭州市軌道交通做出新的貢獻。
 

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