CN112327372B - 长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法 - Google Patents

长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，1，利用阵列地质雷达对渠堤深度范围0～2.5m进行巡检探测，划分出渠堤浅部脱空、渗漏、裂缝疏松区域；2，利用拖曳式瞬变电磁法对渠堤2～50m深度范围进行巡检探测，划分出渠堤该深度范围的软弱夹层、渗漏区域；3，按渠堤隐患风险排序为正常渠段、低风险渠段和高风险渠段；4，对高风险渠段采用连续源面波获取该段0～50m深度范围的波速，圈定横向裂缝、脱空隐患具体位置；5，采用点测方式获取0～30m范围内高精度电阻率；6，将上述各种检测方法结果进行地质建模，形成渠堤工程地下空间隐患三维展布。本发明实现渠堤内部隐患摸底排查，为预防隐患的发生、发展提供了先验条件。

Description

长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法
技术领域
本发明涉及地球物理检测技术领域，尤其是涉及长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法。
背景技术
长距离线性工程渠堤内部隐患主要包括渗漏、裂缝、脱空、变形，目前的检测方法是采用人工巡检及物探手段。人工巡检对内部隐患检测力度有限，而物探手段只是在发现隐患后，进一步确定内部隐患部位及展布情况；并且，一般物探方法检测速度和体量有限，难以短时间实现巡检，若对整个渠堤全段完成大范围常规物探检测则不具备经济性和可行性，真正危害渠堤工程安全的内部隐患往往很难被提前发现。
发明内容
本发明目的在于提供一种长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，为渠堤工程病害治理提供可靠的数据保障。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，包括下述步骤：
步骤1，利用中心频率80-120Mhz的车载阵列地质雷达探测方法对渠堤深度范围0～2.5m进行巡检探测，获取该深度范围内地下介质的介电系数，进而划分出渠堤浅部脱空、渗漏、裂缝疏松区域；
步骤2，利用车载拖曳式瞬变电磁方法对渠堤2～50m深度范围进行巡检探测，获取该深度范围内地下介质的电阻率，划分出渠堤该深度范围的软弱夹层、渗漏区域；通过所述车载阵列地质雷达方法和所述车载拖曳式瞬变电磁方法，实现对渠堤内部巡检的深度覆盖；
步骤3，将渠堤巡检段按照设定的距离划分为多个测线段；车载阵列地质雷达探测方法和车载拖曳式瞬变电磁方法进行巡检时，根据车载阵列地质雷达探测方法和车载拖曳式瞬变电磁方法发现隐患的数量及大小，按照渠堤隐患风险排序，将各所述测线段划分为正常渠段、低风险渠段和高风险渠段三种风险等级；
步骤4，对巡检划分出的所述高风险渠段，采用连续源面波技术检测获取该段0～50m深度范围的波速，圈定软弱层及不均匀沉降造成的横向裂缝、脱空隐患具体位置；
步骤5，采用点测方式的三维瞬变电磁法及阵列式布极的三维高密度电阻率法，获取0～30m范围内的高精度电阻率，从而对渗漏、垂直裂缝隐患进行高精度检测；
步骤6，对高风险渠段完成精细化检测后，将上述各种检测方法结果进行地质建模，形成渠堤工程地下空间隐患三维展布；
步骤7，对于已经出险、通过巡检及精细化检测发现的高风险渠段，在进行工程维护后，增加布设渗压计、位移计监测设备的密度，随时监控隐患的再次发生。
所述车载拖曳式瞬变电磁方法为：
步骤2.1，将瞬变电磁仪的接收/发射一体化线圈固定在非铁磁性滑动托架上，通过非铁磁性支架将GPS固定在所述接收/发射一体化线圈顶部中心位置；然后通过牵引绳将非铁磁性滑动托架与工程采集车连接实现拖曳，并通过线缆将接收/发射一体化线圈与所述工程采集车上的所述瞬变电磁仪连接，将瞬变电磁仪通过数据线与工控机交互通信，所述GPS通过无线或有线方式与所述工控机通信；
步骤2.2，将非铁磁性滑动托架放置在被探测渠堤表面，开动工程采集车沿所述被探测渠堤移动，同时所述工控机发送探测指令给瞬变电磁仪，瞬变电磁仪按照预设的采样频率和数据记录触发距离S开始采样探测；工控机实时接收瞬变电磁仪输出的探测数据，并实时接收所述GPS发送的接收/发射一体化线圈中心位置坐标信息；
步骤2.3，工控机将瞬变电磁仪开始采样探测的位置设为第一测点，并记录存储所述第一测点的位置坐标；在工程采集车拖动下，瞬变电磁仪每移动一段所述数据记录触发距离S，工控机依次编号记录存储该测点位置坐标和探测数据，从而得到被探测渠堤各个测点的编号、位置坐标和探测数据；所述探测数据是指：某个测点与上一个测点之间、瞬变电磁仪按照所述采样频率连续探测的采样数据点的叠加平均值；
步骤2.4，在工程采集车移动巡检过程中，工控机依次对已记录存储的各测点探测数据通过指数加窗的方式，将各测点在深度方向8000-30000个时间窗口转换为110～200个测道，同时将原始记录的感应电压转换为磁感应强度垂直分量，并通过烟圈成像的方式计算各测点在各个所述测道的视电阻率及深度，通过每个测点对应的GPS经纬度信息解算空间直角坐标系下的坐标，计算所述空间直角坐标系下各测点之间的距离，最后赋予每个测道灰度值，从而实现实时显示多测道图及视电阻率-深度曲线。
优选地，采用所述车载阵列地质雷达探测方法和所述车载拖曳式瞬变电磁方法沿渠堤巡检段的移动速度为1-8米/秒。
优选地，所述GPS定位频率≥10Hz，并通过蓝牙与所述工控机通信。
优选地，所述瞬变电磁仪向所述接收/发射一体化线圈发射的一次电流为40A～60A。
优选地，所述数据记录触发距离S为0.2m～2m。
本发明利用车载阵列地质雷达探测方法和车载拖曳式瞬变电磁方法对渠堤巡检段进行探测，进而快速获取长距离线性工程渠堤内部风险渠堤分布，在此基础上，利用三维高密度电阻率法、三维瞬变电磁法、连续源面波法获取相应的物探参数，从而完成风险渠段精细化的检测任务，提高了检测的工作效率及针对性，实现宏观上对整个线性工程渠堤内部隐患进行摸底排查，为预防隐患的发生、发展提供了先验条件。
附图说明
图1是本发明的流程框图。
图2是本发明所述车载阵列地质雷达的示意图。
图3是本发明所述车载拖曳式瞬变电磁仪的示意图。
图4是本发明所述多测道图及视电阻率-深度曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明所述长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，按照下述步骤进行：
S1：利用车载阵列地质雷达1（如图2所示）以6米/秒速度对渠堤内部深度0～2.5m范围进行巡检探测，工作参数为：探测垂直堤身方向覆盖范围210cm，通道数8道，横向分辨率1cm，中心检测频率100MHz，获取该深度范围内地下介质的介电系数，划分出渠堤浅部脱空、渗漏、裂缝疏松等区域；
车载阵列地质雷达1是近年来发展起来的一项新技术，数据采集系统包括雷达阵列天线（集成主机）、GPS精确定位系统、控制中心、工程车等，将地质雷达图像、图像坐标位置、标记等多种数据信息同步采集，融入到数据中；该系统可以通过高频阵列天线发射电磁波，接收天线高速采样快速获取移动过程中的数据测点，从而对渠堤进行快速地毯式普查检测，物探人员通过一幅雷达图像，利用不同方向的“切片”即可判断分析每个地下异常的位置、形态以及危害程度；
S2：利用拖曳式瞬变电磁方法以3米/秒的速度对渠堤内部深度2～50m范围进行巡检探测，工作参数为：一体化线圈直径50～110cm，发射电流40～60A、发射频率16～64Hz，横向分辨率0.1～1m，获取该深度范围内地下介质的电阻率，粗略划分出渠堤大范围的软弱夹层、渗漏等区域；通过车载阵列地质雷达1和拖曳式瞬变电磁法两种巡检方法，实现对渠堤内部巡检的深度覆盖；
瞬变电磁方法对渠堤内部渗漏、暗渠等低阻体反映灵敏，基于其采用不接地回路作为接收装置，可以快速获取单点地下介质电阻率分布情况，本发明拖曳式瞬变电磁法是瞬变电磁法的一种创新性应用，采用一体化多匝小回线线圈2在地面进行信号发射及接收（如图3所示），发射源是磁性源，通过发射大电流来保证单次数据质量，减少叠加次数，从而实现快速拖曳式检测；具体工作时，系统通过工控机采集软件设置采集参数，通过USB3.0对瞬变电磁仪进行控制及数据传输，通过蓝牙通信实现与工控机进行GPS信息传输，最终在拖曳过程中数据被实时处理并动态显示多测道图及视电阻率-深度曲线，如图4所示；
S3：通过车载阵列地质雷达1及拖曳式瞬变电磁方法进行快速巡检，划分正常渠段、低风险渠段和高风险渠段；
S4：对巡检划分出的高风险渠段，采用连续源面波技术检测获取该段0～50m深度范围的波速，圈定软弱层及不均匀沉降造成横向裂缝、脱空等隐患的具体位置；
面波检测技术是通过采集不同频率检波器接收到的面波信号，通过分析连续源面波技术，在人工瞬态源面波与天然源面波的基础上发展的一种检测技术方法，可以获得常规人工源瞬态面波对浅层的分辨特征，同时也会获得被动源面波所具有的深层勘察特征，简化了观测系统，弥补了人工源面波和被动源面波各自的缺点，在不损失精度的前提下有更大的勘探深度；
S5：采用点测方式的三维瞬变电磁法及阵列式布极的三维高密度电阻率法，获取0～30m范围内的高精度电阻率，从而对渗漏、垂直裂缝等隐患进行高精度检测；
三维瞬变电磁法在二维瞬变电磁检测方法的基础上，采用多通道同时观测，实现三维测量，工作参数为：通道间距50cm，测点间距50cm，通道数2～4个，发射频率16～64Hz，采样时间20s；
三维高密度电阻率法是由二维高密度电阻率法发展起来的一种检测方法，其装置类型是在二维高密度电阻率法水平阵列布设电极的基础上，增加了垂直方向的电极布设，形成了平面电极布设网，平面电极布设网通过自动控制分布式电极转换器完成多个测量电极同时接收数据，在增加数据采集量的情况下极大程度压缩了采集时间；
S6：对风险渠段完成精细化检测后，将各种检测方法结果进行地质建模，形成渠堤工程地下空间隐患三维展布；
步骤7，对于已经出险、通过巡检及精细化检测发现的高风险渠段，在进行工程维护后，增加布设渗压计、位移计监测设备的密度，随时监控隐患的再次发生。
如图3所示，本发明所述车载拖曳式瞬变电磁方法是：
步骤2.1，将瞬变电磁仪的接收/发射一体化线圈2固定在非铁磁性滑动托架3上，通过非铁磁性支架将GPS装置4固定在接收/发射一体化线圈2顶部中心位置；然后通过牵引绳5将非铁磁性滑动托架3与工程采集车6连接实现拖曳，并通过线缆将接收/发射一体化线圈2与工程采集车6上的瞬变电磁仪连接，将瞬变电磁仪通过数据线与工控机交互通信，GPS装置4通过蓝牙方式与工控机通信；
步骤2.2，将非铁磁性滑动托架放置在被探测渠堤表面，开动工程采集车沿所述被探测渠堤移动，同时所述工控机发送探测指令给瞬变电磁仪，瞬变电磁仪按照预设的采样频率和数据记录触发距离S开始采样探测；工控机实时接收瞬变电磁仪输出的探测数据，并实时接收所述GPS发送的接收/发射一体化线圈中心位置坐标信息；
步骤2.3，工控机将瞬变电磁仪开始采样探测的位置设为第一测点，并记录存储第一测点的位置坐标；在工程采集车6拖动下，瞬变电磁仪每移动一段数据记录触发距离S，工控机依次编号记录存储该测点位置坐标和探测数据，从而得到被探测渠堤各个测点的编号、位置坐标和探测数据；探测数据是指：某个测点与上一个测点之间、瞬变电磁仪按照采样频率连续探测的采样数据点的叠加平均值；
步骤2.4，在工程采集车6移动巡检过程中，工控机依次对已记录存储的各测点探测数据通过指数加窗的方式，将各测点在深度方向8000-30000个时间窗口转换为110～200个测道，同时将原始记录的感应电压转换为磁感应强度垂直分量，并通过烟圈成像的方式计算各测点在各个测道的视电阻率及深度，通过每个测点对应的GPS经纬度信息解算空间直角坐标系下的坐标，计算空间直角坐标系下各测点之间的距离，最后赋予每个测道灰度值，从而实现实时显示多测道图及视电阻率-深度曲线，如图4所示。

Claims (5)

1.一种长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1，利用中心频率80-120Mhz的车载阵列地质雷达探测方法对渠堤深度范围0～2.5m进行巡检探测，获取该深度范围内地下介质的介电系数，进而划分出渠堤浅部脱空、渗漏、裂缝疏松区域；
步骤2，利用车载拖曳式瞬变电磁方法对渠堤2～50m深度范围进行巡检探测，获取该深度范围内地下介质的电阻率，划分出渠堤该深度范围的软弱夹层、渗漏区域；通过所述车载阵列地质雷达方法和所述车载拖曳式瞬变电磁方法，实现对渠堤内部巡检的深度覆盖；
所述车载拖曳式瞬变电磁方法为：
步骤2.1，将瞬变电磁仪的接收/发射一体化线圈固定在非铁磁性滑动托架上，通过非铁磁性支架将GPS固定在所述接收/发射一体化线圈顶部中心位置；然后通过牵引绳将非铁磁性滑动托架与工程采集车连接实现拖曳，并通过线缆将接收/发射一体化线圈与所述工程采集车上的所述瞬变电磁仪连接，将瞬变电磁仪通过数据线与工控机交互通信，所述GPS通过无线或有线方式与所述工控机通信；
步骤2.2，将非铁磁性滑动托架放置在被探测渠堤表面，开动工程采集车沿所述被探测渠堤移动，同时所述工控机发送探测指令给瞬变电磁仪，瞬变电磁仪按照预设的采样频率和数据记录触发距离S开始采样探测；工控机实时接收瞬变电磁仪输出的探测数据，并实时接收所述GPS发送的接收/发射一体化线圈中心位置坐标信息；
步骤2.3，工控机将瞬变电磁仪开始采样探测的位置设为第一测点，并记录存储所述第一测点的位置坐标；在工程采集车拖动下，瞬变电磁仪每移动一段所述数据记录触发距离S，工控机依次编号记录存储该测点位置坐标和探测数据，从而得到被探测渠堤各个测点的编号、位置坐标和探测数据；所述探测数据是指：某个测点与上一个测点之间、瞬变电磁仪按照所述采样频率连续探测的采样数据点的叠加平均值；
步骤2.4，在工程采集车移动巡检过程中，工控机依次对已记录存储的各测点探测数据通过指数加窗的方式，将各测点在深度方向8000-30000个时间窗口转换为110～200个测道，同时将原始记录的感应电压转换为磁感应强度垂直分量，并通过烟圈成像的方式计算各测点在各个所述测道的视电阻率及深度，通过每个测点对应的GPS经纬度信息解算空间直角坐标系下的坐标，计算所述空间直角坐标系下各测点之间的距离，最后赋予每个测道灰度值，从而实现实时显示多测道图及视电阻率-深度曲线；
步骤3，将渠堤巡检段按照设定的距离划分为多个测线段；车载阵列地质雷达探测方法和车载拖曳式瞬变电磁方法进行巡检时，根据车载阵列地质雷达探测方法和车载拖曳式瞬变电磁方法发现隐患的数量及大小，按照渠堤隐患风险排序，将各所述测线段划分为正常渠段、低风险渠段和高风险渠段三种风险等级；
步骤4，对巡检划分出的所述高风险渠段，采用连续源面波技术检测获取该段0～50m深度范围的波速，圈定软弱层及不均匀沉降造成的横向裂缝、脱空隐患具体位置；
步骤5，采用点测方式的三维瞬变电磁法及阵列式布极的三维高密度电阻率法，获取0～30m范围内的高精度电阻率，从而对渗漏、垂直裂缝隐患进行高精度检测；
步骤6，对高风险渠段完成精细化检测后，将上述各种检测方法结果进行地质建模，形成渠堤工程地下空间隐患三维展布；
步骤7，对于已经出险、通过巡检及精细化检测发现的高风险渠段，在进行工程维护后，增加布设渗压计、位移计监测设备的密度，随时监控隐患的再次发生。
2.根据权利要求1所述的长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，其特征在于：采用所述车载阵列地质雷达探测方法和所述车载拖曳式瞬变电磁方法沿渠堤巡检段的移动速度为1-8米/秒。
3.根据权利要求1所述的长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，其特征在于：所述GPS定位频率≥10Hz，并通过蓝牙与所述工控机通信。
4.根据权利要求1所述的长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，其特征在于：所述瞬变电磁仪向所述接收/发射一体化线圈发射的一次电流为40A～60A。
5.根据权利要求1所述的长距离线性工程渠堤内部隐患综合检测方法，其特征在于：所述数据记录触发距离S为0.2m～2m。
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