CN114112253A - 一种cee地下围护结构渗漏检测方法和检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种CEE地下围护结构渗漏检测方法，包括以下步骤：S1、于地下围护结构内测设检测线及检测点距并布设CEE电传感器，并于地下围护结构内外添加电场，在地下围护结构内外部形成电势差；S2、调节地下围护结构内外部形成电势差，CEE电传感器获取检测电的电位值，通过CEE电位信号接收机输送到分析终端；S3、调节不同的发射电压，分析终端处理得到测线曲线图或平面等值线图，通过电位值的分布可以确定地下围护结构是否存在较大渗漏及所处位置。本发明同时考虑集流效应、动电效应及电化学效应，大大提高了渗漏处的电位异常值，使得检测得到的异常电位信号强度得到很大的提升，进而满足了地下围护结构精细探测的要求，非常适用用于地下围护结构渗漏检测。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理探测领域，具体涉及一种CEE地下围护结构渗漏检测方法和检测装置。
背景技术
近年来，中国沿海地区地下铁道、大型交通枢纽及高层建筑等工程建设伴随着大量地下围护结构(止水帷幕、基坑地下连续墙等)的出现，但由于施工工艺、周围环境、工程地质、水文地质等条件所限，地下围护结构难以做到完全吻合，出现缺陷问题难以避免，导致城市基础建设出现难以估量的损失与危害。为此，地下围护结构渗漏的精准探测和潜在危害评价是保证基坑工程安全和施工顺利进展重要前提和保障
目前，用于检测地下围护结构缺陷的地球物理方法主要包括：温度示踪探测、ECR法、电阻率法、超声波检测法、流场法及电磁法等，由于现场地球物理勘探背景复杂，探测效果不理想，相关技术也没有在行业内推广应用。地下围护结构渗漏检测的技术难题从专业上描述在于隐患尺度小，深径比大，即使地下围护结构隐患部位是理想的低阻体，地面电法检测模式也极难分辨；从地下围护结构渗漏检测工作开展的综合环境来说，地下围护结构绝多数位于城区，桩基密布，地表施工或就建筑残余介质影响了覆盖层的电阻率分布的均匀性，导致激励电场分布干扰大；其次是场地工业游散电流、电磁场影响大；另外，由于场地地面作业空间有限，观测装置难以几何展开。因此，快速、精确的渗漏定位成为当前技术研究的热点和难点。
发明内容
根据背景技术提出的问题，本发明提供一种CEE地下围护结构渗漏检测方法和检测装置来解决，考虑了集流效应、动电效应及电化学效应，提升渗漏处异常电位信号强度，提高了地下围护结构渗漏检测的精细度接下来对本发明做进一步地阐述。
一种CEE地下围护结构渗漏检测方法，包括以下步骤：
S1、于地下围护结构内测设检测线及检测点距并布设CEE电传感器，并于地下围护结构内外添加电场，在地下围护结构内外部形成电势差；
S2、调节地下围护结构内外部形成电势差，CEE电传感器获取检测电的电位值，通过CEE电位信号接收机输送到分析终端；
S3、调节不同的发射电压，得到多组不同发射电压的检测数据及处理结果，根据处理后的数据绘制测线曲线图或平面等值线图，通过电位值的分布可以确定地下围护结构是否存在较大渗漏及所处位置。
作为优选地，对于步骤S1中CEE电传感器的布设，地下围护结构内测布设3条测线平行于地下围护结构，线距为1m-2m，一次性将CEE电传感器沿设计的测线测点埋入地下并与多台CEE电位信号接收机通信连接，多台CEE电位信号接收机则通过并联将电位信号输入分析终端。
作为优选地，对于步骤S1于地下围护结构内外添加电场，于地下围护结构外部钻取多处观测井，于地下围护结构内部钻取降水井，观测井分别内置有供电电极(7)，降水井内置有供电电极(8)，并且，供电电极(7)共同连接至一电压发射机的极性柱上，而供电电极(8)连接至另一极性柱上，调节电压发射机的发射电压即可得到得到多组不同发射电压的检测数据及处理结果。
作为优选地，所述观测井深度达到地下维护结构的深度，且距离地下围护结构不小于5m且不超过10m。
作为优选地，所述CEE电压发射机为可编程的高压直流发射机，可编程发射任意波形的的电压，CEE电压发射机的电压耐压可调范围为0～1000V且具有24位模数转换器；通过高性能ADC和现进的DSP信号处理技术，具有极低的采样噪声，1Ksps采样率下采样噪声峰值仅为0.00004V。
作为优选地，对于更细微的渗漏，则需要考虑动电效应及电化学效应，步骤S2后S3前还包括以下步骤：对于更细微的渗漏，向观测井内注入电解液并在围护结构内测降水，加剧地下水中离子在流场与电场的作用下产生的定向移动效应。
作为优选地，在考虑动电效应及电化学效应时，CEE电位信号接收机连续将测点信号数据传送到分析终端，连续观测时间不少于60min。
作为优选地，所述电解质为盐溶液。
一种用于CEE地下围护结构渗漏检测的装置，包括：
多个观测井，布设于地下围护结构外部四周，内设有供电电极(7)；
降水井，布设于地下围护结构内，内设有供电电极(8)；
电压发射机，两极性柱分别与供电电极(7)共线连接以及与供电电极(8)连接；
CEE电传感器，测设在地下围护结构内，用于获取电位值；
CEE电位信号接收机，CEE电传感器与通信连接，用于将地下围护结构内测检测点的电位值数据传送至分析终端；
分析终端，被配置为将获取的多组不同发射电压的检测数据及处理结果绘制测线曲线图或平面等值线图以确定地下围护结构是否存在较大渗漏及渗漏所处位置。
有益效果：与现有技术相比，本发明产生了以下积极的效果：(1)本发明的CEE-电压发射机为可编程高压发射机，可以变成任意波形的高压发射信号，从而提高了抗干扰能力；(2)本发明普查地下围护结构渗漏时，通过改变发射电压得到了多组不同发射电压的检测电位值，提高数据量，从而提高了结果的精度极可信度；(3)本发明通过同时考虑集流效应、动电效应及电化学效应，大大提高了渗漏处的电位异常值，使得检测得到的异常电位信号强度得到很大的提升，进而满足了地下围护结构精细探测的要求；(4)本发明方法操作简单，检测速度快，检测成本低，检测精度高，非常适用用于地下围护结构渗漏检测。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：对于CEE地下围护结构存在较大渗漏的检测方法流程图；
图3：对于CEE地下围护结构存在细微渗漏的检测方法流程图；
图4：为本发明提供的CEE地下围护结构渗漏检测方法理论模型几何图；
图5a：为本发明仅考虑集流效应时的检测区域计算结果；
图5b：为本发明仅考虑动电效应时的检测区域计算结果；
图5c：为本发明仅考虑电化学效应时的检测区域计算结果；
图5d：为本发明同时考虑集流效应、动电效应、电化学效应时的检测区域计算结果；
图中：CEE电压发射机1、盐溶液2、观测井3、CEE电传感器4、CEE电位信号接收机5、分析终端6、供电电极7、供电电极8、降水井9。
具体实施方式
接下来结合附图对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。
参考附图1-2，一种CEE地下围护结构渗漏检测方法，包括以下步骤：
S1、于地下围护结构内测设检测线及检测点距并布设CEE电传感器4，并于地下围护结构内外添加电场，在地下围护结构内外部形成电势差；
S2、调节地下围护结构内外部形成电势差，CEE电传感器4获取检测电的电位值，通过CEE电位信号接收机5输送到分析终端6；
S3、调节不同的发射电压，得到多组不同发射电压的检测数据及处理结果，根据处理后的数据绘制测线曲线图或平面等值线图，通过电位值的分布可以确定地下围护结构是否存在较大渗漏及所处位置。
对于步骤S1中CEE电传感器的布设，优选在地下围护结构内测布设3条测线平行于地下围护结构，线距为1m-2m，测点点距则根据分辨率要求设计，一次性将CEE电传感器4沿设计的测线测点埋入地下，与多台CEE电位信号接收机5通信连接，多台CEE电位信号接收机5则通过并联将电位信号输入分析终端。
对于步骤S1于地下围护结构内外添加电场，在地下围护结构内外部形成电势差，本实施例采取的技术方案如下：于地下围护结构外部钻取多处观测井3，于地下围护结构内部钻取降水井9，观测井3分别内置有供电电极7，降水井9内置有供电电极8，并且，供电电极7共同连接至一电压发射机1的极性柱上，而供电电极8连接至另一极性柱上，也即供电电极7和供电电极8分别连接在电压发射机的正负极性柱上；通过电压发射机1在地下围护结构内外形成电势差，调节电压发射机1的发射电压即可得到得到多组不同发射电压的检测数据及处理结果。
在实际中，所述的观测井3尽可能利用已有的桩基础等，在若围护结构外侧没有合适的的观测井时才需额外打钻孔。
所述观测井3深度需达到地下维护结构的深度，且距离地下围护结构不小于5m且不超过10m。
所述CEE电压发射机为可编程的高压直流发射机，可编程发射任意波形的的电压，CEE电压发射机1的电压耐压可调范围为0～1000V。进一步优选，CEE电传感器具有24位模数转换器，通过高性能ADC和现进的DSP信号处理技术，具有极低的采样噪声，1Ksps采样率下采样噪声峰值仅为0.00004V。
通过对每条测线的电位数据处理，得到电位分布图，确定地下围护结构渗漏位置。
参考附图3，对于更细微的渗漏，则需要考虑动电效应及电化学效应，故而本实施例在步骤S2后S3前还包括以下步骤：对于更细微的渗漏，向观测井2内注入电解液并在围护结构内测降水，加剧地下水中离子在流场与电场的作用下产生的定向移动效应。
在动电效应及电化学效应的作用下，地下电场发生改变，CEE电位信号接收机5连续将测点信号数据传送到电脑，通过数据处理，绘制不同时刻的测线电位曲线图或平面电位等值线图，通过不同时刻的电位分布，确定地下围护结构渗漏位置。
进一步优选，在考虑动电效应及电化学效应时，CEE电位信号接收机连续将测点信号数据传送到分析终端，其连续观测时间不少于60min。
本实施例中，所采用的电解质基于环保和成本的考虑，优选盐溶液2。
本发明提供的CEE地下围护结构渗漏检测方法利用了集流效应、动电效应及电化学效应。
首先，地下水富含电解质，地下围护结构缺陷处存在富水通道，富水通道为地电阻率介质，低电阻率介质在均匀电场作用下存在集流效应，使得地下围护结构渗漏处电位值增加，从而在渗漏处上方地面上可观测到电位异常；其次，双电形成于地下多孔介质中的孔隙流体中，分为紧密层的扩散层；紧密层中的离子被吸附到矿物界面，以平衡带电颗粒表面，过量电荷聚集在扩散层中，可随流体调动和运输，形成平行于流场的电流场(称动电效应)，当地下围护结构渗漏时产生渗流场，从而产生动电效应，使得地下围护结构内测电位增加；最后，利用CEE—电压发射机和供电电极建立电流场并向观测井注入盐溶液，在电场的作用下，地下水中的离子发生定向移动，正离子向供电负极移动，负离子向供电正极移动，在地下围护结构内测降水，可以促进盐溶液向内测移动，从而使得地下水中存在离子浓度梯度，从而结电势(整个过程称为电化学效应)，从而使得渗漏处电位增加；通过CEE—电位信号接收机记录每个测点的电位值，通过数据处理的到由于集流效应、动电效应及电化学效应影响下的电流场分布形态，进而确定地下围护结构渗漏位置。
以下为本发明CEE地下围护结构渗漏检测方法的一个具体实施例。
如附图4所示，理论模型为均匀介质模型，电阻率100，基坑大小为100m*100m*50m，地下围护结构的厚度为2m，电阻率1000Ω·m，渗漏通道半径0.25m，深度为30m，电阻率100Ω·m；渗漏通道流速为0.4m/s，注入盐溶液浓度为100mol/m3。
附图5a-5d分别展示了考虑不同效应下检测区域异常电位计算结果，图四结果表明：由附图5a可以看出仅考虑集流效应时，地下围护结构渗漏通道上方检测区的最大电位异常值为12mV；由附图5b可以看出仅考虑动电效应时，地下围护结构渗漏通道上方检测区的最大电位异常值为15mV；由附图5c可以看出仅考虑电化学效应时，地下围护结构渗漏通道上方检测区的最大电位异常值为110mV。由理论模型计算结果可知，考虑电化学效应下，地下围护结构渗漏通道上方检测区的最大电位异常值为考虑集流效应或动电效应的8倍以上，渗漏处的异常信号的到大幅度提升；由附图5d可以看出同时考虑集流效应、动电效应、电化学效应时，渗漏处的异常信号的到大幅度提升更是的更进一步提高。
参考附图1，本发明还提供了一种用于CEE地下围护结构渗漏检测的装置，包括：
多个观测井3，布设于地下围护结构外部四周，内设有供电电极7；
降水井9，布设于地下围护结构内，内设有供电电极8；
电压发射机1，两极性柱分别与供电电极7共线连接以及与供电电极8连接；
CEE电传感器4，测设在地下围护结构内，用于获取电位值；
CEE电位信号接收机5，CEE电传感器与通信连接，用于将地下围护结构内测检测点的电位值数据传送至分析终端；
分析终端6，被配置为将获取的多组不同发射电压的检测数据及处理结果绘制测线曲线图或平面等值线图以确定地下围护结构是否存在较大渗漏及渗漏所处位置。
本发明提供的一种CEE地下围护结构渗漏检测方法，其产生了以下积极的效果：
(1)本发明的CEE-电压发射机为可编程高压发射机，可以变成任意波形的高压发射信号，从而提高了抗干扰能力；(2)本发明普查地下围护结构渗漏时，通过改变发射电压得到了多组不同发射电压的检测电位值，提高数据量，从而提高了结果的精度极可信度；(3)本发明通过同时考虑集流效应、动电效应及电化学效应，大大提高了渗漏处的电位异常值，使得检测得到的异常电位信号强度得到很大的提升，进而满足了地下围护结构精细探测的要求；(4)本发明方法操作简单，检测速度快，检测成本低，检测精度高，非常适用用于地下围护结构渗漏检测。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种CEE地下围护结构渗漏检测方法，包括以下步骤：
S1、于地下围护结构内测设检测线及检测点距并布设CEE电传感器，并于地下围护结构内外添加电场，在地下围护结构内外部形成电势差；
S2、调节地下围护结构内外部形成电势差，CEE电传感器获取检测电的电位值，通过CEE电位信号接收机输送到分析终端；
S3、调节不同的发射电压，得到多组不同发射电压的检测数据及处理结果，根据处理后的数据绘制测线曲线图或平面等值线图，通过电位值的分布可以确定地下围护结构是否存在较大渗漏及所处位置。
2.根据权利要求1所述的CEE地下围护结构渗漏检测方法，其特征在于：
对于步骤S1中CEE电传感器的布设，地下围护结构内测布设3条测线平行于地下围护结构，线距为1m-2m，一次性将CEE电传感器沿设计的测线测点埋入地下并与多台CEE电位信号接收机通信连接，多台CEE电位信号接收机则通过并联将电位信号输入分析终端。
3.根据权利要求1所述的CEE地下围护结构渗漏检测方法，其特征在于：
对于步骤S1于地下围护结构内外添加电场，于地下围护结构外部钻取多处观测井，于地下围护结构内部钻取降水井，观测井分别内置有供电电极(7)，降水井内置有供电电极(8)，并且，供电电极(7)共同连接至一电压发射机的极性柱上，而供电电极(8)连接至另一极性柱上，调节电压发射机的发射电压得到得到多组不同发射电压的检测数据及处理结果。
4.根据权利要求1所述的CEE地下围护结构渗漏检测方法，其特征在于：
所述观测井深度达到地下维护结构的深度，且距离地下围护结构不小于5m且不超过10m。
5.根据权利要求1所述的CEE地下围护结构渗漏检测方法，其特征在于：
所述CEE电压发射机为可编程的高压直流发射机，可编程发射任意波形的的电压，CEE电压发射机的电压耐压可调范围为0～1000V且具有24位模数转换器。
6.根据权利要求1所述的CEE地下围护结构渗漏检测方法，其特征在于，对于细微的渗漏，步骤S2后S3前还包括以下步骤：对于更细微的渗漏，向观测井内注入电解液并在围护结构内测降水，加剧地下水中离子在流场与电场的作用下产生的定向移动效应。
7.根据权利要求6所述的CEE地下围护结构渗漏检测方法，其特征在于：
CEE电位信号接收机连续将测点信号数据传送到分析终端，连续观测时间不少于60min。
8.根据权利要求6所述的CEE地下围护结构渗漏检测方法，其特征在于：
所述电解质为盐溶液。
9.一种用于CEE地下围护结构渗漏检测的装置，包括：
多个观测井(3)，布设于地下围护结构外部四周，内设有供电电极(7)；
降水井(9)，布设于地下围护结构内，内设有供电电极(8)；
电压发射机(1)，两极性柱分别与供电电极(7)共线连接以及与供电电极(8)连接；
CEE电传感器(4)，测设在地下围护结构内，用于获取电位值；
CEE电位信号接收机(5)，CEE电传感器与通信连接，用于将地下围护结构内测检测点的电位值数据传送至分析终端；
分析终端(6)，被配置为将获取的多组不同发射电压的检测数据及处理结果绘制测线曲线图或平面等值线图以确定地下围护结构是否存在较大渗漏及渗漏所处位置。
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