浅谈大地导电率在郑州市轨道交通中的应用

浅谈大地导电率在郑州市轨道交通中的应用
张鹏张成刚
1前言
大地导电率是反映大地导电性好坏的一个物理量。在计算高压电力线路对电信线路电磁感应危险和干扰影响计算中，大地导电率是指在地中电流场的分布范围内各种岩土导电性的一个宏观的综合物理量，是决定危险和干扰、影响程度的一项重要的基础参数。因此，如何客观地确定沿着电力线路大地导电率的实际变化，对于确定勘测范围、电力线路的路径、电信线路是否需要迁改和防护措施的合理选择，是很有必要的。
在电磁危害防护技术中，不管外界场的场源是定场还是交变场，也不管是低频还是高频，都常需要确定有关地区的大地导电率。在研究核爆磁脉冲及雷电脉冲的场分布规律时，也需要查明大地导电率这一重要参数。
大地导电率随地层结构变化极为复杂。各地区间相差悬殊，而且同一地区表层土壤与深层土壤也不尽相同，所以大地导电率一般均通过实地确定。采用的方法大多是对称四极电测深法进行大地导电率的测定。
2 工程概况
郑州市轨道交通1号线一期工程起点为郑上路与凯旋路交叉口的凯旋路站，经郑上路、建设西路、碧沙岗公园、中原东路、郑州火车站、人民路、金水路、会展中心、通泰路、金水东路、新郑州站、体育中心站，连接马楼车辆段。
线路全长25.2km，均为地下线，设车站20座，平均站间距约1.29km；设车辆段与综合基地一座，主变电站两座。郑州市轨道交通1号线与郑州市轨道交通2号线在紫荆山设联络线，郑州市轨道交通1号线终点马楼车辆段。
本次工作是一期工程三标段会展中心站（不含）至农业东路站（不含）、博学路站（不含）至马楼车辆段,车站及区间的第三标段勘察工作中大地导电率测式工作的一部分,本工作区属古黄河冲积平原,含水岩性为粉土、粉砂、细砂。
3 地质及地球物理特征
根据区域内地层岩性的导电性，全区第四系干燥黄土层视电阻率较高，上第三系视电阻率较低。全新统地层干燥的砂层、含水的砂层、粘土层之间的电阻率差异较大。粘性土的视电阻率10Ω•ｍ左右；粉土的视电阻率10－15Ω•ｍ；中砂、中粗砂的视电阻率15--40Ω•ｍ；上第三系含水的砂层、粘土层之间的视电阻率值均较低，一般13～18Ω•ｍ，但差异也是明显的。
4 工作技术要求
大地导电率测量按照以下技术要求执行：
①大地导电率测量宜采用温纳测深装置。
②大地导电率测的最大AB/2可根据测深曲线与解释曲线的交点确定。根据探测要求和外业地形情况也可只测交点位置附近一段电阻率。
③相邻测点的导电率值相差三倍时应加密测点。
另外，为了减少地形对大地导电率测量的影响，建议采用等比装置。最大极距应达到50Hz电流的影响深度，由于地层电阻率不同，其影响深度也不同，最大AB/2也就不同，因此可以用日本解释曲线与电测深曲线的交点求得最大装置长度。由于该交点是50Hz或800Hz电流密度最大分布区，所以也可以只测交点附近的几个极距的视电阻率值。
5 野外工作方法与技术
5.1工作方法
野外工作方法采用国内外推荐在工程中普遍采用的四极电测深法，四极电测深原理如下图，如土壤结构均匀或岩层电性差异不大，则改变极间距离a，测出的大地电阻率ρ不会改变，但如土壤结构不均匀或电性差异较大，则用不同的极间距离，将测出不同的大地电阻率。在野外工作时，通过改变极间距离a，测出不同深度的大地电阻率。
5.2电极距的选择
按照《铁路工程物探勘探规程》TB10013-2004有关规定及本次工作要求，采用温纳电测深法进行测试。
5.3仪器设备
测量仪器采用目前国内先进的WDJD-3多功能数字直流激电仪。该仪器得到了国家质量认证，仪器的测量精度高，达到观测、参数计算、存储自动化。
供电装置采用多组直流1.5伏干电池串联。最大供电电压达360伏。仪器供电时间2秒，断电0.25秒后观测电位差、供电电流及视电阻率。供电导线为4钢3铜的物探专用线。供电电极使用铁电极，测量电极为不激化电极。在工作之前，对测量仪器、供电导线、测量导线等分别进行了绝缘电阻的检查，符合要求后方可进行工作。
5.4野外工作质量的保证措施
为了保证野外工作质量，首先保证供电电压不低于36v，当供电极距AB/2>100m时，采用双电极并联，减小接地电阻，增大供电电流；当增加供电电压时进行重复观测；野外现场同步作曲线图，当发现曲线出现畸变点时进行重复观测，重复观测的读数采用3舍1的原则，两次重复观测数相差小于5％；随时检查供电电极和测量电极极距是否正确，有误及时纠正。
6 测试成果
本次大地电导率测试成果见下图

7资料处理解释
温纳测深法的实质是利用大地不同岩性，具有不同电阻率的特点，将直流电送入地下建立稳定的人工电场，在测点处利用改变电极距离，即改变探测深度的办法，来找出不同深度时岩层视电阻率的变化关系，分析得出各岩层电阻率的大小和岩层厚度。
本次物探工作基本查清了郑州轨道交通1号线三标段沿线地层电性特征，在物探探测深度范围内，地层较单一，上部为粉土、细层，其下粉质粘土、粉土、粉砂。
对于大地导电率采用作图法、软件反演拟合法、量板法等方法进行综合解释，求出各层电阻率、地层厚度，再根据所得参数，计算P=h√10f/ρ，对照拉德列曲线量板，解出相关参数，从而求的50HZ、800HZ的大地导电率分别为58.1×10-3S/m-3和33.8×10-3S/m-3。
8 结论
⑴通过本次物探工作得到的数据及分析成果很好的为地铁设计提供了依据，使物探测试技术很好的和电力技术结合起来，为物探技术提供了一个新的课题，推动物探技术向一个新的方向发展。
⑵由于本次物探工作是初次在郑州市轨道交通中应用，没有相关数据进行对照，因此在郑州市轨道交通开通以后要进行进一步验证，通过验证改进不足，发挥快捷、经济的优点继续为郑州市轨道交通做出新的贡献。