周俊峰

（上海元易勘测设计有限公司，上海 201203）

随着城市的发展，许多既有道路已经不能满足交通量的需求，道路的等级、定位、路容、景观效果、市政配套设施等无法与新的城市规划和发展理念相匹配，故而需要对己有道路进行改扩建及高架快速化改造[1]。然而，在城市道路改扩建过程中，会遇到各种地下构筑物，箱涵（原水、合流污水）护管桥便是其中之一。护管桥一般为板状钢筋混凝土结构，其虽覆土深度不大，但由于其位于道路正下方，并不能像管线那样通过道路两侧绿化带进行探测并推测。且由于建设久远，各项资料缺失等原因，致使相关资料信息缺失，成为道路，特别是高架道路桥梁桩基础设计、施工过程中的难点问题，给设计及施工造成不利影响。为解决此问题，需要在设计或施工之前对其进行探测，常用工程物探方法如探地雷达、地震面波法、高密度电法等[2-3]，因激发、接收装置，采集、接收条件，信号接收原理，采集时间等原因或影响交通，或无法接地，或成像效果不明显，不适宜在高沥青路面的城市主干道路中，特别是市区高架区域进行。

GEM-2是一种操作简便、测量效率高的电磁勘探仪器，该仪器采用不同扫描频率可以对应寻找不同埋深的地下掩埋物。国内外学者在多种应用条件下对其进行了测试，证实了该仪器适用于解决多种探测问题[4-7]。

鉴于GEM-2电磁仪器、方法的简便高效性，以及其对钢筋结构高导体的敏感性，本文针对城市主干道路地下护管桥这种钢筋混凝土构筑物的特性，采用了多频电磁技术进行快速检测的方法与思路，实践表明，该方法能够获得地下护管桥的平面位置，为类似问题的勘察和研究提供实践参考。

1 GEM-2方法原理及特点

电磁法探测以地下介质的电、磁性为基础，通过发射不同频率的一次电磁场，从而使地下的良导体（如钢筋结构）中感应出微弱的涡流电场，由此电场产生二次磁场，被检测和记录[8]（图1）。

图1 GEM-2工作原理图（据参考文献[4]修改）Fig.1 The schematic diagram of GEM-2 working principle

数据处理之前，须去除一次场，保留能够反映目标介质信息的二次场信号，并通过二次场信号和一次场信号做比乘以106的归一化（ppm度量）[4,8]，获得同相分量和正交分量，进而获得电导率及磁导率。

2 测线布置及数据采集

GEM-2电磁仪器通过手持即可完成探测任务。仪器内两个线圈的固定间距为1.66 m，在实际测量中通过改变发射频率来获得地下不同深度的信息。

2.1 探测位置

道路等级为城市主干路，沥青路面，限速50 km/h。根据收集资料及现场实际情况，选择沿道路方向穿越原水箱涵进行剖面探测（图2），剖面起止位置以观测至数据背景场为准。

图2 电磁法剖面测线位置图Fig.2 The location map of electromagnetic section survey line

2.2 数据采集

采用GEM-2多频电磁仪，采集同相分量I和正交分量Q，连续自动测量，默认采样间隔40ms，每3个叠加为一个记录数据，即每120ms记录一个数据，选用1525HZ-5325HZ-18325HZ-63025HZ等4个发射频率。

3 应用效果分析

本次Gem-2数据采用EMExpor和Invertor软件处理，通过数据转换，最终得到不同频率视电导率及相对磁导率。

3.1 平面位置

通过正演模拟可以从理论上证明，GEM-2几乎是单极的，异常在目标的正上方[4]。从高频到低频，由于护管桥是钢筋混凝土结构，因此电导率和磁导率皆具有很强的数值范围，且皆具有清晰的菱形边界，皆具有相同的边界范围（图3、图4）。

图3 不同频率GEM-2电导率数据Fig.3 Conductivity data of GEM-2 at different frequencies

图4 不同频率GEM-2磁导率数据Fig.4 Permeability data of GEM-2 at different frequencies

由于测线是根据已知原水管位置布置，剖面起止位置以观测至数据背景场为准（图2），因此判断该异常为护管桥。

3.2 深度分析

从图3、图4中可以看出，4个不同频率电导率梯度边界范围为103～105mS/m，根据“趋肤深度列线图”[4,6]，可以利用测量中介质电导率和电磁波频率来计算趋肤深度δ，从而获得探测深度d=■δ■■[8-9]。由于各频率异常主体电导率值≥103mS/m，因此判断护管桥覆土深度很浅，加之钢筋网对电磁信号的屏蔽作用，低频信号无法穿透护管桥界面，据此，推断护管桥覆土深度≤0.6 m（表1）。

表1 估算探测深度Table 1 The estimated depth of the electromagnetic wave penetrated into the ground based on the electromagnetic frequency used

3.3 护管桥边界结构界定及验证

根据不同频率电导率、磁导率（图3、图4），在视电导率60 S/m、相对磁导率-575（1/1000）处明显存在陡变梯度带。据此，基本确定了护管桥边界的实地准确位置，同时勾勒了该桥的结构特征，即推测该护管桥为不同板块拼接而成（图5a）。对该异常在北侧（道路东侧）绿化带进行了揭露验证，发现其边界与GEM-2数据异常边界完全吻合，埋于地表以下约0.5 m（图5b）。

图5 护管桥边界及结构解译(a)与护管桥边界实际验证(b)Fig.5 The boundary and structure interpretation (a) and the actual validation (b) of protective pipe bridge

4 结语

利用GEM-2电磁仪器方法的高效、高精度，以及其对高导体的敏感性，针对城市主干道路地下护管桥钢筋混凝土构筑物的特性，可采用以多频电磁技术进行快速检测。实践表明，以多频电磁法（GEM-2）作为快速扫描手段，可以精准获得护管桥的边界位置及结构埋深特征，可作为类似钢筋混凝土构筑物的快速探测手段。