1、1道 路 塌 陷 隐 患 勘 察 方 案21 前言城市的马路作为最重要的公共基本设施之一，它的安全牵扯着千百万人的生命财产安全，可是，最近一段时间，国内多个城市频发地陷，脚下的马路变得令人胆战心惊。到底是什么原因导致接二连三的地面塌陷事故呢？地陷，是地面沉降的一种，指地面由于地下物质移动而发生的渐进下陷或急剧下沉。据中国地质调查局最新数据显示，中国已有 50 多个城市不同程度地出现了地面沉降和地裂缝灾害，沉降面积扩展至 9.4 万平方千米，发生岩溶塌陷 1400 多起。“地陷”有地下地质因素和后期人类活动影响两类。自然地陷主要因当地独特的岩溶地层造成，这主要发生在石灰岩分布的地区。人类活动造成
2、的地陷因素随着城市地下活动的加强日趋凸显，超采地下水、地下管道渗漏造成淘空等。地陷的主要原因主要有以下几种：岩溶地陷有些城市的地下岩层为石灰岩地层，石灰岩为可溶岩，其中极易发育溶洞，由于近地表岩层受地下水影响较大，较容易形成隐伏溶洞，正常情况下，地下水位变化不大、人类不改变基地下水环境，溶洞的顶部不易坍塌，但当出现极端气象（干旱、长时间降雨等）和人工活动改变地下水原有条件时，埋藏较深（10 米以内）的溶洞顶部极易发生坍塌，即为地陷。超采地下水至地陷一个地区的地下水一般保持着相对稳定的深度，但由于人类活动的加强，特别是近年的城市建设的赶快发展、人类对地下水过度抽取，造成地下水水位大幅下降，在抽取
3、地下水的同时，也带走了地下的大量沙土，造成地下水平流高程面范围内的地层的密度严重降低，局部地段出现架空层，一旦遇到较大降水，地表水渗入地下，沿着空隙和架空层流动，对地层形成冲刷、潜蚀，加大地表与地层间的缝隙，致地面向下陷落，造成塌陷。地下排水管网渗漏冲刷至地陷由于地下管线的老化腐蚀，泄漏的水流冲走了周围的土壤，致使路面下土层疏松，形成地下空洞，以致光鲜亮丽的城市马路下暗藏着 “雷区”。地下管线老化现象往往发生在城市的旧城区。一方面，管线铺设历史久，超期服役现象严重；另一方面，早期使用的管材材质强度低，抗腐蚀能力弱，潜在危险极大。3此外，旧城区往往人口密度大，地下管线所承受压力巨大，再加上很多旧
4、城区疏于管理，地面污染严重，地下管线所处环境恶劣，于是问题更加严重。城市雨水排泄冲涮造成地陷一是大雨对城市地下排水管道造成了极大的管压，使很多本来就超期服役的老化管道不堪承受，而泄漏的水流造成了周围土壤的疏松和地下空洞的形成，最终诱发地面塌陷；二是由于排水系统的落后导致雨水排不出去，长期淤积在道路上，就会出现雨水下渗，造成路面下方的土质疏松乃至空洞。地陷的其它原因在每个城市的地下都有着水电、煤燃气、石油以及通讯等不同的管网走廊，它们分别由自来水公司、电力部门、煤气公司、天然气公司、石油以及通讯公司进行管道以及电缆的铺设，形成错综复杂的地下网路，以致同条道路要经历多次开挖、填埋再开挖的循环过程。
5、而在道路施工后，由于回填时夯实和碾压的程度不够，造成土壤不够稳定，这也是城市地面塌陷隐患的另一常见原因。 2 勘察依据（1） 岩土工程勘察规范GB/T50021-2009（2） 水利水电工程物探规程DL/T50102005（3） 市政工程勘察规范JJ56-2012（4） 城市工程地球物理探测规范CJJ7-200743 主要目的与任务3.1 目的选择具有塌陷代表意义的某一城市道路路段，进行隐伏塌陷探测试验，研究采用物理探测方法技术探测隐伏塌陷的方法技术，试验过程中，对探测的隐伏塌陷异常点进行钻探和孔内光学成像，以评价物理探测的效果。3.2 任务试验场地：城市道路；探测试验面积：10m1000m；
6、探测深度范围：地表以下 10m 范围；工期：一个月。4 主要试验方法原理4.1 塌陷体的主要地质和物理特征分析城市塌陷体的主要地质特征是空腔，物理特征是低密度，呈现与周围介质的间断，造成强烈的物理界面，由于塌陷洞顶部为第四系土和沙层，导电性较好，而下部空腔导电较差，且埋深较浅，适宜于地质雷达探测。城市环境与野外环境存在的最大差别是城市电磁干扰和地下人工埋设物，为了区别地下人工埋设物，同时采用地震散射法。4.2 地质雷达探测原理地质雷达（亦称探地雷达）探测法是利用电磁波的反射原理，使用地质雷达仪器向地下发射和接收具有一定频率的高频脉冲电磁波，通过识别和分析反射电磁波来探测与周边介质具有一定电性差
7、异的目的体的一种电磁勘探方法。具有分辨率高、成果、图像直观等优点。在浅层、超浅层工程勘探和检测中广为应用。工作过程中，由雷达信号发生器产生频率相对稳定的电磁波，通过雷达主控制器对信号脉冲进行调谐调频，并进行信号样点数字化、信号叠加处理，然后由主控器通过信号高保真电缆和屏蔽天线将信号以一定的方向角向探测方向发射，电磁波遇到有5电性差异的目的体后会发生反射，反射回来的电磁波被天线再次接收，并返回到雷达的信号接收处理器内，经处理后的雷达信号分两路传送：一路直接传送给雷达显示器，通过“四色原理”将雷达信号以彩色形式直接显示在视频显示器上，其显示速度与天线运行速度保持同步；另一路进入数据存储器中，内存将
8、所有技术参数连同雷达信号资料进行保存，以便进行回放和更深入一步的处理。所有雷达的专业处理、反演解释软件均可安装在通用计算机上来完成，雷达主控器、内存可直接与通用计算机进行数据通讯，将雷达数据传到计算机机中进行更高级的处理和解释。地质雷达图像的识别、深度计算、长度计算、范围计算主要包括以下几方面：雷达判断异常目的体是根据反射波的强度和相位来进行的：当反射波与入射波反相位，且反射信号能量较强，可判断为导电导磁性较弱的空洞等；如果能量较弱，可判断为导电导磁性较强的泥充填溶洞等。雷达的深度是根据电磁波在地层中的传播速度 V 和传播时间 t，依据下式进行计算的：式中，t 为反射波走时(需将图像转换为波形
9、读取)；V 为地层的电磁波速度，V 值可用三种方法获取：(1) 由已知深度的目标体标定得出；(2) 用广角法或共深度点法测试得出；(3) 利用介质的相对介电常数 Er 的经验值由下式计算得出。异常体的长度是根据雷达剖面长度与天线运动速率确定的，天线运动速率与桩号mark 标注形成雷达的剖面长度，异常的长度在图像剖面长呈现实时对应。异常垂直于剖面方向的范围可采用对比和计算多条彼此相邻的雷达剖面图像的相关等方法估算。1)(4.22 .th )2.4( rEcV6抽水蓄能水库底部溶洞探测7隧洞掌子面前方溶洞预报8深圳龙岗城市道路溶洞探测9城市道路溶洞探测104.3 地震面波探测原理实践和理论研究表明
10、振动产生的能量 80%以上在面波中，由于面波能量强、持续时间也长，且主要在表面附近传播，浅层地震勘探将面波视为干扰波。但面波同其它体波一样，也存在反射、折射，且对浅层的空洞等异常反映更敏感，由于能量强，在城市中具有较强的抗干扰能力。115 主要仪器设备与技术参数序号 方法 设备名称 产地/型号 主要参数1 地质雷达探测 地质雷达 美国 SIR-20拉脱维亚 ZOND100Mhz 天线，0.5m 点测量，叠加 16 次。2 地震面波 浅层地震仪 美国 S-LAND 38hz 检波器，1m 检波距，3 个偏移距激发。3 钻孔 背包钻机 美国背包钻机 28mm 孔径，深度 10m。4 钻孔光学成像 孔径窥视仪 LB-20 塌陷孔位摄像检验6 现场工作流程接收委托数据处理测量放点钻孔光学检验地质雷达探测 测区内资料收集地震面波探测 收集资料事理异常点布置验证孔成果图表试验成果报告127 费用估算序号 项目名称 单位 数量单价（元） 合价（元） 注1 地质雷达 km 100Mhz，点测量，16 次叠加，0.5m 点距2 地震面波 km 异常段检查(发现异常补充工作)3 验证孔 m 发现异常补充工作4 空洞光学检验 孔 发现异常补充工作注：取费单价依据工程勘察设计 2002 标准
