道路塌陷隱患掃描技術在天津塌陷道路上的應用研究

李 斌

（貴州省質安交通工程檢測中心有限責任公司，貴州貴陽 550001）

0 前言

城市道路近幾年發展迅速，行人量大、車種復雜，道路下方管線、管道及地鐵通道等較多，地下管道破損、地鐵等地下工程擾動區及城市地下溶洞、采空區等都會導致地基不均勻沉降，嚴重的可導致塌陷等突發事故，對經濟和人民日常生活造成較大損失，給社會帶來不良影響。所以城市道路隱患檢測顯得格外重要。

現行的檢測方法是電磁波法，利用地質雷達（GPR）設備拖地探測。但是，由于交通、生活和生產所產生的電磁干擾與振動噪聲，大大地降低了電磁方法的探測與識別能力，地質雷達的探測深度不超過5 m。其他的物探方法由于路面與交通條件的限制無法使用。城市道路多為硬質路面，電法檢測無法布置電極，地震波法無法布置地震檢波器。因此，道路上深度5 m以下的探測技術一度成為一個空白。

本次探測工作采用了RDscan道路塌陷隱患掃描儀，在天津某商業區進行了試驗。

1 工程概況

該商業區地處渤海灣西側，屬沖積─海積平原，填墊前為鹽田，按地質形成自地表而下分成三大層：第一層為陸相層，含兩個亞層。第一亞層為人工填土，土層厚0.5～1.5 m；第二亞層為沖積型，以粘土為主，層厚0.7～2.4 m。第二層為海相層，上部為淤泥質粘土層，土層厚6.9～9.76 m，中部為淤泥質亞粘土，土層厚4.3～6.2 m，下部為亞粘土-粘土層，土層厚1.1～2.0 m。第三層為陸相及海相層，分5個亞層。第一亞層為輕亞粘土—粉砂的透鏡體，單層厚度2.2～2.4 m；第二亞層為輕亞粘土，單層厚度1.3～3.3 m；第三亞層為輕亞粘土，單層厚度2.0～5.4 m；第四亞層為粘土，單層厚度3.2～4.9 m；第五亞層為輕亞粘土，單層厚度1.7～4.5 m。可以看到16 m以上土層為軟弱型土層，變形沉降較大，地面塌陷容易發生。

該商業區部分道路出現塌陷，本次檢測區域已發現2處坍塌區（塌陷Ⅰ、陷Ⅱ），如圖1所示。塌陷已造成路面破壞，塌坑5 m深處露出污水管和雨水管，如圖2。

圖1塌陷區和RDscan探測剖面布置

圖2 塌陷造成的破壞

2 RDscan道路塌陷隱患掃描技術

RDscan道路塌陷隱患掃描技術是一種新型的道路無損檢測方法，建立在非均勻介質模型和地震散射理論基礎上。在地震波的激勵下，地下巖性、地質構造、采空區、巖溶等波阻抗變化界面就成為被動源，向周圍發射散射波，散射波傳到地面被接收記錄下來。根據記錄到的地震散射波運動學和動力學信息，采用合成孔徑偏移成像技術，就可重建散射波的地質構造的精細剖面圖像。通過剖面上的特征圖像就能確定異常體的位置。

該儀器由北京同度工程物探技術有限公司生產，主機的AD轉換為24位，一次采樣16道，采樣率為192 kHz，采樣間隔為5 μs。拖地耦合檢波器串道間距0.25 m，偏移距0.25 m由,采用錘擊震源。采集數據由RDscan軟件分析處理，該軟件的功能包括：方向濾波，波速分析，合成孔徑成像和異常體判定。

3 塌陷探測方法

在道路坍塌處進行探測，共布置探測剖面6條（見圖 1、圖 3），剖面中 D3-1、D3-2、D3-3 南北向布置，通過塌陷區Ⅰ；D3-4剖面東西向布置，通過塌陷區Ⅰ以及塌陷區Ⅱ；D3-5、D3-6剖面東西向布置，路面未見明顯下沉區域，南北向剖面D3-1、D3-2、D3-3在橫向 6～9 m，深度自 0 m 至 5～8 m均表現為塌陷區。探測深度設計為15 m。

探測時使用小車或者人工拖動檢波器串，到指定位置后停下來配合捶擊采集，如圖4所示。檢波器串拖地耦合，避免了傳統檢波器需要插拔、粘粘的桎梏，大大地加快了數據采集的速度。

采集的原始數據經過RDscan軟件處理后，得到6條偏移剖面圖，該圖是散射系數（波速變化的大小）成像。剖面圖中紅色、黃色表示正散射系數，波速變高；藍色、綠色表示負散射系數，波速變低。空洞、脫空區主要表現為深藍色區，有紅藍相間分布，同時伴有層位的不連續。

將6個剖面圖按照現場坐標合成圖5的三維篩狀圖后可以發現地層的連續性和分布特征與已知地質條件相符。十幾厘米厚的地層能夠從圖上清晰區分。I、II塌陷區在剖面圖上顯示為深藍色。

探測共發現7處隱伏脫空區，分別集中在2～3 m、4～5 m和9 m的深度上。分析引起塌陷的直接原因是埋深5 m處的管道漏水，造成地層變軟脫空。2～3 m的脫空區是坍塌的影響范圍，5 m的脫空區是管道漏水所致，9 m以下的脫空區是底層軟弱含水所致。綜合分析所有剖面圖推測漏水是造成地面塌陷的主要原因。

現場找到一根5 m埋深處的污水管，該管破裂，造成污水流失帶走周邊泥沙，最終導致地下脫空，形成塌陷。

6條RDscan探測剖面內得到4個主要地層層位，其位置和性質與鉆孔ZK-7揭露的結果一致（見圖6）。證實了RDscan的科學性和準確性。

4 結語

本文簡要介紹RDscan技術在天津某坍塌道路中的應用，取得了滿意的結果。驗證RDscan道路掃描技術作為一種新型技術在城市道路隱患探測中是可行的。該方法快捷、安全，檢測效果好，為城市道路、地鐵線路隱患探測、整治提供了可靠的依據。

圖3 RDscan測線布置圖

圖4 RDscan拖地耦和檢波器串工作模式

圖5 三維篩狀圖

圖6 鉆孔與RDscan結果的對照

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