道路塌陷隱患掃描技術(shù)在天津塌陷道路上的應(yīng)用研究

李 斌

（貴州省質(zhì)安交通工程檢測中心有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550001）

0 前言

城市道路近幾年發(fā)展迅速，行人量大、車種復(fù)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(dòng)區(qū)及城市地下溶洞、采空區(qū)等都會(huì)導(dǎo)致地基不均勻沉降，嚴(yán)重的可導(dǎo)致塌陷等突發(fā)事故，對(duì)經(jīng)濟(jì)和人民日常生活造成較大損失，給社會(huì)帶來不良影響。所以城市道路隱患檢測顯得格外重要。

現(xiàn)行的檢測方法是電磁波法，利用地質(zhì)雷達(dá)（GPR）設(shè)備拖地探測。但是，由于交通、生活和生產(chǎn)所產(chǎn)生的電磁干擾與振動(dòng)噪聲，大大地降低了電磁方法的探測與識(shí)別能力，地質(zhì)雷達(dá)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(zhì)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(shù)一度成為一個(gè)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(yè)區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)。

1 工程概況

該商業(yè)區(qū)地處渤海灣西側(cè)，屬?zèng)_積─海積平原，填墊前為鹽田，按地質(zhì)形成自地表而下分成三大層：第一層為陸相層，含兩個(gè)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(zhì)粘土層，土層厚6.9～9.76 m，中部為淤泥質(zhì)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(gè)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(fā)生。

該商業(yè)區(qū)部分道路出現(xiàn)塌陷，本次檢測區(qū)域已發(fā)現(xiàn)2處坍塌區(qū)（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(qū)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(shù)

RDscan道路塌陷隱患掃描技術(shù)是一種新型的道路無損檢測方法，建立在非均勻介質(zhì)模型和地震散射理論基礎(chǔ)上。在地震波的激勵(lì)下，地下巖性、地質(zhì)構(gòu)造、采空區(qū)、巖溶等波阻抗變化界面就成為被動(dòng)源，向周圍發(fā)射散射波，散射波傳到地面被接收記錄下來。根據(jù)記錄到的地震散射波運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)信息，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，就可重建散射波的地質(zhì)構(gòu)造的精細(xì)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(shù)有限公司生產(chǎn)，主機(jī)的AD轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)由RDscan軟件分析處理，該軟件的功能包括：方向?yàn)V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(jìn)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(qū)Ⅰ；D3-4剖面東西向布置，通過塌陷區(qū)Ⅰ以及塌陷區(qū)Ⅱ；D3-5、D3-6剖面東西向布置，路面未見明顯下沉區(qū)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(xiàn)為塌陷區(qū)。探測深度設(shè)計(jì)為15 m。

探測時(shí)使用小車或者人工拖動(dòng)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(tǒng)檢波器需要插拔、粘粘的桎梏，大大地加快了數(shù)據(jù)采集的速度。

采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過RDscan軟件處理后，得到6條偏移剖面圖，該圖是散射系數(shù)（波速變化的大小）成像。剖面圖中紅色、黃色表示正散射系數(shù)，波速變高；藍(lán)色、綠色表示負(fù)散射系數(shù)，波速變低。空洞、脫空區(qū)主要表現(xiàn)為深藍(lán)色區(qū)，有紅藍(lán)相間分布，同時(shí)伴有層位的不連續(xù)。

將6個(gè)剖面圖按照現(xiàn)場坐標(biāo)合成圖5的三維篩狀圖后可以發(fā)現(xiàn)地層的連續(xù)性和分布特征與已知地質(zhì)條件相符。十幾厘米厚的地層能夠從圖上清晰區(qū)分。I、II塌陷區(qū)在剖面圖上顯示為深藍(lán)色。

探測共發(fā)現(xiàn)7處隱伏脫空區(qū)，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(qū)是坍塌的影響范圍，5 m的脫空區(qū)是管道漏水所致，9 m以下的脫空區(qū)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(xiàn)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(dǎo)致地下脫空，形成塌陷。

6條RDscan探測剖面內(nèi)得到4個(gè)主要地層層位，其位置和性質(zhì)與鉆孔ZK-7揭露的結(jié)果一致（見圖6）。證實(shí)了RDscan的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

本文簡要介紹RDscan技術(shù)在天津某坍塌道路中的應(yīng)用，取得了滿意的結(jié)果。驗(yàn)證RDscan道路掃描技術(shù)作為一種新型技術(shù)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(jù)。

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(jié)果的對(duì)照

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