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地下空洞探测方案
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地下空洞探测解决方案

发布于 2015-01-07 13:34

 

1.地下空洞的探测目的

通过车载式雷达探测系统或便携式探地雷达,定期对道路重点区域进行地毯式普查探测,提前发现隐伏在地下的危险空洞隐患,提前预警,在灾害发生前及时采取措施处治除险,防患于未然,避免地下空洞事故的发生。
 

2. 地下空洞探测依据的标准规范

(1)《城市工程地球物理探测规范》(CJJ7-2007);

(2)《公路工程物探规程》(JTG/T C22-2009);

(3)《地质灾害防治工程监理规范》(Dz/10222-2006);

(4)《卫星定位城市测量规范》(CJJT73-2010);

(5)其它现行的相关规程、规范及标准。

3. 地下空洞灾害现状

近年来,随着城市建设的快速发展,各城市城区频繁发生地下空洞灾害事故,造成了重大的生命财产损失和严重的社会影响。灾害事故的调查统计表明,地下空洞主要发生在如下重点区域:
(1)管线(特别是带水管线)密集区、暗渠集中区,老化管线、渗漏管线集中区;
(2)深基坑施工地区及其周围影响区域。管线(特别是带水管线)密集区、暗渠集中区,老化管线、渗漏管线集中区;
(3)地铁轨道交通工程施工沿线及其周围影响地区;
(4)地下溶洞发育地区。
由于地下管线大多位于城市道路下方区域,并且道路交通动荷载直接加剧了坍塌灾害的发育发展,因此,绝大多数的地下空洞灾害事故都发生在上述重点区域的道路范围内。

4.地下空洞探测的原理和技术

4.1  探测技术
对于引起坍塌灾害事故的道路下方隐伏的空洞进行探测作业,由于交通繁忙,环境干扰大,常用的工程物探方法,如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等难于施展,难以避免城市地上和地下空间的各种干扰因素,应用效果较差,成本高,速度慢,难以大范围应用。
探地雷达具有现场实施方便、抗外部环境干扰、作业快速便捷、探测效率高,分辨率高、实施成本低廉等优势,成为道路塌陷灾害普查探测的首选技术手段和唯一现实可行的方法,同时探地雷达也是唯一在国内外城市地下空洞普查探测的工程实践中大量应用并取得成功的工程物探方法。

4.2    地下空洞的探测原理

探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)是中浅层目标体的有效探测设备,采用电磁波方法探测具有电性差异的两种地下介质的分界面。GPR探测利用反射、速度测距、层析成像等三种基本方法:发射天线在地面以宽频带短脉冲的形式向地下发射高频电磁波,入射波在存在介电性差异的两种介质的分界面(地层界面或目的体)产生反射波,接收天线可接收记录反射波的波形、振幅及到达时刻(双程走时),并以雷达图象的方式显示探测结果;根据测量的双程走时和波速计算出目标体深度;连续测量测线各点的反射波,形成雷达图像。

 

 
 
探地雷达以反射波波形的形式来反映地下目标体的特征。目标体与周围土壤介质有足够的电性差异(导电性及介电性),就会产生反射波。不同形状的目标体的反射波形具有不同的特征。由于空气的介电常数为1、周围土壤的介电常数约为9,地下空洞与周围土壤的介电常数差异明显,能够在两者交界面处产生明显的反射波,因此探地雷达能够有效探测出地下空洞。
当电磁波经过正常土层与土体缺陷的交界面时,必然发生较强的反射,从而可以根据反射波图像特征来确定土体缺陷的平面位置、埋深、分布范围等特点。只要地下管线、土体疏松、空洞等地下目标体与周围土层之间存在足够的电性差异就能被探地雷达发现。
地下空洞的波形特征表现为:
(1) 本应连续的地层同相反射波组出现中断、不连续现象;
(2) 由于内充空气,空洞中的反射波强度变弱,甚至脱空部分的反射波组消失;
(3) 空洞与周围地层的反射波组特征差异明显。
 


5.
地下空洞探测的设备 

 

一般地,地下空洞探测雷达采用200~400MHz屏蔽天线,其水平分辨率可达到0.05-0.2m,对于地下空洞的最小分辨率为0.2×0.2×0.2m,探测深度一般为3.0-6.0m,可探测顶面深度小于6m的地下空洞。
地下空洞可采用车载式和便携式两种探地雷达来进行探测。
 
便携式探地雷达是传统的人工探测模式,一般采用200-400MHz单天线探地雷达,探测速度慢,适用于小面积的地下空洞探测以及地下空洞详查和确认。车载式地下空洞灾害预警雷达系统,采用大型雷达天线阵列技术,有效探测宽度3.75m,探测巡航速度每小时10-20公里,可对地下隐伏空洞进行多天线的多点同步联合扫描和测量,一般用于大面积的地下空洞普查。
 
 

4.地下空洞探测实施方案

4.1   地下空洞探测工作流程
 
 
4.2  背景资料调研
通过档案资料调研和现场踏查,掌握普查探测作业区域内的地层地质、地下管线、地铁等地下工程施工、深基坑施工、地下人防工程、地下构筑物的信息资料,作为普查探测作业、数据成果分析处理的参考和依据。
4.3  探测方案
确定探测工作目标和作业标准、普查探测工作人员机构组织、仪器设备配置、现场作业纲程、质量保障措施、安全文明作业保障措施、普查探测成果格式和标准等。
4.4  测线布置

依据普查探测区域现场情况,设计布置探测线。基本原则为按车道进行探测线布设,采用车载式探地雷达可在单个车道上同步同时完成四条测线的探测,可对车道完全覆盖;采用便携式探地雷达对单个车道需布置两条测线,基本覆盖车道。对于人行步道等个别不适合车载雷达系统作业的区域可通过随车配备的 便携式探地雷达补充探测。

4.5  现场普查探测作业
车载式地下空洞灾害预警雷达系统进入普查探测现场,以每小时10-20公里的巡航探测速度,逐车道对道路地下隐伏的空洞进行地毯式全覆盖普查探测,通过车载大型雷达天线阵列对地下目标进行多点联合探测和测量,发现空洞隐患并对其位置、深度、延展范围进行准确测定。
对于人行步道等不适合车载雷达系统作业的区域,采用随车配备的便携式探地雷达可进行人工方式的补充探测。
4.6  数据处理与结果评价
普查探测现场外业工作取得的探测数据,经多信息分析判读,对其中的空洞隐患异常点位进行现场加密复核探测扫查加以认定和确定,根据危险和危害程度不同综合评价后进入普查探测成果报告。
4.7  成果报告
经过复核确认的普查探测数据,通过综合评价后形成普查探测成果报告,报告内容包括地下空洞隐患的位置、深度、范围、雷达图像、灾害评价和处治建议等。

5.工程案例

以下案例为哈尔滨、大连、太原等地的实际探测案例。
 
 
 
 
 
 地下空洞检测相关仪器设备:

 

 
 

 

 

 
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