晏月平，張葉鵬

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早期坑地道人防工程地質(zhì)隱患特點及綜合勘測

晏月平，張葉鵬

(湖南省有色地質(zhì)勘查局 二四七隊，湖南 長沙 410129)

從早期坑地道人防工程綜合整治的重要性及綜合勘測的必要性出發(fā)，以工程隱患綜合勘測為目標(biāo)，從歷史變遷、地質(zhì)變化及人文活動等方面討論了坑地道人防工程的隱患特征，結(jié)合生產(chǎn)實例討論了工程地質(zhì)隱患的主要勘測方法，并以高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)為重點，討論了利用地球物理方法進(jìn)行隱患識別的方法，總結(jié)了典型隱患體的異常規(guī)律。結(jié)論認(rèn)為，早期坑地道人防工程隱患可以劃分為固有隱患、地質(zhì)隱患、人為隱患三種類型，在隱患排查時需要有綜合勘察思路。

人防工程；工程隱患；綜合勘測；物探;地質(zhì)雷達(dá)

(Team247,HunanProvincialNonferrousMetalsGeologicalExplorationBureau,ChangshaHunan410129,China)

1 引 言

早期地下人防工程一般指20世紀(jì)70年代前后修建的適于當(dāng)時戰(zhàn)爭技術(shù)的人防設(shè)施，所處地理位置優(yōu)越，坑地道人防工程是早期地下人防工程的主要類型。但受當(dāng)時施工及設(shè)計技術(shù)等條件的影響，這些工程的平戰(zhàn)功能與新形式下人防工程建設(shè)[1]、城市地下空間規(guī)劃[2]等要求存在較大的差距，同時，由于年代久遠(yuǎn)及地面建筑頻繁，各類工程隱患[3]突出。隨著現(xiàn)代城市綜合功能的高度發(fā)展及戰(zhàn)爭技術(shù)的大幅提高，對這些人防工程能否有效發(fā)揮平戰(zhàn)功能提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此，早期人防工程的綜合治理[4]已引起了相關(guān)部門的高度重視。但由于地下人防工程的特殊性，治理前期的勘測工作沒有可參照的技術(shù)依據(jù)，勘測工作的開展大都具有一定的盲目性，影響了勘測技術(shù)的設(shè)計和最終的效果。

本文在已有工作的基礎(chǔ)上，以早期坑地道人防工程為例總結(jié)了工程地質(zhì)隱患的特征，介紹了排查隱患的的技術(shù)手段，為此類工作的開展提供了參考。

2 工程地質(zhì)隱患特征

坑地道工程是利用工程上部覆蓋層與工程支護(hù)(被復(fù))結(jié)構(gòu)共同組成的承載結(jié)構(gòu)的工程。早期工程大都建于20世紀(jì)60年代末～70年代初，相對現(xiàn)代工程，大都缺少統(tǒng)一規(guī)劃、缺乏經(jīng)驗、存在技術(shù)力量不足、質(zhì)量較差等現(xiàn)象，目前，這些工程的隱患已非常突出，有些已帶來了工程災(zāi)害。為便于隱患的排查及勘測設(shè)計，本文分析了工程隱患的表現(xiàn)形式，并以成因為依據(jù)將各類隱患劃分為三種類型，即固有隱患、地質(zhì)隱患、人為隱患。

1)固有隱患。指受設(shè)計、施工技術(shù)不完善或建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低而存在的一些隱患，主要表現(xiàn)形式有：坑室上覆厚度不足、上覆體強(qiáng)度不足；坑室周圍工程地質(zhì)情況不清楚；坑室土建不完善、抗力等級及防護(hù)等級較低或不明確；采用塊石和混凝土混合建造而導(dǎo)致防護(hù)性能差、防水能力不足。如圖1中的①②③④所示。此類隱患的主要危害特征是導(dǎo)致人防工程的平戰(zhàn)功能失效或低效，同時，也因?qū)こ痰刭|(zhì)情況認(rèn)識的不足，會存留未經(jīng)治理的地質(zhì)隱患。

2)地質(zhì)隱患。主要指坑室周圍水文工程環(huán)境等綜合地質(zhì)情況發(fā)生改變而造成的一些地質(zhì)隱患，這些隱患一般難以直接發(fā)現(xiàn)，主要形式為塌洞、泥化、空洞、裂縫，直接誘因有水土流失、人文活動，在坑室的表象主要有構(gòu)筑物變形縫、施工縫、滲漏水、土渣脫落、底板積水積泥等。如圖1中的②③④⑤⑥所示。此類隱患的主要危害特征是導(dǎo)致人防工程的損壞，造成地面建筑物的破壞，嚴(yán)重時會導(dǎo)致生命財產(chǎn)的損失。

3)人為隱患。主要是指后期人文活動對坑室的直接或間接破壞。主要表現(xiàn)形式有樁基直接破壞坑室；因不明就里將坑室當(dāng)作自然空洞而注漿回填；誤將坑室頂部當(dāng)作穩(wěn)固地基的隱性懸掛樁基；地表施工對坑室上頂?shù)刭|(zhì)環(huán)境的改變；坑室用途的非法改造；管道(線)建設(shè)使得坑室周圍環(huán)境更為復(fù)雜；檔案資料缺失而無法準(zhǔn)確定位定性的盲洞。如圖1中的⑦⑧⑨⑩所示。這類隱患最直接的危害是破壞坑室、阻斷通道，最嚴(yán)重的危害是造成地面建筑物失穩(wěn)而導(dǎo)致生命財產(chǎn)的損失。

圖1 早期坑地道人防工程地質(zhì)隱患示意圖Fig.1 Geological hidden defects and comprehensive survey of early underground tunnel civil air-defense engineering

3 隱患綜合勘測

坑地道工程地質(zhì)隱患勘測的主要目標(biāo)是為后期治理、開發(fā)利用提供依據(jù)，勘測方案需結(jié)合特定目的制定，但總的原則應(yīng)是以坑道、坑室為重點，以構(gòu)筑物上覆區(qū)為主要對象，同時考慮兩側(cè)及底板工程地質(zhì)情況，系統(tǒng)地調(diào)查固有隱患、人為隱患，準(zhǔn)確分析地質(zhì)隱患，掌握各類隱患的分布特點，分析隱患的成因及危害性。

以往的勘測工作，大都是以單一任務(wù)為目標(biāo)開展工作，雖然也有一些綜合性勘探工作[5]，但調(diào)查手段目標(biāo)性不強(qiáng)，對隱患類型的分析不夠，提交的資料也缺少系統(tǒng)性，不利于綜合治理及開發(fā)利用的整體規(guī)劃。

本文從工程隱患類型出發(fā)，提出了采用現(xiàn)場調(diào)繪、歷史與現(xiàn)狀對比、物理勘察、工程勘察與現(xiàn)場測試等多手段相結(jié)合的綜合勘測[6]思路。

1)現(xiàn)場調(diào)繪。采用工程測量[7]與坑室編錄為主，物理檢測、地面調(diào)查、淺孔驗證相結(jié)合的綜合勘測方式。重新測量坑道、坑室空間分布及地面人文活動現(xiàn)狀，系統(tǒng)掌握封堵洞、盲洞、岔道口等重要信息，全面了解坑道、坑室構(gòu)筑結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)排查坑室隱患點，準(zhǔn)確掌握工程所處工程地質(zhì)環(huán)境及上覆區(qū)厚度。

2)歷史與現(xiàn)狀對比。收集坑地道修建時期地形圖及最新衛(wèi)星影像圖，結(jié)合工程測量成果分析坑地道所在地段地面地物變化情況，掌握坑地道上部建筑物類型，并分析其對地下工程可能存在的危害，以及地下工程對地面建筑可能存在的安全隱患。

3)物理勘察。它是隱患勘察的一種主要手段[8]。根據(jù)前期調(diào)繪結(jié)果，根據(jù)地物類型及分布情況、地質(zhì)隱患發(fā)育情況、工程地質(zhì)情況，選擇不同的地球物理手段，有重點、分層次地開展物理勘察工作。主要目的有：了解指定地段隱伏地質(zhì)隱患發(fā)育情況，了解坑室頂部及近圍巖土工程力學(xué)情況，配合測量工作，對測量無法進(jìn)入的坑道采用物理勘察手段輔助定位定深。目前，較為常用的方法有淺層地震法[9]、探地雷達(dá)[10]、高密度電阻率成像[11]、瑞雷波法[12]、工程瞬變電磁法[13]等。由于物理勘察方法的特殊性，勘察效果受目標(biāo)體狀態(tài)、施工環(huán)境、人文干擾等多種因素的影響，因而大工作開展前，需要在已有情況較為有利的地段開展對比試驗工作，以確定最佳技術(shù)手段和工作參數(shù)。

4)工程勘察與現(xiàn)場測試。通過淺鉆、開挖等手段對推斷的隱患點、工程地質(zhì)現(xiàn)象利用常規(guī)工程勘察手段進(jìn)行驗證，并輔以適當(dāng)?shù)臏y試手段獲取巖土力學(xué)、水文環(huán)境等定量參數(shù)，為后期治理和改造提供科學(xué)依據(jù)。

4 實例分析

4.1 高密度電阻率法

高密度電阻率法實際上是集中了電剖面法和電測深法的電阻率法，屬于陣列勘探方法，能快速獲取大量地電信息并自動反演成像，是工程物探中常用方法之一，在地下人防工程隱患勘探中也是一種重要的方法，但該方法需要向地下打入電極，因此其應(yīng)用受地表建筑物制約因素較多。

圖2為高密度電阻率法坑道勘探成果圖。工作區(qū)地表為平房區(qū)，地下有已知的坑地道分布，及與之相連但情況仍不清楚的封堵盲洞，圍巖以弱至強(qiáng)風(fēng)化粉色砂巖為主，主洞壁以石塊及混凝土混合構(gòu)建為主。為了確定盲洞位置，了解其完整性及延伸長度，排查可能存在的地質(zhì)隱患并輔助盲洞測量，選擇了以高密度電阻率法為主的調(diào)查手段。圖2為通過調(diào)查確定盲洞走向后，在洞頂?shù)孛嫜刈呦虿贾玫目碧狡拭?，電極陣列采用雙偶極排列方式，排列順序為ABMN(A、B為供電電極，M、N為觀測電極)，點距1.5 m。圖2所示成果為反演成像結(jié)果，由圖可見，淺表及深部電阻率為相對低阻特征，在28.5～61.5 m間、深度約5.0 m處存在明顯的沿測線展布的高電阻異常，該異常兩端高值區(qū)明顯，電阻率大于10 000 Ω·m，中段相對平穩(wěn)，電阻率值與高值區(qū)存在近5 000 Ω·m的差異，大號端61 m的高阻體對應(yīng)于主坑道(走向與剖面近垂直)，推斷小號端28 m處高阻體對應(yīng)于盲洞的終點，高阻體展布位置即為盲洞所在位置，參考主坑道洞室高度確定盲洞高度，由于中段電阻率相對較低，反映洞室中段可能存在崩塌充填，洞室壁隔水功能減弱，由于洞室頂部可能已經(jīng)破壞，圍巖風(fēng)化較強(qiáng)且含水，提出了將盲洞回填排除隱患的建議。

圖2 封堵盲洞電阻率成像及推斷結(jié)果Fig.2 Block blind hole resistivity imaging and inference

4.2 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)是觀測、研究大功率高頻電磁脈沖在地下電性界面上產(chǎn)生的回波特性的工程電法勘探方法。采用特定儀器向目標(biāo)區(qū)域發(fā)送脈沖形式的高頻電磁波，電磁波在介質(zhì)中傳播,當(dāng)遇到存在電性差異的目標(biāo)體，如空洞、分界面等時,電磁波便發(fā)生反射,由接收天線所接收，根據(jù)接收到的波形、強(qiáng)度、雙程時間等參數(shù)推斷目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性及幾何形態(tài),從而實現(xiàn)對隱蔽目標(biāo)體的探測。隨著硬件系統(tǒng)不斷發(fā)展完善，數(shù)據(jù)信號處理技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、拓展[14，15]，地質(zhì)雷達(dá)已成為淺層地球物理勘測的重要手段[16]。

采用地質(zhì)雷達(dá)可以排查早期人防工程中的大多數(shù)隱患，特別是地質(zhì)隱患，如巖體完整性、基巖面、斷層破碎帶、裂隙區(qū)、富水區(qū)、塌陷或空洞等，這些地質(zhì)隱患一般都具有獨(dú)特的異常特征。

圖3～圖5為在早期人防工程坑道內(nèi)的勘測成果，深度為0 m代表洞室頂，深度值越大越接近地表。

圖3為塌陷體雷達(dá)影像圖，近頂板處同相軸連續(xù)，說明底層結(jié)構(gòu)完整，離頂板約1.5 m處開始，在雷達(dá)圖像上的異常信號表現(xiàn)為多組同相軸弧形連續(xù)， 反射波振幅較強(qiáng)但波形復(fù)雜， 在相鄰道外有小規(guī)模繞射弧，同相軸連續(xù)性差。該特征反映了空洞的存在，但異常中心同向軸連續(xù)性較差、波形復(fù)雜，推斷空洞內(nèi)可能存在崩塌物，因此推斷隱患體為塌陷體，近圍地質(zhì)穩(wěn)定性差，具有導(dǎo)致地面建筑物損壞的重大安全隱患。

圖4為富水區(qū)地質(zhì)雷達(dá)影像圖。近頂板處同相軸較連續(xù)，說明底層結(jié)構(gòu)相對完整，但局部存在同相軸中斷并伴有強(qiáng)反射跡象，反映出頂板附近存在局部細(xì)小含水裂隙的可能。離頂板約0.9 m處開始，雷達(dá)圖像上出現(xiàn)連續(xù)多次反射波，局部強(qiáng)度較大、存在散射現(xiàn)象，同向軸不明顯。該特征反映出異常區(qū)具有介電常數(shù)的較大的物質(zhì)存在，符合富水區(qū)的雷達(dá)異常特征，因此推斷隱患地質(zhì)體為富水區(qū)，洞室頂板在異常部位存在浸水痕跡，反映出該處曾有水浸出。

圖5為裂隙發(fā)育區(qū)地質(zhì)雷達(dá)影像特征。近頂板處同相軸連續(xù)，說明底層結(jié)構(gòu)完整，離頂板約1.3 m處開始，在雷達(dá)圖像上的異常信號表現(xiàn)為往地表延伸的斜列規(guī)律性波形現(xiàn)象，同向軸連續(xù)性可分辨，但往地表方向迅速減弱，未見繞、散射現(xiàn)象，推斷該異常與裂隙發(fā)育有關(guān)，且局部含水。

圖3 塌陷體地質(zhì)雷達(dá)影像特征Fig.3 Collapse body geological radar image characteristics

圖4 富水區(qū)地質(zhì)雷達(dá)影像特征Fig.4 Rich water area geological radar image characteristics

圖5 裂隙發(fā)育區(qū)地質(zhì)雷達(dá)影像特征Fig.5 Fracture zone geological radar image characteristics

實踐表明，不同性質(zhì)隱患體，其雷達(dá)影像圖會表現(xiàn)出不同的特征，為了準(zhǔn)確解譯各類隱患，需要在已知的典型隱患體上開展試驗性工作，總結(jié)各類隱患體的異常特征、異常規(guī)律，作為雷達(dá)圖像解釋的重要依據(jù)。表1是結(jié)合生產(chǎn)實際歸納的一些典型隱患地質(zhì)體的雷達(dá)異常特征。

表1 幾種典型地質(zhì)隱患體地質(zhì)雷達(dá)圖像特征

5 結(jié) 論

早期人防工程年代久遠(yuǎn)，地質(zhì)形變及人文活動積累了大量的工程隱患，當(dāng)代戰(zhàn)爭技術(shù)對其平戰(zhàn)功能提出了新的要求，整治過程的工程勘察不同于一般基礎(chǔ)工程勘察，需要考慮歷史的變遷、整治的要求、工程的現(xiàn)狀進(jìn)行總體規(guī)劃，更為重要的是還需對地質(zhì)隱患進(jìn)行詳細(xì)排查，并提出治理措施。

早期人防工程的隱患可以歸納為固有隱患、地質(zhì)隱患、人為隱患三大類型，在實際勘察時需要結(jié)合工程的人文變遷及任務(wù)目標(biāo)提出綜合勘察思路，為工程整治提供較為全面的水文工程環(huán)境等綜合工程地質(zhì)信息。

在地球物理勘測時，需要結(jié)合勘探的目標(biāo)及所處地理、人文環(huán)境等條件選擇合適的方法，采取地面與洞室結(jié)合、多手段綜合運(yùn)用的思路，在了解目標(biāo)體物性特征、總結(jié)已知地質(zhì)體異常規(guī)律的基礎(chǔ)上對獲取的異常進(jìn)行解釋，提取隱患類型，分析其危險性，提出治理建議。

需要補(bǔ)充的是，在工程整治過程中還有一些必須查明的人文構(gòu)建物，如近圍地下管線等，因此在實際工程勘察工作中，還需收集相關(guān)的資料，并補(bǔ)充諸如管線測量的相關(guān)勘測方法。

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The Characteristics of Geological Hidden Defects Over Civil Air-defense Engineering of Early Underground Tunnel and Comprehensive Survey

Yan Yueping, Zhang Yepeng

This paper starts from the significance of comprehensive control and necessity of comprehensive survey for civil ai-defense engineering of early underground tunnel. Aiming at comprehensive survey of hidden danger in the project, hidden danger characteristics are discussed from aspects of historical changes, geological changes, human activities and so on. The main exploration methods of engineering geological hazards are discussed in production practice with high density electrical method and geological radar as its emphasis to discuss the method of using geophysical method to identify the hidden perils, and summarize the abnormal rules of typical hidden dangers. The paper concludes that the hidden danger over civil air-defense engineering of early underground tunnel can be classified into inherent, geological and potential hidden danger for three types, which also needs a train of comprehensive surveying thought in hidden danger identification.

civil air-defense engineering; hidden danger of the project; comprehensive survey; geophysical prospecting; ground penetrating radar

1672—7940(2016)05—0666—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.018

晏月平(1967-)，男，高級工程師，博士，主要從事工程物探和礦產(chǎn)物探工作。E-mail:ys247@126.com

P631

A

2016-06-20