陳永照

本文使用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法對(duì)項(xiàng)目頂管工作區(qū)間段路面地下空洞開展無損探測(cè)，通過分析地質(zhì)雷達(dá)成像，確定路面地下空洞的方位及形成規(guī)模，并對(duì)地下空洞的處理提出建議。目前，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)城市路面地下空洞是主流方法，對(duì)有條件的重點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)利用地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)方法開展城市道路健康普查以保障道路運(yùn)營安全。

近幾年，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)加快，地下空間的開發(fā)利用程度越來越高。由于外部擾動(dòng)，隱藏在城市道路下的地下空洞等病害規(guī)模會(huì)不斷發(fā)展，導(dǎo)致道路塌陷的事故時(shí)有發(fā)生，造成人民生命財(cái)產(chǎn)的重大損失，嚴(yán)重威脅公共安全。為有效判定地下空洞的位置并對(duì)其進(jìn)行處理，保護(hù)公共安全和城市的和諧發(fā)展，道路空洞的有效探測(cè)及病害同步治理刻不容緩。傳統(tǒng)的空洞探測(cè)方法為打鉆孔取芯探測(cè)，較為直觀，單點(diǎn)探測(cè)準(zhǔn)確率高，但缺點(diǎn)也十分突出，鉆孔探測(cè)空洞效率低下，嚴(yán)重影響地面交通，損傷路基路面結(jié)構(gòu)。地下空洞的探測(cè)應(yīng)選擇易操作，低成本且破壞小的實(shí)施手段，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)已成為主流的地下空洞探測(cè)方法。

地質(zhì)雷達(dá)法是用發(fā)射高頻電波來探測(cè)介質(zhì)內(nèi)部分布規(guī)律的方法,具有無損、快速、連續(xù)精度高、分辨率高、實(shí)時(shí)成像等特點(diǎn)。本文采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法對(duì)廈門某在建頂管施工項(xiàng)目道路路面地下空洞進(jìn)行了探測(cè),得到了地質(zhì)雷達(dá)成像圖并對(duì)地質(zhì)異常區(qū)域進(jìn)行分析,確定了地下空洞的方位及規(guī)模，并對(duì)空洞的有效處置提出建議。

一、工程概況

祥平保障房地鐵社區(qū)配套綜合管廊及高壓架空線纜化工程位于廈門市同安區(qū)西南片區(qū)，項(xiàng)目主要開展電力管廊建設(shè)，其中約1.2 公里區(qū)段采用頂管施工工藝。頂管施工起終點(diǎn)與綜合管廊順接，管頂埋深約6～10m，頂管平面與既有道路線型基本一致，頂管全線位于城市主干路機(jī)動(dòng)車道下，斷面采用單艙形式，斷面尺寸為d3200，地層從上到下依次為混凝土路面、路基結(jié)構(gòu)、砂土、黏質(zhì)粉土黏土。

二、地下空洞探測(cè)

1.探測(cè)方法

本項(xiàng)目地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)區(qū)段為城市主干路的機(jī)動(dòng)車道，現(xiàn)狀為水泥混凝土路面，路面車輛眾多，要求探測(cè)方法具備高效、高精、易操作。實(shí)際探測(cè)過程選用設(shè)備為RIS-K2 型地質(zhì)雷達(dá)，針對(duì)不同探測(cè)對(duì)象，雷達(dá)可選用多種頻率天線。該型雷達(dá)體積小、工作效率高、現(xiàn)場(chǎng)操作簡便。

2.探測(cè)原理

土層空洞區(qū)填充物一般為空氣、水或其他填充物，厚度可由數(shù)厘米至數(shù)米?？斩磧?nèi)的填充介質(zhì)與土層介電常數(shù)差別大。地質(zhì)雷達(dá)通過發(fā)射機(jī)對(duì)外發(fā)射高頻信號(hào)，通過配適天線耦合向路面下發(fā)射高頻超寬帶信號(hào)，發(fā)射信號(hào)在地層下傳播介質(zhì)不連續(xù)處、突變位置可發(fā)生反射，反射信號(hào)可被雷達(dá)接收天線捕獲并接收，經(jīng)過內(nèi)置程序信號(hào)處理后獲得目標(biāo)信息，以此過程實(shí)現(xiàn)對(duì)路面之下的空洞探測(cè)圖1。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖

3.探測(cè)測(cè)線布設(shè)

因路面交通情況較為復(fù)雜，鑒于車載雷達(dá)探測(cè)展布范圍受限、靈活性差，本次探測(cè)采用人工移動(dòng)天線的方式，在道路行車方向布設(shè)6 條測(cè)線，測(cè)線間距約2.5m，覆蓋道路全斷面。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)剖面圖（三類情況）

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際探測(cè)時(shí)，道路上布設(shè)的測(cè)線還要綜合考慮以下因素：①頂管作業(yè)正上方路面測(cè)線應(yīng)適當(dāng)加密，路面異常點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量；②路面測(cè)線布置應(yīng)綜合地下不良地質(zhì)體分布及埋深等，使探測(cè)結(jié)果可以在平面圖上便于標(biāo)識(shí)；③在十字路口等交叉區(qū)域，地下管線分布區(qū)域，應(yīng)根據(jù)實(shí)際探測(cè)需要，在主測(cè)線間增加輔助測(cè)線提高準(zhǔn)確度。

4.探測(cè)實(shí)施

本次探測(cè)工作采用現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，雷達(dá)選用80MHz 收發(fā)單置式天線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，介電常數(shù)為6，采樣點(diǎn)數(shù)為512，記錄長度為250 ns，每秒掃描數(shù)16，發(fā)射率50 KHz，垂向高通濾波器25 MHz，垂向低通濾波器300 MHz。可有效識(shí)別淺層地下空洞、疏松、坍塌、脫空和其他異常點(diǎn)。

三、探測(cè)圖像解析

地質(zhì)雷達(dá)成果信息的處理和解析是一項(xiàng)復(fù)雜、精細(xì)、需要大量經(jīng)驗(yàn)積累的工作，主要包括信息處理和圖像解析兩部分?，F(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)受外界干擾因素多，有用的信號(hào)往往被掩蓋，數(shù)據(jù)解析的難點(diǎn)在于對(duì)異常無用信號(hào)的分析和篩選。

根路面下空洞與地層存在較大的物性差異，原本連續(xù)記錄的波形在不同介質(zhì)的分界面處會(huì)發(fā)生明顯波形變化，典型雷達(dá)剖面表現(xiàn)為：①路面下基本無異常的區(qū)段，各層位的反射波波形清晰，路面基層及以下未現(xiàn)加強(qiáng)或紊亂的反射波形，波形總體趨于平坦。②在地下空洞頂部界面呈現(xiàn)同相軸不連續(xù)，反射波出現(xiàn)振幅加大，穿過空洞的雷達(dá)波形會(huì)表現(xiàn)出無規(guī)律的雜亂分布，當(dāng)出現(xiàn)此類波形分布特征時(shí)可大致判斷空洞存在。③波形從兩側(cè)向中間的傾斜同向軸，并且很多單波形都呈現(xiàn)同樣的傾向，振幅大大增強(qiáng)，各別點(diǎn)位還出現(xiàn)弧狀異常，也是空洞的一種波形表現(xiàn)形式（圖2）。以下為本項(xiàng)目的實(shí)測(cè)雷達(dá)剖面圖分析：

情況1：路面下基本無異常的區(qū)段，剖面上可清晰地見到砼面層底界面的反射波，各層位反射波清晰，基層及以下未現(xiàn)加強(qiáng)或紊亂的波形，波形總體趨勢(shì)平坦。

情況2：路面下存在空洞或局部脫空，位于路面結(jié)構(gòu)層下方，頂部深度約0.4m，長度約12m。圖形特征：剖面圖出現(xiàn)了同相軸明顯不連續(xù)現(xiàn)象，頂界形成近似雙曲線形態(tài)，推斷為空洞所在位置。

情況3：該處測(cè)線靠近既有地下管線，判斷為路面下存在空洞或土體疏松，位于路面結(jié)構(gòu)層下方，頂部深度約0.5m，長度約10m。圖形特征：剖面上可清晰地見到砼面層底界面的反射波，很多單波形都呈現(xiàn)同樣的傾向，波形圖表現(xiàn)出無規(guī)律的雜亂分布，推斷為空洞所在位置。

四、病害治理

城市道路下空洞主要的治理方案分為以下幾種，方案選擇需要從現(xiàn)場(chǎng)條件、經(jīng)濟(jì)性、處理成效等方面綜合比較。

方案一 ：充填注漿法

空洞發(fā)育不明顯，表現(xiàn)為頂板局部脫空或土質(zhì)疏松狀態(tài)時(shí)，可以采用鉆孔充填注漿法對(duì)空洞位置先行開展壓力灌漿，按照分段分時(shí)、多復(fù)少灌的實(shí)施原則處理地下空洞。該種方法快捷易操作，對(duì)地面交通影響小。

方案二 ：開挖后回填法

空洞規(guī)模較大，注漿難以達(dá)到處理效果的情況下可采用將道路路面挖開，按照路基施工要求重新進(jìn)行回填至路床，再鋪設(shè)路面，路基的壓實(shí)度需滿足規(guī)范的規(guī)定，回填完畢后，恢復(fù)原路面結(jié)構(gòu)，并加鋪瀝青。

方案三 ：開挖與充填注漿相結(jié)合法

對(duì)已暴露出來的空洞，可以更有效的進(jìn)行地基加固處理；對(duì)于人行道的空洞，采用開挖回填方案進(jìn)行處理；對(duì)于已發(fā)生沉陷的機(jī)動(dòng)車道，并已將水泥混凝土板打掉的路段，采用充填注漿處理。

五、結(jié)語

（1）地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)地下空洞具有無損、快速、實(shí)時(shí)成像等特點(diǎn)，是目前技術(shù)條件下探測(cè)地下空洞的一種實(shí)用方法。

（2）地質(zhì)雷達(dá)在識(shí)別地下空洞的準(zhǔn)確位置和發(fā)育程度等方面的研究仍存在不足，判別自動(dòng)化程度仍不高，目前技術(shù)主要還是依靠人工解析，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致虛警的情況較常見，需要針對(duì)不同使用情況進(jìn)行二次開發(fā)，促進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)的使用推廣。

（3）頂管等地下工程施工過程中，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)方法探測(cè)顯示的空洞發(fā)育區(qū)，可利于變形監(jiān)測(cè)、鉆孔注漿等方法充分保障施工及道路運(yùn)營安全。

（4）由于地下空間的開發(fā)利用，現(xiàn)狀城市道路下客觀存在脫空、土質(zhì)疏松、空洞等病害情況，對(duì)有條件的重點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)利用地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)方法開展城市道路健康普查。