城市道路地下空洞与地质雷达技术

赛盈地脉 · 发表于 2021-3-8 11:36

随着社会不断发展和土壤资源不断开发，人们不断开发和利用城市地下空间，尤其是一些大型的地铁建设工程，受地质条件和施工环境不确定性和危险性影响，使得其常常会出现地面下陷或沉降过大等现象。这就要求相关从事道路检测作业的人员应不断改善地下空洞探测技术，力求保障人们生命和财产的安全。

城市地下空洞的物性特征及形成原因
01 地下空洞的形成原因
1.1受长期振动形成

目前城市道路由于一些大型机械及车辆的作用，使得地表长期受振动影响，再加上地下水位不断下降，使得地下裂隙、孔隙等的压力不断降低，最终导致一些深层空隙或裂隙面积都出现了扩大的现象，从而使道路地下形成空洞现象。

1.2受地下水及地质的影响

在北方一些城市受地质长期运动影响使其逐渐形成裂隙，再加上地下水的不断冲刷，使得裂隙的面积越来越大，最终形成空洞或是使土层变得松散。

1.3由于基建施工的影响

例如在建筑深基坑或地铁隧道中的施工，很有可能会因为地层的扰动，使得地下水大量渗出，从而导致四周一些泥沙被大量带走，逐渐形成地下空洞。

1.4受地下人防工程的影响

我国大多数的地下人防工程时间已久，有些工程很长时间无人管理，导致很多塌方及破损现象的出现，再加上地下水的冲刷，使得大量泥土相继流入洞中从而使人防工程出现大量的空洞。

1.5受管道施工的影响

管道施工尤其是一些非开挖的施工，施工人员往往出现回填碾压不实的工作失误，再加上封堵注浆也不严实，从而最终导致地下水沿着管道不断流动，将管道上方的大量疏松泥土带走，从而形成空洞。

02 空洞类型

地下空洞的物性特征根据地下空洞形成的原因，我们可将空洞分为以下三种类型，即含水空洞、空洞及松散土层，这三种空洞虽然类型不同但具有相同的特点，即规模大小不一、走向和延伸不明显及形状不规则。

通常情况下，地下空洞和其周围介质间存在较大的物性差异，其电阻率值一般高于周围介质，并且介电常数不高、电磁波的传播速度较快，而震波的强度衰减较慢；对于含水空洞来说，其能表现出低电阻率的特征，介电常数大、震波强度的衰减速度较快并且电磁波的传播速度不高；当空洞发生坍塌现象后，会在洞内形成疏松、破碎的堆积物，相比周围的一些介质，其导电性、地震波的传播速度、介电常数及衰减特性等也具有一定的差异。

03 地质雷达的工作方法技术

3.1搜集资料及踏勘现场

搜集探测区内人防工程、地下管网及一些勘探施工的资料，对周围环境、地下介质及地形进行了解，能够初步确定出运用地质雷达技术进行工作的前提。另外，还应对交通及干扰情况、工作环境等进行了解，以便为日后工作提供更多便利。

3.2布置工作

由于地下空洞规模及分布特征的特殊性，所以工作人员应首先沿着道路的走向来布设剖面，如果发现由于目标体而引起的异常，应对其采用短剖面或十字剖面的方式进行重复探测和加密，然后进行确认，证实无异常现象存在后再开展其它工作。

3.3方法技术

一是采用观测方式采集数据。探地雷达在发射和接受天线的过程中主要采用剖面法，并根据一定的间距沿着观测剖面移动，如果在某一测点上得到波形记录，那么天线就要移向下一测点进行观测，依此类推，就会形成由多条波形记录组成的雷达图像。

二是方法试验技术。城市地下空洞物探工作的开展需要将方法试验作为基础，主要流程为：在已有的人防工程或方沟中布置试验的剖面，然后开展地质雷达的探测试验，从而选择出更加科学合理的工作方法和参数，对作业区内的雷达异常情况的图像特征进行了解，从而确定该方法的有效性。

三是选择工作参数。能否选择出合理的工作参数直接影响到探测的最终结果，工作参数的主要内容有：探地雷达的点距、工作频率、叠加次数、采样时窗、天线间距、介质电磁波速等,对这些参数进行选择时,必须利用方法试验来确定。

四是探测剖面。探地雷达会以方法试验为基础，根据选择的参数和观测方式对剖面进行探测，其主要布设原则为：最大程度上避免干扰地段的出现，并尽可能保障雷达剖面走向和被测目标体走向相互垂直。

04 雷达技术应用条件和影响因素分析4.1应用条件1) 地下空洞和周围介质存在明显差异，能够形成反射。2) 要求地下空洞拥有一定的规模，并且深度和规模都较大，另外，还应使电磁波有能力穿透目标体。3) 发射出的电磁波应具有足够强的能量，保障其可以到达埋藏目标物的深度，并且还能返回地面通过接收天线进行接收。4) 区分地下空洞的异常时，不应受由地表干扰或是地下介质产生信号的影响。4.2影响因素1) 地下管网。城市地下管网分布复杂，纵横交错，并且还有很多的附属设施，例如：化粪池、管沟及客井等，这些设施的存在很大程度上影响了地质雷达技术的实施。2) 地下介质。地下介质环境不均匀并且非常复杂，例如：建筑垃圾、大的石块及建筑基础薄弱等，都会对地质雷达技术的实施产生一定影响。3) 地表干扰。探测区内一些车辆、高大的建筑物、有轨电车电缆及高压输电缆等都会对工作作业产生很大的干扰，导致地质雷达技术无法充分发挥其重要作用。 4) 一些架空的广告牌及管线等。城市中有很多的架空管线，例如：通信线、电力线及热力管道等都会影响到地质雷达技术的实际实施。

结语

总之，地下空洞已成为城市地质灾害之一，近几年，随着道路塌陷灾害的频发，国家政府也开始重视起来。而作为物探行业的相关企业，也力求创新技术高效完成道路空洞检查工作，利用地质雷达进行探测的技术能够有效缓解其中一些问题，地质雷达方便、快捷的特点，并且具有很强的抗干扰能力，工作效率高，是目前道路塌陷和空洞检测的设备之一。

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地下空洞的物性特征及形成原因