道路塌陷隐患扫描技术在天津塌陷道路上的应用研究

李 斌

（贵州省质安交通工程检测中心有限责任公司，贵州贵阳 550001）

0 前言

城市道路近几年发展迅速，行人量大、车种复杂，道路下方管线、管道及地铁通道等较多，地下管道破损、地铁等地下工程扰动区及城市地下溶洞、采空区等都会导致地基不均匀沉降，严重的可导致塌陷等突发事故，对经济和人民日常生活造成较大损失，给社会带来不良影响。所以城市道路隐患检测显得格外重要。

现行的检测方法是电磁波法，利用地质雷达（GPR）设备拖地探测。但是，由于交通、生活和生产所产生的电磁干扰与振动噪声，大大地降低了电磁方法的探测与识别能力，地质雷达的探测深度不超过5 m。其他的物探方法由于路面与交通条件的限制无法使用。城市道路多为硬质路面，电法检测无法布置电极，地震波法无法布置地震检波器。因此，道路上深度5 m以下的探测技术一度成为一个空白。

本次探测工作采用了RDscan道路塌陷隐患扫描仪，在天津某商业区进行了试验。

1 工程概况

该商业区地处渤海湾西侧，属冲积─海积平原，填垫前为盐田，按地质形成自地表而下分成三大层：第一层为陆相层，含两个亚层。第一亚层为人工填土，土层厚0.5～1.5 m；第二亚层为冲积型，以粘土为主，层厚0.7～2.4 m。第二层为海相层，上部为淤泥质粘土层，土层厚6.9～9.76 m，中部为淤泥质亚粘土，土层厚4.3～6.2 m，下部为亚粘土-粘土层，土层厚1.1～2.0 m。第三层为陆相及海相层，分5个亚层。第一亚层为轻亚粘土—粉砂的透镜体，单层厚度2.2～2.4 m；第二亚层为轻亚粘土，单层厚度1.3～3.3 m；第三亚层为轻亚粘土，单层厚度2.0～5.4 m；第四亚层为粘土，单层厚度3.2～4.9 m；第五亚层为轻亚粘土，单层厚度1.7～4.5 m。可以看到16 m以上土层为软弱型土层，变形沉降较大，地面塌陷容易发生。

该商业区部分道路出现塌陷，本次检测区域已发现2处坍塌区（塌陷Ⅰ、陷Ⅱ），如图1所示。塌陷已造成路面破坏，塌坑5 m深处露出污水管和雨水管，如图2。

图1塌陷区和RDscan探测剖面布置

图2 塌陷造成的破坏

2 RDscan道路塌陷隐患扫描技术

RDscan道路塌陷隐患扫描技术是一种新型的道路无损检测方法，建立在非均匀介质模型和地震散射理论基础上。在地震波的激励下，地下岩性、地质构造、采空区、岩溶等波阻抗变化界面就成为被动源，向周围发射散射波，散射波传到地面被接收记录下来。根据记录到的地震散射波运动学和动力学信息，采用合成孔径偏移成像技术，就可重建散射波的地质构造的精细剖面图像。通过剖面上的特征图像就能确定异常体的位置。

该仪器由北京同度工程物探技术有限公司生产，主机的AD转换为24位，一次采样16道，采样率为192 kHz，采样间隔为5 μs。拖地耦合检波器串道间距0.25 m，偏移距0.25 m由,采用锤击震源。采集数据由RDscan软件分析处理，该软件的功能包括：方向滤波，波速分析，合成孔径成像和异常体判定。

3 塌陷探测方法

在道路坍塌处进行探测，共布置探测剖面6条（见图 1、图 3），剖面中 D3-1、D3-2、D3-3 南北向布置，通过塌陷区Ⅰ；D3-4剖面东西向布置，通过塌陷区Ⅰ以及塌陷区Ⅱ；D3-5、D3-6剖面东西向布置，路面未见明显下沉区域，南北向剖面D3-1、D3-2、D3-3在横向 6～9 m，深度自 0 m 至 5～8 m均表现为塌陷区。探测深度设计为15 m。

探测时使用小车或者人工拖动检波器串，到指定位置后停下来配合捶击采集，如图4所示。检波器串拖地耦合，避免了传统检波器需要插拔、粘粘的桎梏，大大地加快了数据采集的速度。

采集的原始数据经过RDscan软件处理后，得到6条偏移剖面图，该图是散射系数（波速变化的大小）成像。剖面图中红色、黄色表示正散射系数，波速变高；蓝色、绿色表示负散射系数，波速变低。空洞、脱空区主要表现为深蓝色区，有红蓝相间分布，同时伴有层位的不连续。

将6个剖面图按照现场坐标合成图5的三维筛状图后可以发现地层的连续性和分布特征与已知地质条件相符。十几厘米厚的地层能够从图上清晰区分。I、II塌陷区在剖面图上显示为深蓝色。

探测共发现7处隐伏脱空区，分别集中在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处的管道漏水，造成地层变软脱空。2～3 m的脱空区是坍塌的影响范围，5 m的脱空区是管道漏水所致，9 m以下的脱空区是底层软弱含水所致。综合分析所有剖面图推测漏水是造成地面塌陷的主要原因。

现场找到一根5 m埋深处的污水管，该管破裂，造成污水流失带走周边泥沙，最终导致地下脱空，形成塌陷。

6条RDscan探测剖面内得到4个主要地层层位，其位置和性质与钻孔ZK-7揭露的结果一致（见图6）。证实了RDscan的科学性和准确性。

4 结语

本文简要介绍RDscan技术在天津某坍塌道路中的应用，取得了满意的结果。验证RDscan道路扫描技术作为一种新型技术在城市道路隐患探测中是可行的。该方法快捷、安全，检测效果好，为城市道路、地铁线路隐患探测、整治提供了可靠的依据。

图3 RDscan测线布置图

图4 RDscan拖地耦和检波器串工作模式

图5 三维筛状图

图6 钻孔与RDscan结果的对照

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