城市地下空洞检测理论与技术方法

1、城市地下空洞探测的理论与技术方法，报告时间：2017年10月25日，提纲：1，2，3，4，城市地下空洞探测的必要性，地下空洞探测的理论方法，地下空洞探测的典型案例，4，城市地下空洞形成的原因分析，5，城市地下空洞探测的应用前景和经济效益，城市地下空洞探测的必要性。地下洞室灾害造成的损失和不利影响；政府相关职能部门高度重视，包括1.1城市地下空洞灾害的出现，1.1地面塌陷，1.1城市地下空洞灾害的出现，2图墙体破裂，1.2地下空洞灾害造成的损失和影响。如果城市地下空洞灾害得不到及时有效的控制和处理，往往会进一步导致大规模的地面塌陷，甚至引发地面建筑物倒塌、基础设施破坏等一系列严重的次生灾害，给城

2、市带来诸多不利影响。(1)安全性：道路坍塌、建筑物倒塌等灾害往往直接带来巨大的人员伤亡；(2)经济方面：地面建筑物、基础设施的破坏和灾后地面碎片的处理将带来巨大的经济损失；(3)生活：交通线路、电力电缆等基础设施的损坏给城市居民的生活带来了极大的不便，影响了他们的生活质量；(4)社会方面：道路坍塌、建筑坍塌和基础设施破坏等。给城市的面貌带来了巨大的破坏，而城市的幸福指数却下降了，影响了城市的发展。1.3政府相关职能部门高度重视。近年来，地下洞室引起的地面塌陷事故频繁发生。目前，中国有50多个城市遭受地面塌陷灾害：2013-2015年，深圳发生地面塌陷事故579起，平均2天发生1起；2015年1

3、0月29日至11月16日，仅19天内，南京市宣武区北京东路连续发生5起坍塌事故；哈尔滨在20天内也发生了9起地面塌陷事故；地面塌陷事故频繁发生，严重威胁着各地的经济建设和人民生命财产安全。许多政府相关职能部门对此高度重视，将地下空洞的探测和治理作为防止地面塌陷的主要手段。1人民日报在线，2凤凰日报在线，3人民日报在线，1.3政府相关职能部门高度重视。2013年8月30日，深圳市政府办公厅下发了关于防治地面塌陷事故专项工作方案的通知，建议市、区发展改革和财政部门继续安排防治地面塌陷专项资金，确保防治地面塌陷工作顺利进行。2016年12月3日，兰州市城乡建设局召开城市道路坍塌媒体见面会。兰州将城市

4、安全地理信息系统纳入2017年城市建设规划，组织专业人员，投入专业设备，对道路和地下管网进行全面检测，防患于未然。地方政府相关职能部门积极推进地下空洞探测，防止地面塌陷灾害的发生。2，2。地下空洞形成的原因可分为自然地质因素和人为生产活动的整体，可细分为：(1)在重力作用下，松散层逐渐致密，厚度减小，形成空洞；(2)地下水长期溶解形成地下空洞；(3)大量开采地下水，导致孔隙水压力降低，有效应力增加，导致含水层压缩和孔隙形成；(4)地下人工管道(给水和排水)的渗漏造成侵蚀和淋溶，形成空洞；(5)施工过程中路基或基础回填不密实(包括暗池和暗沟)，因重力形成空隙；(6)由于高压振动(卡车、火车运行、

5、重型设备工作等)。)，松散的土层液化并形成空隙。3、城市地下空洞探测方法，城市地下空洞探测的物理性质基础；城市地下空洞探测方法介绍：3.1城市地下空洞探测的物理性质基础。地下洞室与周围介质存在巨大的物理性质差异，如密度差异、导磁性差异、放射性差异等。为各种方法在地下空洞探测中的应用提供了物理性质基础：(1)地下空洞等地下异常的密度不同于正常地层或介质，为地震波和重力勘探方法的实施提供了地球物理条件和探测可能性；(2)地下空洞等地下异常的电导率不同于正常地层或介质的电导率，为电磁勘探方法的实施提供了地球物理条件和探测可能性；(3)地下空洞等地下异常的磁性不同于正常地层或介质的磁性，这为高精度磁法

6、勘探的实施提供了地球物理条件和探测可能性；(4)地下空洞等地下异常的放射性不同于正常地层或介质，这为放射性测量方法的实施提供了地球物理条件和探测可能性。3.2城市工程物探方法简介，3.2城市工程物探方法简介，a)地震体波法，通过一定的观测系统(图3为单排列多覆盖观测系统)接收探测区域的回波信息，然后反演推断探测区域内部结构和构造的方法。主要包括反射波法、折射波法和散射波法，纵波和横波可以采用不同的方法，反射波法和散射波法对小反射界面都有明显的响应，适用于探测地下空洞和地下异常结构，折射波法能很好地反映持久的构造界面，一般用于追踪和探测基岩面。图3为单排列多覆盖观测系统示意图，3.2城市工程物探

7、方法介绍，b)地震面波法，3.2城市工程物探方法介绍，c)直流法(网络并联电法)，是直流电阻率法的一种，是在高密度电法勘探基础上发展起来的新技术。它具有多设备、多极距的高密度组合功能，集电测深和电测深于一体。根据是否存在无穷大，网络并行电法主要采用单极电源(am法)和双极电源(abm法)进行数据采集和处理。由于采用了并行数据采集技术，数据采集是同步和瞬时的，可以获得供电过程中测量线上的所有电位曲线(如图4所示)；由于网络并行电法技术是一种实时全电场观测技术，其特点是在供电的同时获取所有电极的自然电场、一次电场和二次电场的所有数据，并采用并行数据采集方式，大大提高了其工作效率，同时完成了高密度电

8、法各种设备的数据采集。(一)调幅法；动态平衡法：图4:用网络并行电法获取电位图；3.2城市工程物探方法介绍；d)探地雷达由发射部分和接收部分组成。发射部分由产生高频脉冲电磁波的发射器和向外辐射电磁波的天线组成。高频电磁波通过发射天线发射到地面。当电磁波在传播过程中遇到电界面时，它们被反射，并且反射波被地面接收天线接收。通过对反射电磁波的传播时间、形状、振幅等信息的分析和处理，反演推断出探测区域内异常体的结构、构造和分布。的确如此该过渡过程产生衰减的次级磁场，该磁场传播到地面并被地面接收线圈接收。次级磁场的变化反映了地质体的导电性。如果在不同时间测量二次感应电动势，可以得到二次磁场随时间衰减的特

9、性曲线。如果没有好的导体，将观察到快速衰减的过渡过程(见图7)；当有好的导体时，导体中会产生涡流，以维持在电源切断的瞬间初级场的切断，并且观察到的转变过程的衰减速率将会减慢，从而发现低电阻体的存在。图7瞬变电磁衰减曲线，图6瞬变电磁探测原理，3.2城市工程物探方法介绍，f)孔间地震波层析成像，地震弹性波井间层析成像是一种高精度的地震探测方法，它在一个孔内激发地震波，通过介质传播并被另一个钻孔地震检波器接收，通过对记录的到达时间、振幅等数据的处理和分析，对孔间介质进行高精度的反演成像。其特点是：1)震源和接收检波器埋在土壤中，不受声波干扰，大大提高了数据的信噪比；2)利用透射直达波，观测系统靠近

10、异常体，检测结果更加准确可靠；3)可以更全面、更详细地评价岩体的稳定性；4)需要施工钻孔，工作量大。图8是井间弹性波层析成像的工作原理图，3.2是城市工程物探方法的介绍，g)井间电层析成像是一种直流电法，根据是否有无穷大，井间电层析成像主要采用单极电源(am法)和偶极电源(abm法)进行数据采集和处理。电极布置在孔中，并且当由孔中的电源电极供电时，孔中的其他接收电极收集电势，从而反转检测区域中介质的视电阻率的分布。其特点是：1)采用渗透观测系统，观测系统靠近异常体，检测结果更加准确可靠；2)需要施工钻孔，工作量大。图9，井间电ct工作示意图，3.3城市地下空洞探测方法的选择，各种地球物理方法各

11、有优势和适用性，地质雷达方法具有探测效率高、探测精度高的特点。由于城市地下空洞探测往往针对整条道路或整个区域，探测工作量大，所以首先考虑地质雷达方法。然而，由于地质雷达法的探测深度相对较浅，如果探测深度较大，则考虑地震波法和直流电法。另外，对于特定的区域，需要详细的勘探和准确的解释，因此可以同时考虑多种地球物理方法，即综合地球物理方法可以用于勘探区域的精细勘探。城市地下空洞探测的成功案例。杭州彩河农贸市场地下空洞检测；南京地铁10号线地下空洞检测4.1杭州蔡河农贸市场地下空洞检测项目概况。受杭州市江干区人民政府蔡河街道办事处的委托，南京测绘研究院有限公司承担了对蔡河街二区农贸市场塌陷原因及潜在

12、塌陷点(地下空洞和松散土)的调查任务。蔡河街二区农贸市场发生多起地面塌陷和墙体开裂事件，给农贸市场和周边市民带来了生命和财产威胁。迫切需要采取有效措施控制和控制该地区的塌陷。该项目为控制和治理方案的设计提供了科学依据。通过野外调查、地质雷达工程探测和管道闭路电视探测，对蔡河街二区农贸市场地表以下6米范围内的异常空洞进行了探测，发现了潜在的塌陷图10墙体开裂、图11地面塌陷、4.1杭州彩河农贸市场地下空洞检测、c)工作方法和技术由于彩河街二区农贸市场施工期间地基填埋过程中水泥块较多，无法实施现场人工钻孔；此外，由于农贸市场位于社区内，交通道路狭窄，受农贸市场屋顶高度限制，因此不可能使用机械钻机钻

13、孔取样。结合现场实际情况和工程要求，进行了工程物探、区域管线测量和管线闭路电视检查(cctv管线检查)。4.1杭州菜河农贸市场地下洞室检测，d)仪器设备。本项目主要通过野外调查、探地雷达检测、管道闭路电视检测等方式进行。结合后期数据处理，本项目主要使用管道潜望镜、探地雷达仪、计算机、打印机等辅助设备(详见表1)。表1主要设备清单，4.1杭州菜市场地下空洞检测，e)探地雷达检测结果。通过本次工作，完成了江干区人民政府蔡河街二区农贸市场地面沉降物探地质雷达探测工作，发现多条测线的雷达剖面有异常响应，表明地表以下2-6m范围内介质的电性差异较大。可以判断，地表以下2-6m范围内介质整体均匀性较差(综

14、合雷达预测方案见图12)，综合探地雷达预测方案见图12，4.1杭州菜市场地下空洞探测，f)区域管线调查结果显示，菜市场东西方向有一条排水管道，内径400mm，整体平均埋深2.22m，由混凝土制成。水流方向为自东向西(见示意图13)，图13为管道和井口位置示意图，4.1杭州彩河农贸市场地下空洞检测，g)cctv管道检测结果，该市场cctv管道检测发现管道破裂和淤积缺陷。根据cj181-2012城市排水管道检测与评价技术规程，确定检测段管道破裂程度中等，淤积严重。在开井勘探过程中，发现井口接头处的淤泥含有较多的泥砂成分，表明管道破裂产生的水对管道周围的填埋介质有很强的冲刷和淋溶作用。图14管道破裂

15、，图15管道淤积，4.1杭州彩河农贸市场地下空洞探测，h)工程结论：本工程通过现场踏勘、管道勘察、管道闭路电视探测、地质雷达工程探测等手段，对彩河街二区农贸市场地下6m范围内的地质情况进行了综合探测，得出以下结论：(1)通过地质雷达探测， 准确确定了潜在塌陷点(地下空洞和地质孔隙)(2)通过管道调查和闭路电视检查，发现穿过农贸市场的直径400毫米的排水和污水管道受损，严重淤积。 在开井勘探过程中，发现井口接头处积聚的污水含有较多的泥浆和砂质成分；(3)通过地质雷达探测结果图，发现地下异常分布倾向于沿农贸市场(即沿排水管道)布置；(4)综合判断，蔡河街二区农贸市场地面塌陷是由于农贸市场排水管道损坏渗漏造成的侵蚀和淋溶所致。4.2南京地铁10号线(a)工程概况地下空洞检测，根据地铁永久结构监测结果，10号线梦露段k08 587k08 721m上行段和k08 543k08 679m下行段在05期(2015年12月)突然沉降。05阶段最大沉降量为-28.12毫米，最大沉降量4.2南京地铁10号线综合物探b)场地概况，梦露段k08 587k08 721m上行段和k08 543k08 679m下行段隧道沉降明显。目前，隧道内存在裂缝、渗漏、管片压缩损失、路基分离等病害，隧道外部环境狭窄，施工条件有限。此外，还有许多电缆和铁器(铁轨、钢管、钢架等)。)。图16场地概况，(a)整