城市路面塌陷探測技術(shù)方案

1、地下排水管網(wǎng)路面塌陷治理排查探測技術(shù)方案201*年 *月1 概況12 依據(jù)規(guī)程 23 排查探測方法與技術(shù) 23.1 地下排水管線資料搜集 23.2 地下塌陷隱患探測 53.2.1 地質(zhì)雷達法 53.2.2 淺層地震 83.3 .3高密度電法 113.4 管道內(nèi)窺攝影檢測（CCTV） 113.5 各種探測方法的特點 124 探測工作量和工作程序 134.1 估算工作量 134.2 工作程序 145 主要難點及解決措施 166 主要儀器設(shè)備 177 質(zhì)量保證 178 安全控制 189 提交成果資料 1810 本探測技術(shù)優(yōu)勢 19101概況2013年5月20日晚9時左右，*工業(yè)園門口發(fā)生塌陷，造成

2、5人死亡，數(shù)人受傷。為防止此類事故再次發(fā)生，*市委市政府組織道路、水務(wù)等相關(guān)部門, 計劃對全市路面塌陷進行綜合治理。 為此，需對路面塌陷原因及可疑塌陷區(qū)域進 行排查探測，研究有效的檢測手段及治理方案。圖1-1 *5.20地陷事故*區(qū)，位于*市中部。是*市委、市政府所在地，是*市重點開發(fā)和建設(shè)的 中心城區(qū)。*區(qū)轄區(qū)面積78.04平方公里，由北向南，地勢大多比較平坦，交通 運輸用地5.96平方公里。*區(qū)內(nèi)經(jīng)過的主干道主要有*大道、*大道、*路、 *路等等，加上其他交通道路，總長度約為 780km2依據(jù)規(guī)程(1)、城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程 CJJ181-2012,中華人民共和國 行業(yè)標準；(2

3、)、城市排水防澇設(shè)施普查數(shù)據(jù)采集與管理技術(shù)導(dǎo)則(試行)，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2013.06;(3)、城市工程地球物理探測規(guī)范 CJJ7-2007;(4)、市政工程勘察規(guī)范CJJ56-2012;(5)、水利水電工程物探規(guī)程(SL332-2005);(6)、城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程(CJJ 61-2003)。3排查探測方法與技術(shù)根據(jù)城市路面塌陷的具體環(huán)境條件分析，首先，因地下排水管網(wǎng)在施工時存在滲漏問題和在運行期間產(chǎn)生的缺陷是塌陷形成的主要原因；其次，部分地段特殊的地質(zhì)條件(如巖溶塌陷、地層沉降、附近施工不良影響等)是造成塌陷的次 要因素。受施工工藝、材料等的影響，在施工和運行期間，地下排水管道裂痕

4、、 裂縫、接頭松脫、接頭錯位、管身斷裂、穿孔、坍塌、破損、砂漿脫落、變形、 磚塊上下移位、磚塊遺失等缺陷，造成排水管道周圍水土局部流失，局部水土不 密實使地面水集中滲流，加劇水土流失，長期便形成空洞。因此，檢測排水管道 周圍充填泥(巖)土的密實程度，可查出水土流失隱患，且可查出已經(jīng)形成的局 部空洞。針對*區(qū)具體的地質(zhì)及特殊的城市環(huán)境，宜采用非開挖、非鉆探的非破損 排查探測方式為主，城市中進行探測的非破損方法主要包括排水管網(wǎng)人工排查、 地面物探探測(地質(zhì)雷達、高密度電法和淺層地震技術(shù)等)、管道機器人電視觀 察(CCTV ,以達到對排水管網(wǎng)系統(tǒng)進行診斷，發(fā)現(xiàn)可能造成塌陷“病灶”位置 和已形成塌陷隱

5、患的位置，為后期進行施工處理提供重要資料。3.1 地下排水管線資料搜集3.1.1 地下排水管網(wǎng)資料搜集內(nèi)容及分類排水管網(wǎng)按其功能可分為三類，即雨水管網(wǎng)系統(tǒng)、污水管網(wǎng)系統(tǒng)和雨污合 流管網(wǎng)系統(tǒng)。各管網(wǎng)系統(tǒng)有如下特點：(1)雨水管網(wǎng)系統(tǒng)：其功育先使雨水能順利地從建筑物、廠區(qū)、生活區(qū)、街道排泄 出去，進入河流。該管網(wǎng)特點是通過建筑物的落水管(豎管)及其周邊的雨水溝、 道路邊設(shè)置雨水篦等收集雨水，經(jīng)過分支管道、干管、主干管就近排入河流。正 常情況下，雨天時出水口才有水排出，其它時段無水。然而，由于局部可能有污 水分支接入該系統(tǒng)，即使晴天也有水流出。(2)污水管網(wǎng)系統(tǒng)：用于收集房屋衛(wèi)生設(shè)備及車間用水設(shè)備所

6、排出的污水， 通過該系統(tǒng)匯集輸向污水處理廠，經(jīng)處理后排入河流。該管網(wǎng)特點是污水從建筑 物內(nèi)出來，經(jīng)分支管匯集進入化糞池或沉淀池， 再經(jīng)干管、主干管輸送到污水處 理廠。然而，由于部分小區(qū)設(shè)計不規(guī)范、私自改建，造成污水進入了雨水管網(wǎng)系 統(tǒng)，或污水系統(tǒng)直接排入河流，因此形成對河流的污染。(3)雨污合流管網(wǎng)系統(tǒng)：部分廠區(qū)、生活區(qū)未采用雨、污分流系統(tǒng)，而是將生活污水、工業(yè)廢水和雨 水經(jīng)一個管網(wǎng)系統(tǒng)匯集輸送到污水處理廠或采用直泄式排入河流。3.1.2 資料搜集排查范圍本區(qū)排查范圍：市政雨水管道、污水管道、雨水污水合流管道、溝渠、涵洞、 出水口、進水口、魯井、泵站、調(diào)節(jié)池、污水處理廠(站)及其附屬設(shè)施等公共

7、 排水設(shè)施。事先對已埋設(shè)的各種地下排水管線資料進行搜集、分類、整理，并轉(zhuǎn)繪到基本比例尺地形圖上，作為排水管線隱患排查地的依據(jù)。對現(xiàn)有地下管線資料的調(diào)繪工作要在開展地面探測工作開展前完成?，F(xiàn)有地下管線資料調(diào)繪要根據(jù)工程范圍和要求進行，工作完成后提交地下排 水管線現(xiàn)狀調(diào)繪圖和成果表。資料調(diào)繪完成之后，根據(jù)調(diào)繪成果對測區(qū)進行現(xiàn)場踏勘，初步擬定針對測區(qū) 情況采用的探測方法與技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場踏勘結(jié)果，對擬采用的地下排水管線探測方法與技術(shù)進行有效性試 驗，確定所采用的探測方法與技術(shù)。擬投入使用的各類探測儀器在使用前均應(yīng)進行儀器校驗 ，并形成記錄。根據(jù)資料調(diào)繪、現(xiàn)場踏勘、方法試驗、儀器一致性校驗等情況編寫項目

8、設(shè)計 書，并進行評審。3.1.3 地下排水管線資料調(diào)繪內(nèi)容：(1)搜集已有地下排水管線資料；(2)分類、整理所搜集的已有地下排水管線資料；(3)編繪地下排水管線現(xiàn)狀調(diào)繪圖。3.1.4 地下排水管線資料搜集內(nèi)容：(1)地下排水管線設(shè)計圖、施工圖、竣工圖、栓點圖、示意圖、竣工測量成果或外業(yè)探測成果；(2)技術(shù)說明資料及成果表；(3)道路規(guī)劃紅線圖；(4)現(xiàn)有基本比例尺地形圖。3.1.5 地下排水管線現(xiàn)狀調(diào)繪圖編繪(1)對所搜集的資料應(yīng)進行整理、分類，將管線位置、連接關(guān)系、管線構(gòu)筑物 或附屬物、規(guī)格(管徑或斷面寬高)、材質(zhì)、傳輸物體特征(壓力、流向)、建設(shè)年 代等管線屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)繪到基本比例尺地形圖上

9、，編制地下管線現(xiàn)狀調(diào)繪圖。(2)地下排水管線現(xiàn)狀調(diào)繪圖根據(jù)管線竣工圖、竣工測量成果或外業(yè)探測成果編制，無竣工圖、竣工測量成果或外業(yè)探測成果時，根據(jù)施工圖及有關(guān)資料，按管 線與鄰近的建(構(gòu))筑物、明顯地物點、現(xiàn)有路邊線的相互關(guān)系編制。地下管線現(xiàn) 狀調(diào)繪圖上要注明管線資料來源。3.1.6 現(xiàn)場踏勘(1)地下排水管線現(xiàn)狀調(diào)繪圖中明顯點與實地的一致性；(2)測區(qū)內(nèi)測量控制點的位置和保存情況；(3)測區(qū)地物、地貌、交通、地球物理條件及各種可能存在的干擾因素。(4)現(xiàn)場踏勘要進行下列記錄：1)地下排水管線明顯點與實地不一致的地方應(yīng)在地下管線現(xiàn)狀調(diào)繪圖上標明；2)測區(qū)測量控制點的變化情況應(yīng)做詳細記錄；3)初

10、步擬定現(xiàn)場可采用的探測方法、技術(shù)和探測方法試驗的最佳場地。圖3-1調(diào)查圖3.2 地下塌陷隱患探測3.2.1 地質(zhì)雷達法探地雷達（GPR是通過雷達天線發(fā)射高頻（十幾到上仟赫茲）電磁脈沖來 探測地面。雷達發(fā)射的脈沖遇到地下各種界面產(chǎn)生反射，返回到地面被雷達接收 機接收。反射界面可以是地下空洞頂面、土巖分界面、人工物體或者任何其它具 有介電性對比特性的界面。雷達信號通過貼近地表的天線傳遞到地面，發(fā)射天線或另一個單獨的接收大 線都可以接收到反射信號。圖形記錄器會對接收的信號進行處理，然后顯示出來。 由于天線（或者天線對）沿著表面移動，所以圖形記錄器顯示結(jié)果為截面記錄或 地面雷達圖像。由于在地質(zhì)雷達相對

11、多大數(shù)土層物質(zhì)表現(xiàn)短波長，所以對界面和 獨立目標體的分辨率極佳。然而，由于在土層中信號衰減很快，所以穿透深度很 少超過20米。探地雷達探測的目的是繪制接近地表的地質(zhì)界面。 對于很多探測來說，例如地下水管或空洞的位置就是探測目標，而這些物質(zhì)的介電特性無法直接測量。這 是一種探測地下界面幾何形狀變化的最有用方法。圖3-2雷達探測原理示意圖城市塌陷由于地面平坦、要求探測深度淺，是最適合探地雷達解決的地質(zhì)問 題。城市路面探地雷達開始探測前，重點要考慮以下幾個重要問題。(1)確定探測目標深范圍，以便確定天線頻率，根據(jù)實際經(jīng)驗，城市路面塌陷 探測的深度一般在10米范圍內(nèi)，選用雷達天線一般為 270 Mhz

12、或100Mhz。(2)探測目標體性質(zhì)：塌陷空洞和沖蝕架空區(qū)。(3)目標體的電性特征：塌陷空洞和沖蝕架空區(qū)與周圍密實土層形成較大介電 常數(shù)和電導(dǎo)率差異。(4)主要介質(zhì)的電性特性：塌陷空洞和沖蝕架空區(qū)介電常數(shù)大、電阻率高，周 圍密實土層介電常數(shù)低、電阻率低。表3-1城市路面雷達探測介質(zhì)電磁參數(shù)表材料電導(dǎo)率(mS/n)速度(m/ns)衰減(dB/m)空氣100.30純凈水800.010.0330.002淡水800.50.0330.1海水803,0000.011,000干砂3-50.010.150.01濕砂20-300.1-10.060.03-3石灰?guī)r4-80.5-20.120.4-1頁巖5-151-

13、1000.091-100泥漿5-301-1000.071-100粘土5-402-1,0000.061-300金屬O0OO(5)干擾效應(yīng)：城市路面探測存在射頻發(fā)射器、各種金屬結(jié)構(gòu)(包括汽車)和 電線桿等可能對探地雷達造成干擾效應(yīng)。圖3-3地質(zhì)雷達主機圖3-4地質(zhì)雷達天線陣及現(xiàn)場工作圖厘史地前崩WEg胡itt忤mirreai圖3-5地質(zhì)雷達探測圖像及異常對照圖片3.2.2淺層地震實踐和理論研究表明振動產(chǎn)生的能量 80%Z上在面波中，由于面波能量強、持續(xù)時間也長，且主要在表面附近傳播，淺層地震勘探將面波視為干擾波。 但面 波同其它體波一樣，也存在反射、折射，且對淺層的空洞等異常反映更敏感，由 于能量

14、強，在城市中具有較強的抗干擾能力。面波勘探是按照測網(wǎng)的布置，在測點上逐點進行觀測，每一個測點根據(jù)地質(zhì)任務(wù) 和勘探深度的要求，測得一條頻散曲線。工程面波勘探根據(jù)震源的不同可以分為 人工源面波勘探及天然源面波勘探（微動勘查）。人工源面波勘探根據(jù)震源激發(fā) 方式的不同可以分為穩(wěn)態(tài)法及瞬態(tài)法兩種，現(xiàn)在工程上普遍使用的是瞬態(tài)法。本次探測擬采用瞬態(tài)面波層析成像法， 瞬態(tài)法原理如圖4.3-1所示。瞬態(tài)法采用 錘擊作震源。錘擊時激發(fā)一瞬時沖擊力，產(chǎn)生一定頻率范圍的面波，不同頻率的 面波疊加在一起，以脈沖的形式向前傳播，因而瞬態(tài)法記錄的信號要經(jīng)過頻譜分 析、相位譜分析，把各個頻率的面波分離開來，從而得到一條速度-

15、頻率曲線，達到勘探的目的。圖3-6地震面波及層析成像地震映像法，是利用多種地震波作為有效波來進行勘測， 也可以根據(jù)探測目 的要求僅采用一種特定的地震波作為有效波。地震波層析成像技術(shù)是在80年代興起的，在近幾年得到發(fā)展的一種地球物理反演解釋方法，它是借鑒于醫(yī)學(xué)上的CT （Computer Tomograph基本原理，利用大量的地震波信息進行反演計算， 得到被測試區(qū)域巖體地震波速度的分布形態(tài)，在對巖體進行質(zhì)量評價、劃分巖體 風(fēng)化程度、圈定地質(zhì)異常體等方面具有較高的實用價值。目前這一技術(shù)在水利水 電工程的勘察中已被應(yīng)用。地震波透射層析成像的基本原理地震波透射層析成像是利用地震波對于地質(zhì)體的透射投影，

16、來重新構(gòu)成地質(zhì)體內(nèi)部地震波速度的分布形態(tài)，根據(jù)地震波速度與地質(zhì)體的對應(yīng)關(guān)系，進行巖體的分類和評價。地震波速度和巖體特性一般都 具有較好的對應(yīng)關(guān)系，致密完整的巖體地震波速度較高，而疏松破碎的巖體地震 波速度較低。對于整個圍巖而言，當其是均勻介質(zhì)時（沒有異常體），地震波的穿透速度是單一的，當有低速介質(zhì)存在時（視為異常體），地震波穿透這些低速 介質(zhì)時則產(chǎn)生時間差（旅行時增加）。根據(jù)一條射線所產(chǎn)生的時間差來判別低速 介質(zhì)的具體位置是困難的，因為它的位置可能在整個射線的任何一處，這時如果 再有另一條（或多條）射線在同一低速介質(zhì)中穿透，則這一低速介質(zhì)就具有了一 定的限定，采用相互交叉的致密射線穿透網(wǎng)絡(luò)，對

17、低速介質(zhì)在空間上具較強的限 定，層析成像就是利用適當?shù)姆囱萦嬎惴椒?gòu)制速度圖像，從而獲得低速介質(zhì)的分布位置。Built-inTerminator*SMG Sonsors (12)Built-in Terminator*SMG Sensors (12)圖3-7地震映像現(xiàn)場排列示意圖3.3.3高密度電法高密度電阻率法實質(zhì)上為直流電阻率法，其基本原理與常規(guī)電阻率法相同，不同的是測點密度較高，極距在算術(shù)坐標系中呈等間隔，它是電剖面法與電測深 法的結(jié)合，一次可以完成縱橫二維勘探過程，觀測精度較高、數(shù)據(jù)采集可靠，對 地電結(jié)構(gòu)具有一定的成像功能，地面塌陷與周圍巖體有明顯電性差異，通過高密 度電法可獲得豐富的

18、地下信息。它的裝置為一種組合式剖面裝置，電極排列有多種方式，常用的有溫納裝置、 施倫貝爾裝置等，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，選擇合適的剖面裝置。電極：2345E8 田吊金M5，的的郎J11隼 1、二 、= 2 上 3 * 口 圖3-8高密度電阻率勘探剖面裝置示意圖電極距的確定取決于地質(zhì)對象的埋藏深度與實際工區(qū)工作條件，工作中選取隔離系數(shù)以目標體深度確定，電極點距可為 35m。3.3 管道內(nèi)窺攝影檢測（CCTV）管道檢測機器人系統(tǒng)一種可用于排水管道內(nèi)部攝像檢測及測量工作的管道 機器人，具有強勁的動力性能，驅(qū)動及越障能力強，即使在惡劣的管道條件下也 能正常工作?？梢詫崿F(xiàn)排水管道的內(nèi)窺檢測工作， 可以檢測管

19、道的破裂、腐蝕和 焊縫質(zhì)量情況。采用模式識別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等一系列圖像處理技術(shù)， 將采集到的圖 像進行進一步的處理，能更好的識別管道病害情況，輔助人工進行管道損傷判斷， 減少出錯的幾率，提高檢測效率；使用數(shù)字羅盤采集機器人的實時位姿數(shù)據(jù)， 采 用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法實現(xiàn)自動糾偏控制， 使得機器人更加智能化、人性化，操作起 來更加簡單方便等。ii圖3-9 CCVT拍攝圖片3.4 各種探測方法的特點地質(zhì)雷達、高密度電法、地震映像法及管道內(nèi)窺攝影檢測具有各自的特點, 詳見表3-2。表3-2各種探測方法的優(yōu)缺點統(tǒng)計表探測方法優(yōu)點缺點地質(zhì)雷達探測速度較快，效率較圖；探測準確度 高，為精細探測；成果全面、直觀受電磁

20、場干擾較大，不易于對地下人工埋 設(shè)物的探測；探測深度受表層覆蓋層的影 響大，同時小同天線頻率探測的深度小同， 探測深度相對較淺，一般38MHz天線探測 深度在20m內(nèi)，100MHz天線探測深度在 10m內(nèi)，270MHz天線探測深度在 5m內(nèi)， 400MHz天線探測深度在 3m內(nèi)高密度電法成本低，效率高，解釋方便，探測深度 達，探測成果的精細度強，探測深度為 10-30m受電磁場干擾較大地震映像成 像高分辨率高，圖像較直觀的，數(shù)據(jù)米集 速度較快，支電磁場干擾較小，及表層覆 蓋層的影響小，易于對地下人工埋設(shè)物 的探測，探測深度為 10-30m抗干擾能力弱，探測效率不高，探測成果 的精細度不強管道內(nèi)

21、窺攝 影檢測直觀，易懂局限于點，無法控制面的情況4探測工作量和工作程序4.1估算工作量表4-1*區(qū)道路塌陷探測預(yù)估工作量探測方法單位工作量備注排水管線資料搜集項*區(qū)地質(zhì)雷達km800高密度電法km100埋藏較深、干擾地段地震映像成像km100電磁干擾特別嚴重地段管道內(nèi)窺攝影檢測km400注：該工作量為預(yù)估工作量，實際工作量根據(jù)現(xiàn)場情況決定。194.2工作程序圖4-2 現(xiàn)場工作流程圖* 區(qū)排水管網(wǎng)年代較久，錯綜復(fù)雜，為了掌握該區(qū)管道鋪設(shè)特點和規(guī)律，工作全面開展前，選定4060km 路面進行試驗區(qū)探測，根據(jù)試驗區(qū)探測成果，對* 區(qū)其他區(qū)域開展大面積探測工作。現(xiàn)場工作流程見圖4-2。根據(jù)地面建（構(gòu)）

22、筑物可將排水管網(wǎng)分為：地面為車輛通行道路、地面為綠化帶、地面為人行道路、地面為建筑物4 種類型，針對4 種不同地面建（構(gòu)）筑物，采用不同的地質(zhì)雷達系統(tǒng)進行普查。表 4-21地質(zhì)雷達普查序號地面建（構(gòu)）筑物地質(zhì)雷達系統(tǒng)備注1地面為車輛通行道路車載雷達系統(tǒng)蠲1-r卜r n YNET”!*11上2地面為綠化帶便攜式雷達系統(tǒng)I$ ,二 g?3地面為人行道路滾輪式雷達系統(tǒng)4 :12：聚不H4地面為建筑物不檢測對地質(zhì)雷達掃描結(jié)果的可疑部位和重點部位進行高密度電法或地震映像法,輔以排水管道內(nèi)部攝像探測以確定塌陷的形態(tài)和規(guī)模。5主要難點及解決措施探地雷達和高密度電法為電法類、電磁類物探方法，受環(huán)境電磁干擾較大。檢測場地位于鬧市區(qū)，各種地下及地面強電、弱電、金屬建（構(gòu)）筑物、機動車 啟動等均會明顯影響檢測數(shù)據(jù)。為最大限度減少數(shù)據(jù)干擾，組織人員對檢測周圍 干擾源進行記錄，并要求甲方對現(xiàn)場交通進行臨時管制， 確保干擾信號與檢測點 距離，提供必要的檢測場地條件。6主要儀器設(shè)備按照探測內(nèi)容和技術(shù)要求，所需儀器設(shè)備及配置見表6-1 ,表中所列儀器全部由國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門檢驗合格。表6-1主要儀器設(shè)備序號方法設(shè)備名稱產(chǎn)地/型號1地質(zhì)雷達探測地質(zhì)