1、第6 期（总第2 90 期）2023年6 月D0I:10.16799/ki.csdqyfh.2023.06.068城市道桥与防洪URBANROADSBRIDGES&FLOODCONTROL成果应用典型道路塌陷探测方法应用及原因分析王睿1,2（1.上海市建筑科学研究院有限公司，上海市2 0 0 0 3 2；2.上海市工程结构安全重点实验室，上海市2 0 0 0 3 2）摘要：我国城市化快速扩张，道路塌陷事故呈多发、频发、复发态势，严重威胁社会安全，造成不良社会影响。在建设韧性城市大背景下，预防道路塌陷，已成为城市建设管理的重要任务。因此，确定有效地进行道路塌陷的探测方法、分析典型道路塌陷的原因具
2、有重要的现实意义。通过对某一典型区域产生空洞前后的物探数据对比，确定探测方法的适用性；通过管道内窥检测、道路沉降监测对塌陷发展过程进行分析，并提出相关建议，为道路陷防治提供基础依据。关键词：道路塌陷；探地雷达；地震映像；隐蔽病害；塌陷原因中图分类号：U418文献标志码：B文章编号：10 0 9-7 7 16(2 0 2 3)0 6-0 2 6 7-0 4该区域在2 0 2 1年9月份进行过注浆处理，注浆0 引 言处理深度约3 m。2 0 2 2 年6 月，该区域首先出现弯我国城市化快速扩张，道路塌陷事故呈多发、频沉，随后塌。空洞深约1.7 m，净高约1.2 m，南北方发、复发态势，严重威胁社会
3、安全，造成不良社会影向约4m，东西方向约3 m。现场路面塌陷发展详见响。在建设韧性城市大背景下，预防道路塌陷，已成表1 所列。为城市建设管理的重要任务。表1道路塌陷发展情况一览表胡聿涵等11对2 0 0 5一2 0 15年国内道路塌陷事时间件进行不完全统计，提出近6 5%的道路塌陷由人为2021年9月因素引起，其中受管道破损影响约占55%。陈雨昂2022年6 月1日等2 1基于2 0 14一2 0 18 年我国城市道路塌陷报道数据，提出地下管道对城市道路塌陷的影响最大。童景盛等3 对2 0 16 一2 0 18 年兰州城市道路塌陷事故进行不完全统计，发现道路塌陷事故中约51%的事故与给排水管道
4、渗漏或雨水人渗有关。现通过对比上海某注浆修复区域产生空洞前后的探地雷达数据和地震映像探测数据，确定探地雷达和地震映像方法在道路脱空检测的适用性；结合管道内窥检测、道路沉降监测对塌陷发展过程进行分析，提出道路塌陷防治相关建议。1工程概况此次研究工程区域位于上海市某区主干路，该区域10 m深度范围内以淤泥质黏土为主，水位埋深约地下3 m。收稿日期：2 0 2 3-0 2-0 8基金项目：2 0 2 0 年上海市科委优秀技术带头人计划项目（2 0 X D 143 2 40 0)；上海建科集团科研创新项目(KY10000038.20210052)作者简介：王睿（1991一），女，硕士，工程师，从事道路
5、物探、岩土勘察物探工程。现场情况路面完好路面明显弯沉污水管道内有淤泥质雨水管道CCTV检测；2022年6 月3 日土；抽水过程水位下污水管道抽水降不明显路面弯沉明显加剧；污水管道内有淤泥质2022年6 月7 日污水管道CCTV检测土；抽水过程水位下降不明显2022年6 月8 日路面塌2022年6 月12 日雨水井沉降加剧污水管道CCTV检测2道路病害探测地下道路病害探测需要病害体与周边土体具有一定的地球物理性质差异，且需有一定规模。现有地下道路病害的探测方法主要是依据介电常数、电性、波阻抗的差异。根据相关资料4 整理，主要的探测方法对比详见表2 及表3 所列。该道路病害预计在7 m范围内，位于
6、现有主干路，上架有高架桥，周边有电力管道、路灯电缆等多种管线。综合考虑探测方法的精度和效率，结合道路周边条件，选用高精度、高效率的接触式无损的探地雷达267现场处理措施注浆加固；道路脱空病害探测道路脱空病害探测雨水井沉降观测雨水管道CCTV检测；城市道桥与防洪王睿：典型道路塌陷探测方法应用及原因分析2023年第 6 期N表2 地球物理探测方法的适用性一览表类型地下病害体探测方法脱空空洞同疏松体富水体探地雷达法高密度电阻率法瞬态面波法微动勘探法地震映像法瞬变电磁法注：一适用；0 一可用。表3 地球物理探测方式对比一览表探测方法物性差异精度效率实施条件抗干扰性介电常数接触式无受周边金属探地雷达法高
7、高和电性损检测物质干扰高密度电阻插地式破受地下电流电性一般低率法损路面干扰接触式无瞬态面波法波阻抗较高低损检测受震动干扰接触式无微动勘探法波阻抗一般高损检测接触式无地震映像法波阻抗较高高损检测接触式无受电磁干扰瞬变电磁法电性一般较高损检测影响法作为主要探测方法。考虑周边电缆及高架桥影响，选用较高精度、高效率的地震映像法作为辅助探测方法。2.1探测方法及原理探地雷达法是利用天线发射高频电磁波，同时接收来自地下界面的反射波，来探测并推断地下介质的特性和分布情况的一种地球物理方法。当电磁波信号在传播过程中遇到电性分界面，即电性分界面两侧分布不同介电常数的物体或地层时，比如障碍物、管道等，会产生相应的
8、异常反射或绕射波并返回地面。通过分析地面接收到的雷达信号的振幅、频率及相位特征等，得到地下地层及地质体的分布情况。雷达探测原理详见图1所示。工IRRIR地面地下目标体地下反射界面图1雷达探测原理图地震映像法是利用人工震源在地表进行激震，激震点附近的土层受震源影响产生弹性震动，形成弹性波。弹性波在地下传播时，遇到地波阻抗分界面，会产生反射、折射和透射现象，通过仪器记录返回到地面的地震波，再对地震波信号进行相应的数据处理，判定地下目标体的特征及分布情况。图2 为埋藏深度D地震映像探测原理图。D7.0 m锤击点3.0 mD30.0 m地面3.0 mD20.0 m3.0 mD30.0 mOD20.0
9、m3.0 mD30.0 m受震动干扰受震动干扰工发射天线尽接受天线268检波器地下目标体地下反射界面图2 地震映像探测原理图2.2道路病害探测结果及分析2021年9月，该处完成注浆处理，对其进行注浆处理后的道路病害探测。2 0 2 2 年6 月1日，道路发生明显弯沉，对相同区域再次进行道路病害探测。两次道路病害探测分别采用青岛电波所LTD-2600型探地雷达和北京同度TST-seis地震信号采集仪进行探地雷达探测和地震映像探测。根据2 0 2 2 年6 月1日现场探测结果，道路下方已经出现约19 m范围的空洞，其周边已有约47 m范围的脱空区域，另有约49m范围的疏松区域。道路主要病害位置详见
10、图3 所示，主要异常区域规模及病害类别详见表4所列。绿化隔离带第一车道第二车道第三车道机动车辅道图3 主要病害位置示意图表4主要病害一览表序号编号1V12T13T24T35T46P17S12.2.1探地雷达数据对比对比V1区域2 0 2 1年探地雷达探测数据（见图4）和2 0 2 2 年探地雷达探测数据（见图5）。可见2 0 2 2年探地雷达探测数据在埋深1m左右，反射波组表图例：污水管道绿化隔离带雨水管道异常区规模/m异常区描述19空洞7脱空31脱空7脱空2脱空35疏松14疏松2023年第6 期王睿：典型道路塌陷探测方法应用及原因分析城市道桥与防洪现为倒悬双曲线形态；振幅明显加强。雷达信号在
11、空洞内发生多次反射（图像表现为黑白黑），绕射波和多次波发育明显。2 0 2 1年注浆修复后的虽有介质差异，但不存在脱空或者空洞，雷达数据显示电磁波未形成多次反射。0123456789101112 1314 150.5u/uadep1.01.52.0图42 0 2 1年探地雷达探测数据（注浆修复）图示01234567891011121314150.5u/uadop1.01.52.0图52 0 2 2 年探地雷达探测数据（脱空）图示2.2.2地震映像数据对比对比V1区域2 0 2 1年地震映像探测数据（见图6)和2 0 2 2 年地震映像探测数据（见图7）。对比发现2022年探测数据中首层波周期远
12、高于2 0 2 1年探测数据，地震波历时延长，波组同相轴上有上凸现象，显示2 0 2 2 年该处地基土已出现松散情况。05100200300M4005006007008009001000图6 2 0 2 1年地震映像探测数据（注浆修复）图051002003004006007008009001000图7 2 0 2 2 年地震映像探测数据（脱空）图3道路塌陷原因分析根据现场调查，该区域有雨水井及雨水管道（D N8 0 0 和DN1200），埋深约4m；另有一根污水管(DN600）,埋深约6 m。其相对位置见图8 所示。塌陷range/m发生后，随即对雨污管道进行CCTV检测，发现雨污管道主要有两
13、处破损，管道破损位置见图9所示。Y2河道出水口range/m6W2图8 现场雨污管道位置示意图污水管破损点雨水管破损点图9管道破损位置图同时对雨水管井Y1进行沉降观测。根据雨水管井Y1沉降观测数据（起始坐标为6 月8 日上午所测坐标，见图10）。2 0 2 2 年6 月12 日至2 0 2 2 年6 月range/m1015range/m1015W1Y4Y10Y320252025N崧泽大道3013日管井沉降明显加剧。根据现场情况，该期间对污水井进行抽排检测。可见污水井抽排对雨水井Y1的沉陷产生了明显影响。6-9 6-10 6-11 6-12 6-13 6-14 6-15 6-16-568-10
14、30-40-45-50图10 雨水井Y1沉降变化趋势图综合现场检测情况，初步判定污水管道破损从而导致路面以下水土流失，进而形成脱空，致使路面出现弯沉，雨水井下沉，造成破裂。后污水管道抽水检测导致地下土加速流失，空洞进一步扩大，道路结构层失稳，最终导致路面整体塌。269日期累计沉隆城市道桥与防洪王睿：典型道路塌陷探测方法应用及原因分析2023年第6 期水管道及雨水窖井等相关附属设施。塌陷路段为城4结论与建议市主干路，建议考虑非开挖的修复形式。脱空路基位根据探地雷达探测数据、地震映像探测数据、管置进行回填，其他区域进行注浆加固，路面进行翻道检测情况、沉降观测数据及塌陷发展情况，综合得建；对污水管道
15、全断面采用CIPP翻转法进行内衬加出以下结论：固处理，雨水管道采用局部树脂固化处理，雨水窖井（1)对比2 0 2 1年和2 0 2 2 年出现脱空前后的雷达局部重新浇筑加固。和地震映像数据，其数据特征有明显变化，进一步证参考文献：明雷达和地震映像在道路脱空检测过程中有良好的1胡聿涵，白玉川,徐海珏.近10 年中国城市道路塌陷原因及防治对应用效果。策分析J.公路，2 0 16,6 1(9):13 0-13 5.2陈雨昂，唐荣，方建，等.2 0 14一2 0 18 年中国城市路面塌陷时空规律（2）根据雷达及地震映像探测结果显示，该区域与原因分析J.水利水电技术,2 0 2 0,51(7)：10 8
16、-116.道路已经出现较大范围的脱空，而路面仅出现局部3童景盛，李菊红，周志华.城市道路塌陷成因分析及精细化预防处理弯沉，后迅速转变为整体塌。道路地下病害发展是措施J.城市道桥与防洪，2 0 2 1(2)：2 9-3 3.非常隐蔽且迅速。4JGJ/T4372018,城市地下病害体综合探测与风险评估技术标准S(3)根据管线CCTV检测结果、沉陷观测及塌5张伟，庄志凯.城市地下地质隐患探测方法及应用研究J.城市住宅，2 0 2 0,2 7(10):2 14-2 15.发展情况，初步判断道路塌的主要原因为排水管6陈昌彦，肖敏，白朝旭，等.城市地下管线周边病害探测关键问题探道损坏导致的路基土流失，形成空洞导致路面结构讨J.工程建设与设计,2 0 15(S1):131-134.失稳。建议管理单位在进行日常排查时需要对地下7郭士礼，段建先，张建锋，等.探地雷达在城市道路塌陷隐患探测中管线及地下病害进行周期性检查，以避免地下病害的应用J.地球物理学进展，2 0 19,3 4（4):16 0 9-16 13.导致的突发性事故。8彭仁，武子荐，朱鸿章.城市道路空洞雷达信号传播特征案例分析（4)此次道路修
