車載式城市道路塌陷災害預警雷達系統工程案例介紹與分析

崔海濤，施興華

(中國電波傳播研究所，山東青島266000)

一、前 言

為預防和避免城市道路塌陷災害事故的發生，采用先進適用的高科技探測設備定期對城市道路進行普查探測，提前發現隱伏在地下的空洞，提前預警，及時采取措施處治排險，才能防患于未然，這已成為普遍共識。

然而，對城市道路下方隱伏的空洞進行探測作業，由于交通繁忙，環境干擾大，常用的工程物探方法，如高密度電法、淺層地震法、瞬變電磁法等難于施展，應用效果差，成本高，速度慢，難以大范圍應用;而探地雷達具有現場實施方便、抗外部環境干擾、作業快速便捷、探測效率高、分辨率高、實施成本低廉等優勢，成為城市道路塌陷災害普查探測的首選技術手段和唯一現實可行的方法。國內外多年來的科學研究和工程應用實踐，充分證明了探地雷達在城市地下空洞普查探測領域的良好性能和取得的顯著成效。

二、國內外現狀

1.日本

城市化進程早于中國的日本，約20年前，東京、名古屋等城市也曾有過地陷多發期。以東京為例，每年大規模地陷次數多達20～25次，但最近20余年，東京卻每年僅有1～2起大規模地陷，甚至數年未出現大規模地陷。1990年起，日本在全球率先使用雷達探測技術，在全國范圍內進行地下空洞調查，對一些大的、危險的空洞進行工程填補。之后，日本在各城市重點區域定期探測、巡查，一旦發現塌陷隱患，立時填補，并啟動預案對周邊加強檢測。

2.北京市政管理養護集團

2008年，為保證奧運會相關道路的安全暢通，北京市政養護集團首次使用地質雷達檢測技術，應用于路面下空洞檢測，并對奧運自行車比賽線路、奧運馬拉松比賽線路、奧運火炬傳遞線路和奧運場館周邊道路等進行了全面檢測。

2009年國慶大閱兵之前，北京市政養護管理集團使用探地雷達探測顯示東單路口土質疏松，通過提前發現和及時處理，此處路面沒有發生沉降。2011年發現中關村南大街路面有沉降，探地雷達應急探測后發現一直徑1.75m，深5 m的空洞，及時處理后避免事故發生。

3.太原市市政公共設施管理處

2012年9月太原市市政公共設施管理處要求國內甲級資質的探測企業在太原市雙塔西街采用高密度電法、淺層地震和探地雷達等方法，作了一次綜合物探方法探測空洞的試驗段。2012年12月26日雙塔街和并州路口大規模塌陷發生后，又引進北京一家公司用探地雷達探測空洞，同時，管理處也自行裝備了雷達工程檢測車進行探測。

4.貴港市國土資源局

2013年5、6月間，廣西貴港市接連發生16處道路塌陷，主要因素是地下溶洞塌落。貴港市國土資源局受市政府委托，采用探地雷達，以人工作業對塌陷周邊區域進行了應急探測。后繼將進行全市范圍的普查探測。中科院巖溶地質所也在進行巖溶地區城市地陷的研究，其探測手段采用的仍然是探地雷達。

三、RDFR-V01車載式道路塌陷災害預警雷達系統

RDFR-V01車載式道路塌陷災害預警雷達系統，是筆者所在單位國家科技攻關項目最新技術創新成果，系統以國際領先的多通道大型雷達天線陣列為核心，集成了RTK精確坐標定位系統和高清視頻、圖像采集系統，可快速高效地實現對城市道路的全覆蓋地毯式普查探測，及時發現地下隱伏空洞，預報、預警塌陷災害(如圖1所示)。多個城市的工程實踐應用表明，RDFR-V01車載式道路塌陷災害預警雷達系統探測性能優異并取得良好實效，是道路塌陷災害普查探測的首選技術設備。

圖1 RDFR-V01車載式道路塌陷災害預警雷達系統結構圖

RDFR-V01車載式道路塌陷預警雷達系統，經過歷時3年的研發定型、嚴格系統測試和大里程探測磨合作業后，于2012年9月首次應用于哈爾濱市道路塌陷災害普查探測項目。按照政府主管部門的要求，快速高效地完成了地鐵沿線和重點地區街路的普查探測工作，提交了翔實可靠的探測成果報告，為防范和治理塌陷災害提供了數據支持和決策依據，受到政府主管部門的高度評價。

此后，RDFR-V01塌陷預警雷達系統先后應用于大連市2013年夏季達沃斯論壇和全運會重點街路的道路病害和塌陷災害的普查探測項目、西安市環城路災害、病害普查探測項目、青島流亭機場普查探測項目、太原市重點區域道路塌陷災害專項普查探測項目、福州市重點區域道路塌陷災害專項普查探測項目。目前，RDFR-V01車載式道路塌陷預警雷達系統累計完成多座城市道路普查探測里程近2000 km。

四、工程案例

1.哈爾濱市

2012年9月哈爾濱市集中爆發道路塌陷，高峰時7天內塌陷8處，死亡2人，傷2人，兩車墜坑。哈爾濱市道路塌陷主要原因是大量地下老舊人防洞室集中垮塌、地鐵施工擾動造成排水管線破壞泄漏，水流沖刷流土，形成大量地下空洞。筆者所在單位應哈爾濱市主管部門邀請前往遂行地下空洞普查探測任務，進場后，利用RDFR-V01車載式道路塌陷預警雷達系統一周時間內完成了哈爾濱市地鐵沿線和重點區域的大直街、中山路、長江路、花園街、北京街、嵩山路、郵政街、民益街20余條重點危險街路的普查探測，提交了翔實的探測成果報告，為防控和處治塌陷災害提供了可靠的數據支持和決策支持，扭轉了被動局面，受到政府部門的肯定和好評。

2.大連市

2013年夏季達沃斯論壇將在大連市召開，同時十二屆全運會分賽場屆時也設在大連，因此，為保障這兩項重大活動順利舉辦，2012年10月，大連市市政工程處擬對人民路、中山路、五一路、長春路、疏港路等5條景觀路和主干路進行整修改建，邀請筆者所在單位采用探地雷達普查探測，探明道路結構病害和道路下方的空洞隱患，為道路整修設計和塌陷災害預防處治提供科學數據支持。大連市市區地下主要為灰巖地層，基巖質量較好，道路塌陷災害主要由地鐵施工擾動上部第四紀沉積物，破壞管線產生滲漏沖刷和流土，形成空洞。進場后，筆者所在單位根據市政處要求，采用RDFR-V01雷達車對項目路段進行了全面普查探測，詳細查明了各類道路結構病害和地下隱伏空洞災害的坐標位置、深度和范圍，為整修改進設計方案的制定和塌陷災害防控治理提供了數據支撐，取得良好效果。探測成果與大連市市政交通設計院的鉆孔數據高度吻合，后繼開挖回填處理地下空洞工作，進一步驗證了普查探測成果的可靠性。

3.太原市

太原市近年來發生了多起道路塌陷災害。太原市區地下為濕陷性黃土地層，同時市區主要干道下方密布的老舊人防工事，近年來開始進入集中垮塌期，地下人防洞室垮塌造成上部土體擾動并為流土提供通道和空間，使管線破壞滲漏，泄漏出的水使濕陷性黃土發生塌落，加速流土和空洞的形成，造成地表塌陷事故。2013年6月底7月初，筆者所在單位與太原市市政公共設施管理處檢測中心共同對太原市雙塔西街南沙河以東路段、青年東街、濱河西路長風橋段、并州東街、建設路進行了道路塌陷災害的普查探測，發現多處空洞異常反應，并將經復核檢測確定的異常點位提交給市政設施管理處。

五、結束語

通過總結和分析國內外的工程實踐和筆者所在單位承擔的多個城市道路災害普查探測項目，得出以下幾點體會和認識:

1)探地雷達是城市道路塌陷災害普查探測的首選技術手段，也是唯一在國內外城市道路塌陷普查探測的工程實踐中大量應用取得成功的工程物探方法。

2)傳統的、普通的人工或機動車拖曳的單天線探地雷達，由于速度慢、效率低、探測斷面窄，因此不能有效地覆蓋普查探測道路，容易漏失地下空洞目標;同時，由于其采集信息量有限，不利于對異常反應的判讀，主觀性、隨意性較大，探測成果質量較差。

3)RDFR-V01型車載式道路塌陷災害預警雷達系統采用最先進的大型雷達天線陣列技術，有效探測寬度3.75 m，探測巡航速度10～20 km/h，專為針對道路塌陷災害進行地毯式全覆蓋普查探測而設計，可對地下隱伏空洞進行多天線的多點同步聯合掃描和測量，最大限度地捕獲目標體空間信息和特種信息，極大地提高了雷達探測和識別的質量、效率。同時，天線陣列的多點探測、多點識別優勢，使得雷達數據和圖像的判讀更加準確可靠。

［1］中華人民共和國建設部.CJJ 7—2007城市工程地球物理探測規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2007.