基于深圳市坪山新區(qū)排水管道坍塌隱患探測結(jié)果的評估

吳燦培

(深圳市鵬城水務(wù)技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000)

深圳市在2013年接連發(fā)生了幾次較大的地面坍塌事故：3月26日福田區(qū)景洲大廈通道地面坍塌事故(1人死亡)；5月20日橫崗華茂工業(yè)園路面坍塌事故(5人死亡)；6月25日南山區(qū)粵海街道一小區(qū)門口路面塌陷(2人輕傷)；8月4日龍華新區(qū)一小區(qū)門口地面塌陷(3人輕傷)；8月17日鹽葵路路面塌陷事故(1人輕傷)等[1-3]。

造成地面坍塌事故的因素是多方面的，且具有一定的相關(guān)性，往往各因素間相互影響、產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)地面坍塌[4]。由深圳市規(guī)劃國土委組織有關(guān)專家對地面坍塌事故分析認(rèn)為，近期深圳市地面坍塌主要是由非自然因素導(dǎo)致。其形成原因有：由于管渠自身建設(shè)(包括河道暗渠化、管道敷設(shè)等)或其他地下工程(軌道建設(shè)、基坑開挖、頂管施工等)導(dǎo)致管道破裂，水在地下流動時(shí)對土壤產(chǎn)生侵蝕，進(jìn)而形成地下空洞，或由于地下工程建設(shè)影響直接形成地下空洞，并最終造成地面坍塌[5]。

1 工程概況

研究區(qū)對排水管道坍塌隱患的探測范圍根據(jù)排水管網(wǎng)的重要性以及其發(fā)生安全事故時(shí)的危害程度進(jìn)行確定。本研究以深圳市坪山新區(qū)的深汕大道、丹梓大道、龍興南路、錦繡東路、人民中路、秀沙路、梓興路、吉康路、新東路、寶梓北路、光祖北路、人民路、明冠一路、梓橫西路、秀新路、梓興路、城興路、吉梓路、蘭景路、聯(lián)裕路、宏發(fā)路、宜卓路、宜卓一巷路、新興路、獅嶺路、翠景路等市政道路排水管道的坍塌隱患進(jìn)行探測。探測重點(diǎn)范圍為市政主干道管線、工業(yè)區(qū)排水管網(wǎng)等區(qū)域。研究區(qū)排水管道主要埋設(shè)于第四系松散覆蓋土層中，該區(qū)分布的松散土類型包括人工填土(Qml)，沖洪積黏性土、砂性土層(Qal+pl)，坡殘積黏性土類(Qdl+el)。

2 地質(zhì)雷達(dá)檢測方法

2.1 地質(zhì)雷達(dá)原理及數(shù)據(jù)處理流程

市政排水管道坍塌隱患探測的地球物理探測目前還沒有一套成熟的方法，由于城市探測施工環(huán)境的獨(dú)特性，與野外環(huán)境存在的最大差別是城市建筑物林立、地面人來車往、地表為混凝土或?yàn)r青層覆蓋，地下又有各種電纜、管道等埋設(shè)物，電磁及震動干擾都較大，給物探的外業(yè)施工和數(shù)據(jù)的采集處理均帶來不便。經(jīng)綜合考慮本研究采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行管道坍塌隱患的探測。

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理流程為：數(shù)據(jù)解編→剔除直流漂移→靜校正→增益控制(突出深部信號)→抽取平均道→一維帶通濾波→滑動平均→輸出時(shí)間剖面圖→根據(jù)速度分析進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。

2.2 場區(qū)地球物理?xiàng)l件分析

研究區(qū)地質(zhì)雷達(dá)探測場區(qū)內(nèi)從上到下依次為人工填土層、第四系殘坡積層、燕山期花崗巖和石炭系灰?guī)r，殘坡積層中的黏土和砂礫石含量有一定差異，而下伏基巖均為花崗巖。表1為本場區(qū)主要工程地質(zhì)巖土體的介質(zhì)的物性參數(shù)。

表1 部分巖土介質(zhì)的物性參數(shù)

綜合場地地質(zhì)條件及表1中物性參數(shù)可見，場區(qū)內(nèi)第四系黏土層、砂礫質(zhì)黏土層與花崗巖之間，無論在介電常數(shù)、電阻率以及地震波縱橫速度等方面均存在較明顯的差異。如果場區(qū)內(nèi)存在有土洞、淘空等塌陷地質(zhì)隱患，由于空氣、水的物性參數(shù)與第四系地層及花崗巖之間存在著更為明顯的差異，這為地球物理勘察提供了較好的物性條件。

2.3 地質(zhì)雷達(dá)測線布置

對地質(zhì)雷達(dá)使用之前，需對研究區(qū)進(jìn)行測試布置，布置要求如下：

(1)對管徑小于1000 mm的污水管、雨水管、混流管在管道正上方布置一條地質(zhì)雷達(dá)測線進(jìn)行探測，探測深度根據(jù)管道埋深確定，要求探測深度不小于管底埋深。

(2)對管徑大于等于1000 mm的污水管、雨水管、混流管及箱涵除在頂部布設(shè)一條地質(zhì)雷達(dá)測線外，應(yīng)在管涵兩側(cè)邊緣0.2～0.5 m位置布設(shè)兩條地質(zhì)雷達(dá)測線，查明管涵兩側(cè)是否有空洞或不密實(shí)區(qū)發(fā)育。

(3)對管涵養(yǎng)護(hù)單位已查明的安全隱患點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)隱患點(diǎn)類型和管涵規(guī)模布置網(wǎng)格狀測線進(jìn)行重點(diǎn)勘察，具體測線布置情況應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行布設(shè)。

(4)對地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果初步分析后圈定的異常位置，應(yīng)根據(jù)異常規(guī)模和性質(zhì)提交管涵養(yǎng)護(hù)單位進(jìn)行QV或CCTV探測驗(yàn)證。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，在現(xiàn)場用亞米級GPS和皮尺結(jié)合井蓋的位置現(xiàn)場放出測線位置，并對物探測線控制點(diǎn)使用紅油漆進(jìn)行標(biāo)注。物探測線在平面圖上的誤差要小于1 mm，絕對誤差要求小于20 cm。如遇障礙物無法穿越需要偏移測線位置時(shí)應(yīng)做好記錄。

3 地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果分析

3.1 地質(zhì)雷達(dá)異常解釋判別

地質(zhì)雷達(dá)法的解釋主要是在數(shù)據(jù)處理后，通過波的對比追蹤出同相軸及其反射情況來進(jìn)行對比解釋。

(1)強(qiáng)相位對比。對于良好的反射層位，波形橫向變化穩(wěn)定，連續(xù)特征明顯，可選其中最強(qiáng)的相位對比。

(2)多相位對比。當(dāng)反射層兩邊巖性或地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化時(shí)，回引起波形變化，各相位的強(qiáng)弱關(guān)系也會改變，若只追蹤強(qiáng)相位，將使對比中斷，則可同時(shí)追蹤一個(gè)波幾個(gè)相位互相參照，使對比繼續(xù)下去。

(3)波組和波系對比。相距較近的兩個(gè)以上的復(fù)合波在地質(zhì)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定時(shí)，干涉特征很少改變，對比易于探測，利用波組和波系進(jìn)行對比，可以更全面考慮層組間的關(guān)系，準(zhǔn)確的探測和追蹤反射波。

(4)干涉帶對比和相鄰剖面對比。

3.2 坍塌隱患探測結(jié)果分析

本次施工測線在地下管涵上方的中心和管涵兩側(cè)1 m左右的上方，局部由于場地的限制而被迫進(jìn)行了一些偏移，通過對地質(zhì)雷達(dá)探測數(shù)據(jù)的處理解釋及分析，將本次地質(zhì)雷達(dá)探測的異常分兩類：土體不密實(shí)或空洞區(qū)的范圍、土體不密實(shí)區(qū)，目前共發(fā)現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)異常74個(gè)，其中空洞或不密實(shí)區(qū)21個(gè)，不密實(shí)區(qū)或富水帶53個(gè)。各片區(qū)道路地質(zhì)雷達(dá)探測部分典型異常分布情況，如圖1～圖4所示。

圖1 2號隱患地質(zhì)雷達(dá)剖面圖

圖2 3號隱患地質(zhì)雷達(dá)剖面圖

圖3 9號隱患地質(zhì)雷達(dá)剖面圖

圖4 12號隱患地質(zhì)雷達(dá)剖面圖

4 結(jié) 論

本研究基于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)完成了深圳市坪山區(qū)深汕公路、丹梓大道、龍興南路、等主要市政道路排水管涵坍塌隱患探測，雷達(dá)測線共計(jì)479 625.29 m。發(fā)現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)異常73個(gè)，其中20個(gè)空洞或不密實(shí)區(qū)，53個(gè)不密實(shí)區(qū)或富水帶。可對空洞或不密實(shí)區(qū)較多地段的地下排水管道應(yīng)做定期檢查，防止因管道損壞，造成進(jìn)一步的水土流失。