某道路地下空洞檢測與修復方案研究

龐曉明

（上海浦東建設股份有限公司，上海市 201206）

0 引言

近年來，城市發展帶來道路交通量的逐年增長，城市道路路面結構承載負荷也由此越來越重。且隨著技術不斷進步，地下隧道、軌道交通、地下管線等采用非開挖技術施工的地下設施越來越多，對道路地下結構和路基土體的擾動因素也不斷增加，久而久之在部分道路下會產生一些脫空或空洞現象。另外，有些道路下敷設的排水管道設施運營年限較長，局部存在開裂、破損、錯節或滲漏等問題，造成管頂或管側的水土流失，并最終導致路面結構下方、管道上方形成道路路基的空洞。有些道路設施在建設施工或維修施工時，未按規范或設計要求對路基進行充分回填和壓實，也造成了土體松動或道路地下空洞的產生。這些大小不一的空洞長期在車輛荷載和地下水的作用下，最終可能會形成路面沉陷和坍塌等隱患（如圖1），對城市的基礎設施和道路交通的正常運行形成較大的風險，更有可能對城市、人民生命和財產安全造成不可挽回的損失。

因此，對于道路地下空洞的隱患需要及時進行排查，發現問題，及時處治。本文結合近年來上海市道路地下空洞治理的相關研究和工程案例，對道路地下空洞檢測與修復方案進行分析和總結，以期為今后相關工程的檢測、設計和維修決策提供一些借鑒。

1 項目分析

1.1 現場情況

本文以上海市某區域內的道路為例，在該道路中，根據養護單位提供的日常巡檢報告資料，筆者選取了其中九處道路地面沉降點作為項目案例進行分析、研究和總結。

1.2 現場調查與檢測

為了對道路空洞進行綜合評定，我們收集了相關的道路竣工資料和日常養護信息，并采取了現場人工測量、排水管道CCTV 檢測、地質雷達無損空洞檢測、鉆孔取芯、微創探孔視頻采集等多種技術手段進行路面地下空洞的檢測和調查，并進行綜合對比分析。

（1）首先我們對現場沉降點位采取了人工測量的方法，以計算路面沉降差。測量結果顯示，該九處路面點位均存在明顯的不均勻沉降，機動車道大部分平均沉降約4～8 cm，局部最大處為9～10 cm。

（2）對道路范圍內沉降點位置和附近的雨、污水管道開展了CCTV 檢測，并將檢測結果對管道缺陷等級按規范進行了分類，以便于結果分析并后期制定分類修復方案。CCTV 檢測結果顯示，管道內部局部存在滲漏、破裂等病害，尤其是在路面沉降點位置的管道存在嚴重破裂、滲漏和管道局部淤積的狀況，如圖2。

（3）本次研究中采用了二維地質雷達進行沉降點位的空洞檢測，見圖3。目前地質雷達探測技術作為地下空洞無損檢測的一種主要手段，已逐步開始推廣使用，該技術是一種借助頻率在106～109 Hz 范圍內的無線電波來確定地下介質分布的一種無損探測技術[1]。其主要是利用電磁脈沖接收地下不同介質界面的反射波，分析地下空洞的邊界情況，判定地下介質的結構及界面的埋深，探測成果可以全面掌握老路路基、路面狀況、管道頂部土體狀況和道路下脫空、空洞等情況[2]。經現場測定，確定本次九個地面沉降點的二維地質雷達測線共計60 條，共計1 619 m，測線見表1。

表1 地質雷達探測調查工作量統計表

圖3 二維探地雷達探測現場

具體工作步驟為充分收集道路路面結構、排水管線資料、地下管線資料、道路地質和水文資料、地面沉降點調查資料等，根據車道及交通流量情況，按車道行車方向由南向北或由北向南依次探測，結合車道寬度及交通流量等因素，每條車道進行2～3 次的探測，采用動態GPS 對測線起止點、轉折點坐標進行測量收樣。

由于篇幅有限，本文選取三處二維雷達數據明顯異常區進行檢測結果的綜合解釋。

測線CX1-1 水平位置7.0～11.5 m、深度1.6 m，水平位置13.5～22.5 m、深度1.2 m，水平位置11.5～27.0 m、深度2.2 m 處，電磁波出現同相軸明顯錯開，部分缺失，推測為地面塌陷隱患區，見圖4。

圖4 二維雷達測線CX1-1 成果圖（單位：m）

測線CX2-5 水平位置4.5～9 m、深度1.4 m 處，電磁波出現同相軸明顯錯開，部分缺失，推測為地面塌陷隱患區，見圖5。

圖5 二維雷達測線CX2-5 成果圖（單位：m）

測線CX7-4 水平位置2.5～17.5 m、深度1.4 m，電磁波出現同相軸明顯錯開，部分缺失，推測為地面塌陷隱患區，見圖6。

圖6 二維雷達測線CX7-4 成果圖（單位：m）

九處道路沉降點的二維地質雷達探測成果匯總見表2，為隱患的進一步判定和處治提供了重要依據。

表2 地質雷達探測數據成果匯總表

（4）為合理制定道路路面修復方案，我們利用路面結構鉆孔取芯機進行取芯，以驗證道路路面結構是否破壞，取樣結果見表3。

表3 路面結構鉆芯取樣結果匯總表

取樣結果顯示，路面結構一部分狀況較好，整體為完整，一部分則已破壞，主要結果為基層斷開或碎裂，而經過對比，破壞處恰位于所對應的二維地質雷達探測結果所描述的疑似脫空或疏松處。分析得出初步結論，路面下空洞和路表沉降是導致路面結構部分破壞的原因之一。但由于普通鉆孔機一般到達深度在70 cm 左右，本次鉆孔深度未能到達探地雷達判定的隱患處，故還不能直觀驗證道路下空洞存在的真實性。

（5）經地質雷達探測的結果，一般描述為“疑似脫空”或“疑似脫空或疏松”等。為了進一步驗證道路下空洞的真實存在，我們將路面結構鉆孔取芯機用加長桿進行改裝。本次選取YHD-3 和YHD-6 兩處，以地質雷達探測預測埋深為深度，進行微創加深鉆孔，然后采用內窺鏡下探視頻采集的方法進行取證、判定。通過內窺鏡現場采集的視頻顯示，該兩處路面結構厚度約90 cm，在90 cm 以下的確存在路基空洞。檢測結果基本驗證了二維地質雷達檢測數據結果的真實性和準確性。另外可以看出，這兩處路面結構較常規結構厚，通過對日常養護資料的調查分析，主要是因為路面沉降后，養護單位并未對路面下空洞進行有效排查和處治，僅作路面加罩面層整平，這種處理方式僅僅是治標不治本，未徹底根治地下空洞病害。

1.3 修復方案決策

由于空洞形成的因素較多，而產生的后果往往不可預測，影響和隱患較大，因此需要精確分析，綜合判定，科學制定修復方案，及時處治，以消除隱患。

（1）問題和原因分析

從上述實際案例分析可以看出，道路空洞是形成道路路表沉降的原因之一。另外，通過類似項目總結，路表裂縫致雨水下滲而浸潤路基，公用管線非開挖施工而擾動土體，雨污水管線滲漏和破裂等造成路基的水土流失，原路基施工回填不密實而致路基的疏松或脫空，地下構筑物和地下工程施工而引起土體沉降等原因，都可能導致道路地下空洞的形成。

結合本項目案例的特點，我們看到本次空洞主要是由于雨污水管道滲漏、破裂等病害所造成，因此明確道路下空洞的真實存在，找到癥結，后面的方案重點就是如何解決管道滲漏的問題，再對路基土體進行加固并修復路面。

（2）修復方案

一是管道修復。CCTV 檢測結果顯示管道內部局部存在滲漏、破裂等原因導致管道上方有水土流失情況，在本項目中我們采用非開挖和開槽翻排相結合的措施，對排水管道進行修復。經對比分析，優先選擇非開挖修復方式，盡量減少對周邊環境和交通的影響，縮短修復周期。按照相關技術規范，根據管道缺陷等級進行分類修復：對一級滲漏、一級破裂、二級及以上結構性缺陷進行修復，結構性缺陷集中的管段采用整體修復，修復指數RI 大于7 的管段按原管位、原管徑、原坡度、原標高開槽翻排。雨水連管存在結構性缺陷的，則采用開槽埋管翻新的修復方式。開槽埋管一定要注意基坑圍護和管線保護，一般可在原位翻排，開挖后拆除原管道，按設計標高排設新管道后，進行溝槽回填，回填必須分層壓實，以免形成新的土體疏松或脫空。

二是路基土體加固。局部管道滲漏嚴重處，存在土體疏松和脫空。管道頂部上方的土體可進行注漿填充、加固，防止水土進一步流失和路面沉降。處治范圍小、為淺層空洞的，采取開挖修復，再對空洞進行回填并修復路面；交通影響大、空洞埋深較深的，可采取非開挖修復，對空洞處進行注漿、填充和加固。采取開挖修復的處理方式會對交通運營有一定影響，且施工周期也較長，因此施工前應進行充分的方案比選和施工前準備工作，合理安排建設工期計劃。

三是對路面進行修復。對地下管線和土體加固處理后，再對路面結構按設計要求進行修復。由于道路等級不同，交通荷載不同，路面結構修復方案也不同，一般建議由專業設計單位針對道路情況做專項修復方案設計。另外，為了使設計路面結構與老路面結構保持良好銜接，原有道路與設計道路銜接處老路面結構層應挖成階梯形，同時注意對相鄰現有路面的保護，以提高新舊路面銜接處路面的使用質量。

由于本項目案例中道路下空洞位于路表下1 m至1.4 m 之間，局部不超過2 m，埋置深度較淺，且所涉面積不大，對區域交通影響較小，故考慮在管道修復后，對進行路面整體翻挖和修復。空洞處翻挖后，按要求回填合格的路基材料并壓實，再新建路面結構。修復后對交通標線進行恢復，開通運行。

2 結論

綜上所述，現場測量、排水管道CCTV 檢測、地質雷達無損空洞檢測、鉆孔取芯、微創探孔視頻采集等方法是判定路面地下空洞隱患較為有效的技術手段。另外道路竣工資料和日常養護信息等也是必不可少的前期資料。

實踐證明，地質雷達技術可應用于道路地下空洞的探測。在不受地下水和地下管道的影響或影響較小的工況下，其探測結果還是較為可靠的。由于本次采用的二維雷達為連續測量方式，在實際檢測過程中，人工拖曳雷達天線時的速度無法達到完全勻速的狀態，因此平面位置可能存在偏差，而雷達成果圖中隱患埋深的深度值數據處理中波速選用的一般是經驗值，未經過波速測試，故其探測結果一般描述為“疑似隱患”。因此在有條件地情況下，宜采取路面微創探孔內窺鏡采集視頻的方式來進一步驗證空洞的真實存在，為合理制定處治方案提供技術決策依據。

通過多個工程案例，我們分析總結出道路地下空洞形成的原因有很多。在本案例中，我們同時發現養護單位的經驗存在一定的不足之處，僅僅根據表觀，對路面沉降處進行了面層加罩、整平處理的養護方式，而并未對空洞成因作充分梳理和分析，在此基礎上提出更為合理和有效的處治方案。因此相關單位在實際工作中，不能簡單地通過一種手段來判定和決策，而應充分運用專業技術和實踐經驗，多角度審視，多手段診斷，科學決策，有效處治，及時排除道路地下空洞安全隱患，確保道路安全運行。