赵翔
北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038
摘要：近几年，随着我国基础设施建设的持续加快，地下空间的开发利用程度越来越高。由于外部扰动，隐藏在城市道路下的地下空洞等病害规模会不断发展，导致道路塌陷的事故时有发生，造成人民生命财产的重大损失，严重威胁公共安全。为有效判定地下空洞的位置并对其进行处理，保护公共安全和城市的和谐发展，道路空洞的有效探测及病害同步治理刻不容缓。传统的空洞探测方法为打钻孔取芯探测，较为直观，单点探测准确率高，但缺点也十分突出，钻孔探测空洞效率低下，严重影响地面交通，损伤路基路面结构。地下空洞的探测应选择易操作，低成本且破坏小的实施手段，地质雷达探测已成为主流的地下空洞探测方法。
关键词：城市道路；地下空洞；成因分析；检测；处治
引言
近年来，城市道路塌陷事故频发，严重威胁人民群众的出行安全和城市的运行秩序。排水管网破损引起的水土流失，是造成地下空洞的主要原因，而地下空洞又是诱发道路塌陷的主要因素。探地雷达具有精度高、效率高、连续无损、实时成像等特点。利用探地雷达探测，能准确获取病害体的空间位置，如空洞体的大小，顶底界面的深度。城市道路各种市政附属设施众多，如地下管线(污水、雨水、供水)等，这些干扰源在探地雷达图上与空洞病害特征相似;此外，道路地下结构复杂，会产生多次反射波及绕射波，这对识别地下病害体的类型带来了困难。
1雷达检测原理
探地雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱（1MHz~2.5GHz）电磁波技术。探地雷达利用一个天线发射高频短脉冲宽频电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波，雷达图形以脉冲反射波的形式被记录，波形的正负峰值分别以黑白色、灰色或彩色表示，这样同相轴或等灰度、等色线即可形象地表征出地下介质或目标体的反射面。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间、振幅和频率等信息，可推测地下介质的结构、构造与埋设物体深度。
2城市道路地下空洞探测及病害治理
2.1数据采集及处理
综合考虑探测深度及分辨率，本文项目采用200MHz天线进行探测。探测区域地下水位浅，有效探测深度为2m左右。该检测工程进行了两次，分别为病害体范围圈定初测和回填土后工程质量评估的复测。测线根据场地进行合理布设，满足覆盖要求。复测前，甲方已收到详细初测项目报告，之后对病害区采用回填沙方式进行处理。为保证数据具有对比性及科学性，初复测数据采集参数、测线位置保持一致。复测后，项目组再次编写项目报告，交至甲方。本文选取初复测两组3条并行典型的数据进行分析和研究，每条测线长度15m，线距2m，离井口由近至远分别为测线1、2、3。数据处理采用同一套参数，保障数据幅值一致性。数据处理步骤为:零点调整→距离归一化→增益调整→FIＲ滤波。因研究分析中需对比各层反射波，故未作背景清除处理。
2.2探测图像解析
地质雷达成果信息的处理和解析是一项复杂、精细、需要大量经验积累的工作，主要包括信息处理和图像解析两部分。现场采集的信号受外界干扰因素多，有用的信号往往被掩盖，数据解析的难点在于对异常无用信号的分析和筛选。根路面下空洞与地层存在较大的物性差异，原本连续记录的波形在不同介质的分界面处会发生明显波形变化，典型雷达剖面表现为：①路面下基本无异常的区段，各层位的反射波波形清晰，路面基层及以下未现加强或紊乱的反射波形，波形总体趋于平坦。
②在地下空洞顶部界面呈现同相轴不连续，反射波出现振幅加大，穿过空洞的雷达波形会表现出无规律的杂乱分布，当出现此类波形分布特征时可大致判断空洞存在。③波形从两侧向中间的倾斜同向轴，并且很多单波形都呈现同样的倾向，振幅大大增强，各别点位还出现弧状异常，也是空洞的一种波形表现形式。以下为本项目的实测雷达剖面图分析：情况1：路面下基本无异常的区段，剖面上可清晰地见到砼面层底界面的反射波，各层位反射波清晰，基层及以下未现加强或紊乱的波形，波形总体趋势平坦。情况2：路面下存在空洞或局部脱空，位于路面结构层下方，顶部深度约0.4m，长度约12m。图形特征：剖面图出现了同相轴明显不连续现象，顶界形成近似双曲线形态，推断为空洞所在位置。情况3：该处测线靠近既有地下管线，判断为路面下存在空洞或土体疏松，位于路面结构层下方，顶部深度约0.5m，长度约10m。图形特征：剖面上可清晰地见到砼面层底界面的反射波，很多单波形都呈现同样的倾向，波形图表现出无规律的杂乱分布，推断为空洞所在位置。
2.3空洞埋深对路面沉降的影响
对于不同直径的空洞计算工况，随着空洞埋深的增加，道路结构各监测点的沉降值均会迅速降低，降低的幅度大致呈现出先急速后变缓的趋势，直至最后出现一条平缓的直线，因而不同空洞直径工况下的沉降曲线一定会存在一个拐点。所以，对埋深因素下不同直径的工况进行统计分析时，应找出其拐点埋深，为相关设计和空洞治理提供参考。
2.4空洞处理措施
为确保道路行车安全，从根本上消除安全隐患，需对地下空洞进行处理。根据检测结果，结合周边的地质条件和施工环境，决定采取“综合治理，充填固结”的原则对空洞进行处理。空洞1由于体积较大（5×9×3）m3，空洞基底多为砂砾、条石，基底密实性较差，综合考虑施工速度、处理效果以及材料成本，采用混凝土填充＋注浆固结进行处理。首先在空洞范围内，采用炮锤对原道路混凝土路面进行破除，揭露出地下空洞，在空洞基底预埋直径为5cm的注浆钢管至路基顶面，后采用C15混凝土将空洞填充至路基顶标高，填充过程采用振捣棒进行充分振捣，以保证混凝土的密实性。待混凝土达到强度后，采用高压水泥注浆机对预留注浆孔进行注浆，对空洞基底进行注浆加固，注浆压力从低至高，间歇、反复注浆。空洞1材料总耗为C15混凝土135m3，水泥注浆料80m3。空洞2由于体积较小（小于10m3），直接采用注浆方法进行处理，水泥注浆料总耗为18m3。
结语
（1）地质雷达探测地下空洞具有无损、快速、实时成像等特点，是目前技术条件下探测地下空洞的一种实用方法。（2）地质雷达在识别地下空洞的准确位置和发育程度等方面的研究仍存在不足，判别自动化程度仍不高，目前技术主要还是依靠人工解析，因为经验不足导致虚警的情况较常见，需要针对不同使用情况进行二次开发，促进地质雷达的使用推广。（3）顶管等地下工程施工过程中，对地质雷达方法探测显示的空洞发育区，可利于变形监测、钻孔注浆等方法充分保障施工及道路运营安全。（4）由于地下空间的开发利用，现状城市道路下客观存在脱空、土质疏松、空洞等病害情况，对有条件的重点区域，应利用地质雷达的探测方法开展城市道路健康普查。
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