城市地下障碍物精确定位综合探测方法应用研究

　　城市地下障碍物精确定位综合探测方法应用研究

　　    引言

　　    由于城市的快速发展与变迁，在地下遗留了大量障碍物，如地下建筑物基础、人防工程等，其种类繁多、形式多样、埋深各异，为城市现代化建设带来很大的影响。地下障碍物影响项目设计方案的选择和优化，甚至产生决定性影响。特别是在施工阶段，对施工方法选择、机械配备、安全施工等造成较大阻碍。常见问题如因障碍物造成的机械损坏、施工作业失败、地下水土流失以及地层不均匀沉降等。进而造成周边建筑物开裂、倾斜，路面开裂、塌陷等衍生事故，导致生命财产损失严重，社会影响恶劣。因此，在城市现代化建设中，地下障碍物的探测工作逐渐被重视起来。

　　    国内外物探工作者一直致力于城市地下障碍物探测理论与应用研究。刘伍等采用有限差分法对城市地下桩基、管道等典型障碍物模型进行数值模拟理论研究；徐良等采用了地质雷达、高密度等综合物探方法对轨道交通工程施工中遇到的桥梁基础进行定位探测应用研究；赵沛沛等展开无人机低空摄影提取障碍物的方法研究，有效提高障碍物提取效率和精度；葛双成等采用地质雷达和瑞雷波法有效探测顶管工程中抛石层的分布范围及深度；杨良权等采用地震映像法对特定工程中遇到的垃圾分布情况进行探测，结合钻孔验证探明垃圾空间分布及产状；蔡伟涛、肖顺等采用地震映像法对城市地下大直径管道进行探测研究，积累了丰富技术和经验。随着城市建设高质量、高效率的需求越来越迫切，对障碍物的探测准确率、精度也提出了更高要求。基于此，本文对地质雷达法、高密度电法、地震映像法等技术理论进行综合分析，采用综合物探方法结合触探和槽探的综合探测方法对规则障碍物和不规则障碍物进行探测，对障碍物精确定位和定量探测进行研究。

　　    l.测区工程地质概况

　　    某施工项目，面积约81626.80m2，场地已完成动拆迁，平整完毕，杂草丛生，地表混凝土碎块、碎砖等建筑垃圾遍布。从早期地形图获知，测区内原有地形高差变化大，有两排东西走向的多层砖混结构民房，排房间有水泥道路，基础与路面信息不详，道路右侧有一条东西走向的河流。经调查了解，地块长期闲置，河流及周边低洼带已被外来建筑垃圾和生活垃圾填平，建筑垃圾和生活垃圾分布范围和界限不明。拟建工程桩基采用预制钢筋混凝土管桩，长约37m，为了保证沉桩顺利，以及确定基坑出土的处理方案，须探明区域内原房屋基础、建筑垃圾的分布范围、埋深及体量。

　　    此外，项目地块西侧紧邻养老院交界处地下存在原水管，横断面为3.75m×3.25m双管并排铺设，埋深、走向不详。原水管距离地块较近，施工可能引起土体扰动，造成周边地层不均匀沉降，甚至破坏原水管基础，使原水管局部内应力集中而破裂，诱发涌水、流泥等次生灾害。为了保证地块施工期间原水管不受影响，还需精确探测原水管道位置、走向及边界。

　　    测区内地层主要为素填土、黏土、砂土、混凝土、碎砖等介质，需要探测的房屋基础、建筑垃圾以及原水管与周围介质存在较大的物性差异，为物探探测奠定了基础。

　　    2.城市障碍物探测方法研究

　　    城市工程物探方法主要包括地震波法、电磁波法、、瞬变电磁法、电法等。本文针对探测目标体及场地特征，选择高密度电法、地震映像法和地质雷达法相结合的综合物探方法对地下障碍物进行探测。

　　    2.1 探测方法原理

　　    2.1.1 高密度电法

　　    高密度电法作为直流电阻率方法一种，兼有电剖面法和电测深法的探测方法。作为主动源电法，其通过AB电极向地下发射电流，利用MN电极测量电压差，利用电流和电压计算不同层深测点视电阻率。

　　    通过视电阻率数据反演，获取地下一定范围地层电阻率图像，从而达到对地下电阻率差异目标体的捺测。

　　    2.1.2 地震映像法

　　    地震映像法（又称高密度地震映像）是通过人工激发震源向地下传播地震波，地震波在传播过程中遇到弹性特征参数明显差异界面发生反射，通过固定偏移距逐步移动的检波器进行地震信号接收，通过对测到的面波、直达波、反射波等多种弹性波的波形、振幅、同相轴及频率的变化进行分析，获得地下存在的异常体分布情况。

　　    2.1.3 地质雷达法

　　    地质雷达法（又称探地雷达法）是利用电磁波法对地下目标体无损探测的方法。在地表通过雷达天线向地下发射高束、高频、宽带电磁波，电磁波在地下介质传播，遇到电性差异界面发生反射，一部分电磁波被反射回地面，另一部分电磁波继续向下传播相继发生反射透射，反射回来的电磁波信号被地表接收天线接收，通过有效的数据处理，获得反射波的相位、时延、形状及频谱等特征参数，从而达到对地下目标体深度、性质、结构等的探测。

　　    2.2 物探方法特点分析

　　    由于障碍物埋藏于地下，地层变动受人文活动影响大，有效资料少，造成障碍物埋深、规格、材质等信息不足，特别是受到城市空间环境影响，探测环境恶劣、干扰源丰富，对物探方法的选择存在一定限制，需对物探方法进行全面分析，有针对性地选择高效探测方法。

　　    3.障碍物探测

　　    3.1 规则障碍物精确定位的综合方法探测

　　    原水管位于地块与养老院交界处，地表分布绿化灌木、健身区、亭阁、廊道和硬化塑胶道路，测区空间小，环境复杂，作业难度大。根据现场测试条件、方法试验，综合分析采用高密度电法、地震映像法和触探相结合的综合探测方法对原水管进行精确定位探测。布设了高密度测线1和2，地震映像测线3和4。

　　通过高密度电法和地震映像法相结合的综合方法，有效获得原水管位置和走向，但不能获得原水管的精确界面位置。而且探测成果表明原水管在中部呈斜交状，在北侧更接近施工地块，更需进一步确定原水管精确界面。本文采用触探法在综合物探成果的基础上进行精确定位，触探断面与4条测线重合，探孔布设位置根据物探成果布置，触探过程中根据探杆回弹强度、声音、进尺及趋势对原水管边界进行精确判定，以及对物探成果进行修正，最终综合确定原水管精确边界。

　　    3.2 不规则障碍物定量的综合方法探测

　　    项目地块内遗留大量民房基础、房屋拆迁建筑垃圾及外来建筑垃圾，分布范围不详，但场区平整，借助地质雷达法抗干扰强、探测快速、经济的优势，先对测区网格化布设测线进行全面快速探测，排摸浅层障碍物分布情况，再结合早期地形图有针对性地布设高密度测线，从而实现全区高效、精确探测。通过雷达测线剖面的全面分析，圈定地块南北两个区域建筑垃圾分布密集，但对深层的房屋基础和建筑垃圾分布情况不明，需要借助高密度电法进一步精确探测。高密度电法采用温纳装置，电极距0.5m。根据雷达成果图重点布设了15条测线。全面展示了该测区电阻率分布情况，可准确圈定房屋基础和建筑垃圾集中范围。

　　    3.3 小结

　　    通过综合物探方法之间的相互验证，最终确定了规则障碍物的准确位置和范围、不规则障碍物的分布范围和埋深。该结果为项目施工提供了详实的参考依据。

　　    4.结论

　　    本文系统分析了常用工程物探方法技术理论及优缺点，为城市障碍物探测应用提供参考。同时，通过工程实例的综合探测方法应用，对规则障碍物、不规则障碍物进行精确定位和定量探测，为工程设计、施工及障碍物处理提供技术支撑。通过应用证明：

　　    (1)城市空间结构的独特性，对物探方法抗干扰能力、测试灵活性要求更高，单一探测方法很难达到探测目的，需综合物探方法优势互补，相互验证，提高探测准确率。

　　    (2)障碍物探测，需收集测区原始资料，详细探查范围内地下管线排布情况，充分掌握现状，排除干扰，确保探测方法选择得当以及测试成果的有效性。

　　    (3)综合物探方法能有效提高准确率，但要实现成果异常物性参数的解析和精确定位，触探、验槽等直接方法的应用是非常必要的。    

　　                                                     摘自：《岩土工程技术》2023年第1期