一年几百次的道路塌陷事故，我们到底能做些什么？

2023-02-13 11:50:35 广州欧美大地仪器科技有限公司

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道路塌陷是道路在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。城市道路塌陷增加了交通事故和人员伤亡风险的同时，还会造成建筑物地基下沉、房屋开裂、地下管道破损、城市洪涝及风暴潮灾害加剧等问题。

据不完全统计，我国在2018年4月至2019年5月共发生244起城市道路塌陷事故，造成39人受伤，33人死亡，其中雨季发生事故占总数的41%。

数据来源于：中规协地下管线专业委员会管线事故公众号

道路塌陷事故特点

√ 综合性

城市道路、桥梁、地下管线和地铁设施等基础设施密集

√ 突发性

从管道破裂到道路塌陷往往只在几个小时之内

√ 社会性

伴随着道路运行中断、管线断裂等多种社会影响

道路塌陷事故危害

√ 人员伤亡

√ 财产损失

√ 道路运行中断

√ 地下管线破损

√ 引起社会恐慌

道路塌陷影响因素

01 自然因素

路基下天然溶洞
路基下的软弱土在水力侵蚀下形成空洞
在荷载作用下最终形成路面塌陷

02 人为因素

地下管线老化后破裂渗漏，进而冲蚀路基形成空洞，导致路面塌陷
道路施工时路基土回填压实不足，压实度达不到规定要求，不均匀压实，致使地面水轻易渗透路基，长期水力作用下路基土下形成空洞导致路面塌陷
地下隧道施工扰动，加固措施不牢，造成近邻路基下管线破坏土体流失形成空洞，进而导致路面塌陷
地下水过度开采导致的塌陷
煤矿资源丰富的地区的采空区塌陷等

地下病害体

地下病害体是指地面以下的空洞、脱空、疏松体、富水体等威胁城市安全的不良地质体，是造成道路塌陷的主要原因。

地下病害体按工程特征分类

地下病害体类型	工程特征
脱空	位于地面硬壳层与地基土之间，埋置深度浅
空洞	位于地基土中，规模大小不一，其上下界面一般均不平整，对上部土体或结构具有失稳风险
疏松体	1.相对周边土体，具有结构不均匀、松散、密实度低、强度低、高压缩性等特点； 2.强度随疏松体的松散程度增大而降低； 3.疏松体范围逐渐扩大到一定程度，其自身承载力降低，内部土体发生坍塌，疏松体上部发展为空洞，在路基与基层之间、基层和面层之间会出现脱空
富水体	1.相对周边土体均匀性较差、含水量高、呈流塑状态、灵敏度较高；强度很低、孔隙比较大、压缩性高等特点； 2.富水体区域因局部水力作用，土体结构弱化，强度降低，工程性质变差，危及周边工程安全，其上部发展为空洞

地下病害体按地球物理特征分类

地下病害体类型	介电特征	弹性特征	电阻率特征
脱空	相对介电常数为1	1.弹性波速度低； 2.波阻抗低	电阻率大于周边土体，明显高阻异常
空洞	相对介电常数为1	1.弹性波速度低； 2.波阻抗低	电阻率大于周边土体，明显高阻异常
疏松体	1.相对介电常数小于周边土体 2.疏松程度越高，相对介电常数越小	1.弹性波速度低； 2.疏松程度越高，速度越低	1.相对介电常数小于周边土体 2.疏松程度越高，相对介电常数越小
富水体	1.相对介电常数大于周边土体 2.含水量越高，相对介电常数越大	弹性波速度低	1.电阻率小于周边土体 2.明显低阻异常

以上资料来源：《JGJ/T 437-2018 城市地下病害体综合探测与风险评估技术标准》

地下病害体主要探测方法

现阶段对城市地下病害的勘探方法较多，如雷达探测法、高密度电阻率法、瞬态面波法、微动勘探法、地震映像法以及瞬变电磁法等。

主要探测方法的适用性

探测方法	类型				埋藏深度D
探测方法	脱空	空洞	疏松体	富水体	埋藏深度D
探地雷达法	●	●	●	●	D＜7.0m
高密度电阻率法		●	○	●	3.0m＜D≤30.0m
瞬态面波法		●	●		3.0m＜D≤20.0m
微动勘探法		●	●		3.0m＜D≤30.0m
地震映像法	○	●	○		D≤20.0m
瞬变电磁法		●	○	●	3.0m＜D≤30.0m

注：● 适用 ○ 可用

No.1

雷达探测法

探地雷达主机通过发射天线向地下发射宽频带短脉冲电磁波，当电磁波遇到存在电性差异的地下地层或目标体时会发生反射，反射波返回地面被接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其传播路径、电磁场强度与波形将随被通过介质的电性特征与几何形态而变化。

因此，通过对时域电磁波波形的采集、处理和分析，可以确定地下分界面或地质体的空间位置及结构。

目前采用的探地雷达主要有二维探地雷达和三维探地雷达两种。

3D-RADAR三维探地雷达

Geoscanner二维探地雷达

3D-RADAR三维探地雷达

3D-RADAR三维雷达系统GeoScope MK IV使用了数字步进频率技术，可针对各种不同的应用，采用不同的频率范围，通过采集软件参数设置来控制整个频谱，优化探测深度和雷达系统分辨率之间的关系，从而获得最佳的探测目标图像质量；同时GeoScope使用了电子扫描天线阵技术，能够进行快速和精确的三维勘查，实现了真正的三维探测；GeoScope采集软件可以实时显示三维图像，是目前市场上唯一实现现场三维成像的探地雷达系统。

主要特点：

主机采用创新的数字步进频率雷达技术
天线应用引领GPR天线设计的电子扫描无线阵技术
实时三维显示测试数据及分析结果
高分辨率道路无损检测最佳设备

Geoscanner探地雷达

Akula 9000C探地雷达控制系统

GCB系列全屏蔽地面耦合天线

Akula 9000系列探地雷达提供的客户定制化和可扩展性能是目前世界上首屈一指的。Akula 9000系列探地雷达从坚固设计到全方位的用户友好界面，广泛的自动设置选择，使得初学者无需多久即可精通和掌握这门的复杂测试技术。

Akula 9000系列探地雷达特点：

优异测量结果和完全屏蔽技术完美结合。
GCB系列天线代表了目前国际市场上最好测试性能的地面耦合GPR天线技术。这些完全屏蔽的探地雷达天线即使电磁污染的世界任何地方使用都可以提供完美性能和结果。通过实施复杂的建模和电气设计解决方案，我们向你们保证，每一GCB天线重量轻，结构紧凑，取代目前其他的解决方案。
可以连接多种类型全范围天线，例如：地面耦天线、空气耦合天线、钻孔天线、多频组合天线。用于隧道超前预报，隧道衬砌、钢筋、混凝土结构检测，地下管线探测，浅层地质、水文、考古、环境等勘察。

No.2

高密度电阻率法

高密度电阻率法（multi-electrode resistivity method）是一种阵列勘探方法，它以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律。

OYO McOHm Profiler 8i高密度电法仪

MOHO Electra数字式多通道交流高密度电法仪

OYO McOHm Profiler 8i高密度电法仪

McOHM Profiler-8i是一款8通道数字化高密度电法探测仪器。在McOHM Profiler-4的基础上进行了全方位的改进，仪器性能大幅度提升。同时，融合了最新的技术成果，能够提供更方便、更高效的云分析服务。

McOHM Profiler-8i主机

Scanner 32电极转换器

主要特点：

友好的人机交互界面设计
8通道同时测量
配合Scanner 32最多可实现192电极
可通过控制程序进行全自动测量
高效率实时成图功能，直观显示偶极摆列的电流衰变曲线，能够在野外现场严格把控采集数据质量。
采集数据随时存储在控制平板电脑的硬盘中，确保数据安全无虞。
性价比高、设计紧凑、重量轻便。

MOHO Electra数字式多通道交流高密度电法仪

Electra是用于二维和三维地电勘探电法成像的最新设备，Electra主要由一个中央控制单元组成，其一端通过带USB接口电缆连接到任意PC或掌上电脑，另一端连接到带有增压、信号数字化功能模块的电缆。Electra可以将不同形式、不同频率的电流输入地层，使用交变电流进行测试，速度更快，精确度更高。

主要特点：

全新的信号转换装置，提供更快的测试速度和极为精确的数据质量；
市场上最为轻便的电法勘探系统，线缆+主机重量不超过5kg，无需额外电瓶供电；
提供全新的测试程序，使测试变得简单直观。

No.3

瞬态面波法

瞬态面波法是一种新兴岩原位测试勘探方法，利用实测瑞雷面波频散曲线，通过定量解释，可以得到各地质层弹性波的传播速度，传播速度的大小，直接反映了地层的“软”、“硬”程度。因此，可以对第四系地层进行划分，确定地基的持力层、土石界面基岩面的起伏变化。瞬态面波勘察技术对地层具有的薄层分辨能力、定量分析评价能力和通过图象再现地下地层与构造的能力。

OYO McSEIS-SW高分辨率面波仪

McSEIS-SW 24通道地震仪，设计紧凑轻便，其一体化设计包容了A/D转换、放大器等测量电路。可使用商务笔记本电脑实现测量控制、波形显示和其他功能。该系统标配有一套高精度面波勘探软件，方便用户在现场即时进行数据分析工作。

主要特点：

仪器重量轻便，便于搬运；功耗低待机时间长适合长期测。
仪器箱体为防雨防尘设计。
可在电脑上安装专用的控制软件（SW控制软件）进行操作（通过网线连接）。
通过 SW 控制软件可进行高精度面波勘探的数据分析工作。
传统的一体式仪器，数据处理功能和计算速度往往随时代落伍，而本仪器允许用户自由选择性能匹配的电脑进行连接，操作舒适、快捷、准确。

No.4

微动勘探法

微动勘探法主要是通过特定的检波器，在观测台中获取来自地球的微动信息，然后通过数据提取的方式，对面波信号进行分析和研究，最后，对地下岩层的结构信息进行获取。

OYO McSEIS-MT NEO地脉动仪

地脉动阵列仪和地脉动台阵McSEIS-MT NEO主要用于地脉动阵列测试，振动监测，场地或结构振动特性的研究等。McSEIS-MT NEO不需要大锤、重物等人工震源，仅采集通过地表面传播的面波。表面波的产生主要来自交通噪声、工业振动以及波浪、风等自然现象。通过4台及以上的McSEIS-MT设置成三角形地脉动阵列，即可实现数十到数千米范围的地脉动测量。配套的SeisImager/MT NEO软件可应用于分析地下结构的相速度，并生成一维S波速度结构。

主要特点：

McSEIS-MT NEO为包容传感器和电池的一体化设计，适合组成三角形阵列进行不同深度的S波速度结构测量。
即使在生活噪音强烈的区域，不需要使用人工震源也可进行测量。
S波速度结构测量的有效深度范围为数十米到数千米。
可从SD存储卡直接上传测量参数设定，记录起来操作简便。
每个台站内置的GPS可确保所有单元同步采集，各仪器之间可以设置无线操作系统进行连接。

No.5

地震映像法

地震映像（又称高密度地震勘探和地震多波勘探），是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种常用浅地层勘探方法。

iSeis & Seismic Source Sigma4无线地震记录集系统

SIGMA 4，世界上最先进，最成熟的无线地震记录集系统，可内置/外接传感器，包含3通道和4通道两种型号，无缝提供最完整的震源控制/记录集成解决方案。典型用途包括自主（盲采）节点、控制&状态节点金额实时数据测震仪，具有多种记录模式和测量方案，在面对不同观测条件和观测对象时，配合相应的软硬件和测量方案，可形成不同的观测方案。

主要特点：

加速度计选项：“高动态范围”力平衡加速度计；“低噪声”力平衡加速度计-井下和拱顶支撑；水听器选项。
卓越的数据质量：宽动态范围、低本底噪声、低失真，高最大输出。
高可扩展性：支持数百个通道扩展。
最好的操作性能：超高速采样、长记录时长、智能触发算法。
时间同步：GPS可驯时钟：所有设备通过GPS模块对时；同步触发采集；主/从时间同步。
可靠的内置存储：工业级闪存、无数据丢失、大容量存储。
支持边记录边下载：下载当前或历史数据不中断当前记录状态。
灵活的外部存储：通过加固USB接口下载数据，不需中断当前记录状态。
普适的外接网络：支持实时数据网络，通过网络可边记录边下载，适用所有IPv4协议媒介，星型拓扑及菊花链WiFi网络。
内置检测功能：数据质量控制、设备检测、传感器检测。
检波器选项：可选内置2Hz检波器元件，1个纵向，2个剪切方向；任何外置检波器传感器（如1, 2, 4.5, 10, 16 Hz）；外置低频（<20s周期）三分量宽频带测震仪。

No.6

瞬变电磁法

瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。

城市道路地下病害体综合检测与风险评估作业能力评价办法(试行)

根据《城市道路地下病害体综合检测与风险评估作业能力评价办法(试行)》中要求，评价城市道路地下病害体综合检测与风险评估作业能力级别对应的设备、业绩、检测员数量要求如下：

参考文献

JGJ/T 437-2018 城市地下病害体综合探测与风险评估技术标准

郑文青 . 城市道路地下病害体探测工程案例分析

王艳霞 . 城市道路塌陷事故及灾害机理分析

城市道路地下病害体综合检测与风险评估作业能力评价办法 (试行)

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