物探方法在地面塌陷隐患探查中的应用

2021-10-30吴柳军

世界有色金属 2021年10期

吴柳军

（上海市岩土工程检测中心，上海 200436）

1 引言

地面安全作为智慧城市安全运行的重要因素，开始被各个城市重视起来[1]。而地面塌陷的诱因有很多，往往我们只能从塌陷事故中反推诱因，再从诱因分析塌陷机理，从而更好地进行道路塌陷预防和治理[2]。本文依据工作任务，采用地质雷达[3]和地震映方法进行综合物探检测，通过像钻孔摄像和管道CCTV检测对隐患区进行验证。

2 物探方法及其原理

2.1 地质雷达

地质雷达探测技术是近年来为适应快速、准确无损探测地下障碍物或对地下工程质量评价而迅速发展的方法技术。地质雷达（Ground Penetrating Radar 简称GPR）方法是一种广谱电磁技术，是利用特制的天线向下发射高频电磁波，频率一般为几十到几千兆赫兹。这些电磁波在地下传播过程中，其传播速度受地下介质的介电常数的影响比较大，当遇到介电常数不同的物体或地层时，比如管道，将产生反射绕射波并返回地面。当地下介质的介电常数为已知时，便可知道电磁波在介质中的传播速度，根据测到的电磁波的准确旅行时，求出反射体的深度。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，且介质一般横向和纵向的不均匀性比较大，故在地面接收到的信号也有所不同，反映在接收到的信号上，有振幅、频率及相位等的变化。

本次探测主要采用美国GSSI公司SIR-20型探地雷达利用脉冲波来探测地质情况。具有高保真效果，探测深度较大，全程数字控制和数字化采集等特色，能满足较深地下异常体的要求。仪器使用美国GSSI公司SIR-20地质雷达，工作原理见图1。

图1 地质雷达法探测原理图

2.2 地震映像

地震映象勘探是通过在地面人工激发地震波，地震波在地下介质传播过程中，遇到不同介质的分界面时(即存在波阻抗差异界面)，产生一定能量的反射波并返回地面，经布置在地面的检波器接收后输入地震仪，通过地震仪进行信号放大和采样后将波形数据记录储存。通过计算机和人工对接收到的地震波的时间，相位和振幅等信息进行处理和分析，计算地下介质波的速度和埋深，以确定地下异常段的形态和位置。

3 应用实例

3.1 现场概况

经现场踏勘及收集资料，被测区域有大量杂物、家具等，被测区域已经发生地面塌陷，塌陷范围约3.5米×3.5米，塌陷深度约3.6米。会同当地房管局、区建交委及物业公司对附近地下管线资料调查，并实地勘察。发现塌陷区域附近有管线通过，并对周围住户进行访问，该地区无重大车辆通过，近些年没有房租建造情况，经过现场勘察，此区域满足地质雷达和地震映像的检测条件。

3.2 测线布置

根据现场条件，为了能够有效反应附近区域地下情况，测线布设尽量利用有限工作空间，避开路面障碍物及周围铁磁性物体干扰，采用地质雷达（主频100MHz天线、400MHz天线）及地震仪对现场进行探测，探测前进行相应设备调试、增益调整、滤波等参数设置。现场共布设雷达4条测线、地震映像测线4条，验证孔2个，CCTV1条。

3.3 探测过程

根据掌握的现场情况，在塌陷附近展开物探检测，其中，同一测线采用地质雷达和地震映像重复检测，其中地质雷达采用两种频率雷达天线：1100MHz天线和400MHz天线，采用不同雷达天线同一测线和同一测线不同物探手段进行对比手段进行检测。在检测过程中，测线1与测线二平行，位于塌陷位置北侧，测线3位于塌陷位置南侧。测线1和测线2间距仅为0.5m，此次探测中对测线2进行验证孔验证时，通过钻孔摄像同时满足了对测线1的验证。

4 综合应用效果分析

在完成了野外地质雷达法、地震映像探查工作后，对数据进行处理后成图，获得了地质雷达、地震映像成果图，针对部分具有代表性的图形进行分析，总结被测区域地下隐患情况。

4.1 探测资料解释

CX1测线探测成果：100MHz（图2）地质雷达测线5.0m～6.5m位置，深度自1.0m～2.5m范围内电磁波同相轴错乱，与400MHz（图3）地质雷达测线对应位置处出现强反射波一致。地震映像（图4）测线5.8m～7.4m范围，深度自0.004s往下，地震波同相轴错位，与地质雷达探测结果基本一致。

图2 CX1测线100MHz地质雷达

图3 CX1测线400MHz地质雷达

图4 CX1测线地震映像

CX2测线探测成果：100MHz（图5）地质雷达测线5.2m～6.7m位置，深度自1.0m～2.5m范围内电磁波同相轴错乱，与400MHz（图6）地质雷达测线对应位置处出现强反射信号一致。地震映像（图7）测线6.4m～8.6m范围，深度自0.004s往下，地震波同相轴错位，与地质雷达探测结果基本一致。推测病害区与验证（图8）比较符合。