探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法.doc

探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法 第34卷第5期 2010年10月 物探与化探 GEOPHYSICA【amp;GEOCHEMICALEXPLORATION Vol_34.No.5 0e1..2010 探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法 薛建,曾昭发,王者江,刘明辉 (1.吉林大学地球探测科学-9技术学院,吉林长春130026;2.吉林省第六地质调查所,吉林延吉 133001) 摘要:地下空洞探测是地铁施工中的重要检测内容之一,探地雷达具有在城市道路上快速检测的特点『『『『被广泛应 用.以北京某地铁沿线的空洞探测为例,着重讨论地下空洞的赋存空问,探地雷达探测空洞的技术方法和常见异 常的特征等问题,分析了城市环境中探地雷达剖而卜的常见异常,为开展该项工作提供一定的借鉴. 关键词:探地雷达;地下空洞探测;_r扰异常;地铁施工检测 中图分类号:P631文献标识码:A文章编号:1000—8918(2010)05—0617—05 在地铁施工过程中,地铁沿线的地下空洞严重 威胁着地铁施工安全和地面的交通,行人安全,因 此,地下空洞探测已被纳入地铁施工中的重要检测 内容,如北京地铁4号线,6号线,l0号线等.在地 下空洞检测中,探地雷达方法由于具有适宜在城市 道路上快速检测的特点而被广泛应用,并已取得了 初步成果.然而,在城市道路上进行探地雷达探测, 城市环境下诸多的电磁干扰源,复杂的地质环境和 地下管网结构使空洞异常的提取非常困难,在实施 过程中有诸多的技术问题需要逐步认识,空洞探测 和异常分析的技术方法也有待进一步成熟. l空洞形成的机理分析 根据前人资料分析,除溶洞以外的地下空洞的 形成机理和赋存空间可概括如下. (1)地下水流动包括垂直渗流和缓倾流动,是 产生空洞的地质因素之一.在垂向不同粒度岩土层 界面和水平向不同粒度分界处,水流速度的变化导 致水体携带物质后补偿不足形成空洞,这类空洞分 布在不同粒度岩土层界面粒度较细的一侧. (2)地下管线开挖施工后回填不密实,在重力 作用下松散的土体下沉使其上部形成空洞.这类空 洞分布在地下管线周围. (3)地下管线渗漏形成水流,如果渗流部位的 岩土层透水,使得物质流失较快形成空洞.这类空 洞分布在渗漏的源头. (4)基建施工中,当地下水被大量排出,如果储 水层上部为松散地层,则造成松散地层底部物质的 收稿日期:2009—08—10 快速流失形成空洞.这类空洞分布在储水层与上部 松散地层的接触界面上. (5)自然沉降作用下,当上部地层为密实层,而 下部为松散层时,松散层逐渐下沉后物质补偿不足 形成空洞.这类空洞分布在密实层与松散层的接触 界面附近. (6)地下人防工程的管理不善,大量泥沙流人 洞中,使其上方形成空洞. 2空洞异常的形态特征分析 由探测实践可知,当空洞埋深较小时,空洞异常 在探地雷达剖面上具备如下特点: (1)在空洞异常部位,探地雷达剖面上反映地 层信息的近水平状反射波同相轴突然消失; (2)空洞异常表现为双曲线形态,在双曲线的 顶部反射能量最强; (3)空洞与周围介质具有较大的物性差异,在 空洞的部位将出现较发育的多次波; (4)空洞内为空气时,电磁波在空洞中传播的速 度大,视频率相对高,反映为细条纹的双曲线形态; (5)空洞内为水或松散土体时,电磁波在空洞 中传播的速度低,视频率相对低,异常表现为粗条纹 的双曲线形态. 如果空洞埋深较大,如4Ill以下,空洞异常的形 态为双曲线形态,但由于地层的吸收,空洞的反射或 绕射波十分微弱,多次波不发育,异常较难识别. 图1,图2为使用SIR一3000探地雷达探测的地 下通道和下水管道的剖面.地下通道埋深约1m, 物探与化探34卷 05lO 0 100— 200— 00 4姜100 6 S200 图1通过地.通道的探地雷达剖面 宽约10m,下水管道埋深约4m,管径约1FII.比较 两图可以看出,空洞埋深较浅且空洞内为空气时,异 常的反射振幅较强,多次波发育;埋深较大且空洞内 为水时,异常的反射振幅较弱,多次波不发育. 3空洞探测的技术方法 地铁沿线的地下空洞探测以探地雷达为主要技 术手段,其他物探方法,如高密度电法,浅层反射地 震波法或地震影像法等作为辅助手段.在满足条件 的地段使用.在利用探地雷达对北京某地铁沿线地 下空洞探测中,采取的技术方法可分为内业和外业 工作. 3.1外业工作技术方法 (1)收集地勘资料,地下管线资料和人防工程 资料,了解目标深度内岩土介质的分布特征和地下 水分布特征,分析空洞可能的赋存空间,为空洞探测 和解释提供参考. (2)开展实地考查,了解沿线各地段开展探地 雷达探测的适宜性,并结合地质资料和地下管线资 料确定出重点检测地段,即地下水的作用能够产生 空洞的地段和过水管线分布地段. (3)