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城市排水管网地陷隐患探测方法及应用分析
发布时间:2017-07-26 11:25:32 ?????来源:未知
城市排水管网地陷隐患探测方法及应用分析
苏州市建设工程质量检测中心有限公司 ??周宝奇
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????摘要:随着城市发展速度的加快,城市排水管网地陷隐患对市民生命财产安全造成了很大的威胁,因此对地陷隐患进行探测尤为重要。物探方法在城市中应用受到诸多限制,选择正确的探测方法对隐患排查意义重大。通过对不同物探方法进行有效性试验,最终选取地质雷达技术及QV/CCTV探测某市排水管网地陷隐患,结合钻探结果证明了该方法在排水管网地陷隐患探测具有较好的效果。
关键词:排水管网;地陷;地质雷达;QV/CCTV ?
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1.引言

????城市排水管网地陷隐患作为新的城市地质问题随着其造成的财产生命损失越来越大,发生几率的频繁,越来越受到人们的重视。近年来全国超过50个城市发生过地陷,如2012年7月5日,长沙市湘江中路一路段突然塌陷,造成车毁人亡;8月14日,哈尔滨市南岗区辽阳街路面突然塌陷,4名路人坠深约10米的大坑,造成两死两伤;12月25日武汉市汉阳区一栋7层楼住宅中,一楼地面整体下陷,深达1.3米;7月31日至8月17日北京市,城区接连发生5起地陷事故;2013年3月至6月深圳市接连发生8起地陷事故造成多人伤亡等等。
????随着排水管网地陷事故的频繁发生,各地政府越来越重视对排水管网地陷隐患的探测与排除,2014年国务院办公厅出台了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》,文中明确指出要加强城市排水防涝设施建设与管理。因此利用物探无损探测手段,查找城市排水管网地陷隐患,对保障人民的生命财产安全显得尤为重要。

2.隐患的成因

????随着国内城市化进程速度的日益加快,城市从无到有、从小到大,市政基础设施建设发展迅速,许多基础设施问题相继暴露出来,社区排水管网问题就是其中之一。而排水管网问题主要表现在以下几个方面:
????1.管理遗留问题
????发展之初由于缺少归口统一管理各自为政、自建自排,雨、污水合用同一条管道就近排入河道。这种无管、无序的排水模式,另外未能全面掌握社区内污水的来源、流量及分布情况,加上排水用户的出户排水管与社区排水管网的私接错接等,导致社区排水管网设施凌乱分散、不成体系。
????2.规划遗留问题
????由于某些社区排水管网在建设时规划设计不完善或对发展速度预计不足,导致部分预留社区排水管道管径偏小、标高偏高,且城区河道为配合城市化建设,将原有河道暗渠化加盖处理压缩河道截面积,整个排水系统过流面积减小,致使社区排水管网中过流泥砂较多产生淤塞。
????3.施工质量问题
????个别施工单位技术力量欠缺、经验不足,特别是遇到地质情况复杂,施工难度大时容易出现施工质量问题,对排水管道基础施工不扎实致使排水管网在运行中出现不均匀沉陷,这就会导致管道局部积水、堵塞严重、接驳处开裂、管道断裂甚至出现塌陷事故;接驳不牢固、检查井施工质量差,井壁和与其连接管的结合处砌筑砂浆不饱满导致检查井渗漏、垮塌。另外,个别施工单位盲目追求工程利润偷工减料,私自埋设比设计管径小的排水管道,使用不达标的劣质管材就会在运行过程中出现堵塞、管道破损等问题。
????4.运营维护问题
部分社区排水管网由于日常维护管养不到位或因人为因素,导致管道堵塞、破损。主要有三种原因:一是部分排水管道施工完以后未及时移交,无责任管理单位进行日常维护管养;二是维护管养费用缺乏或无责任心,疏于日常维护管理;三是因遭到灾害或人为破坏引起社区排水管网功能性缺失及结构性破损。
5.管网附近建筑物施工
排水管网建好后,在后期建筑物施工过程中,易发生基坑支护不当、或附加荷载引起管网周围土体发生变形,引起排水管网破裂。
????排水管网的淤堵接驳不良等问题引起管网系统的结构性破损,导致在日常运行中管道内水流出现渗漏,渗漏的水流对管道周围土体冲刷,随着土体被水流带走在管道周围会产生土体不密实区域。如若未能得到及时的修复,土体不密实区域会进一步发展成为地下空洞,而当地下空洞达到一定规模,并发生路面负载过大或强降雨造成地下水位变化等周围环境变化时,空洞与周围土体平衡被打破则极易发生地陷现象造成人员财产损失。

3.探测方法的选择

????物探方法种类繁多,可应用于探测地下信息的方法有地震折射、反射,传统电法,高密度,地质雷达,磁法,QV/CCTV等。而在城市排水管网地陷隐患探测中受到城市条件的诸多限制,许多方法在探测中应用效果并不理想。结合排水管网地陷隐患的形成原因,并在现场对不同方法进行了有效性试验,最终选取QV/CCTV及地质雷达对城市排水管网地陷隐患进行探测排查。QV/CCTV具有仪器轻便,探测结果直观等优点,可直接用于排水管道的破损等情况检测,根据管道渗漏情况排查地陷隐患点。地质雷达利用高频电磁波在不同介质中衰减系数的不同,能有效地判别地下土体的不密实区域与赋水空洞区域,探测排水管网地陷隐患点规模与范围的大小。

4.应用效果实例分析

探测区位于道路或人行道下方,首先利用QV/CCTV对排查区的管网全线进行普查,对发现管道破损区域,再布置雷达测线,根据管径大小布置2~4条测线。地下管涵发生渗漏时会对周围土体冲刷导致土体不密实,随着土体流失渐渐形成空洞。而土体不密实及空洞区域往往赋水或形成空腔,在雷达图像上会形成强反射区域,为雷达探测地下隐患区域提供了有利条件。

4.1实例分析

4.1.1实例1

????在某路段QV/CCTV视频探测中,利用QV探头观察地下管道,发现该处管道存在裂缝有漏水现象:
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为进一步探明管道破损情况,从该井盖放入CCTV视频机器人,从近处进一步查清管道破损情况,发现在管道内部破损情况严重,管道顶部破裂,渗水情况严重。
在管道破损附近布置雷达测线,雷达波形显示存在强反射区域异常,雷达波形如下:
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????图中可以看到,大部分表层地面同相轴连续,同层同相轴宽度变化极小,无错断,无畸变,无倾斜及弧形反射特征,表示表层地面较为均匀,无明显的物性差异介质界面。
????但在73~75.5m段处雷达波反射强烈,发射波频率降低,同相轴错断,多次反射特征明显,存在明显的物性差异介质界面,而周围区域电磁波反射呈弱衰减,反射同相轴一致性较好。对比该区域与周围区域频谱特征,发现正常区域振幅能量主要集中在一个频率上且其值较为固定,而异常区域振幅能量集中在2个频率上与周围区域存在明显差异,推测为空洞异常[1-7]
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???????????正常区域频谱特征 ?????????????异常区域频谱特征
在该处布置钻孔验证,钻孔取芯0~0.06m为沥青层,0.06~0.4m为砂土,0.4~0.9m为砂质粘土,0.9~1.7m处为空洞,1.7~3.15m为砂质粘土,验证了QV/CCTV及地质雷达在城市排水管网地陷隐患探测的有效性。在该异常区域布置雷达测网,探明该空洞沿管道方向宽2.6m,垂直管道方向宽约1m,埋深约1m。

4.1.2实例2

在某路段QV/CCTV视频探测中,利用QV探头观察地下管道,发现该处管道存在变形现象:
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进一步探明管道破损情况,放入CCTV视频机器人,从近处进一步查清管道破损情况,发现在管道内部变形严重,存在垮塌现象。
在管道破损附近布置雷达测线,雷达波形显示存在同相轴紊乱区域异常,雷达波形如下:

在380-382m段处深度2m附近出现明显的绕射波并存在多次反射,该双曲线绕射弧是由圆形异常体引起。根据市政管线布置图,该异常为垂直测线方向的地下管线。
在371-372m段处深度1~2.5m附近同相轴错断,同层同相轴宽度不均匀,反射波能量较周围区域强烈,呈圆形波形散乱,但未形成明显的多次反射,证明该区域存在多个较小异常体,推测为土体松散所引起,且该区域无水填充。对比该区域与周围区域频谱特征,发现正常区域振幅能量主要集中在一个频率上且其值较为固定,而异常区域振幅能量集中在2个频率上与周围区域存在明显差异,推测为土体松散异常[8-12]
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????????????????正常区域频谱特征 ??????????异常区域频谱特征
避开地下管线在该土体松散区域布置钻孔,钻孔取芯0~0.16m为沥青层,0.16~0.7m为砂石垫层,0.7~2.7m为黄褐色沙体土,轻型触探显示1~2.6m处土体松散。验证了QV/CCTV及地质雷达探测的准确性,为进一步确定土体松散范围大小,在该异常区域布置雷达测网,探明该土体松散区域沿管道方向宽2.5m,垂直管道方向宽约0.8m,埋深约1m。

5.结语

1.QV/CCTV及地质雷达探测技术能探测出城市排水管道破损渗水引起的土体松散、空洞隐患,钻孔验证了QV/CCTV及地质雷达技术的探测效果,说明该技术对城市排水管网地陷隐患排查可行。
2.通过雷达波形分析,可以划分地下空洞或松散区域的深度及范围,且可根据反射波能量判读地下隐患体富水情况。
3.城市勘测中车辆来往及高压电线等对雷达信号有影响,街道环境复杂勘测线路往往多障碍物,建议在勘测中取得相关部门配合并在探测中增加雷达信号强度采取多次叠加,以提高信号中信噪比,取得更加纯净的雷达波形,使得雷达波形容易处理及解释。
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