早期坑地道人防工程地質隱患特點及綜合勘測

晏月平，張葉鵬

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早期坑地道人防工程地質隱患特點及綜合勘測

晏月平，張葉鵬

(湖南省有色地質勘查局 二四七隊，湖南 長沙 410129)

從早期坑地道人防工程綜合整治的重要性及綜合勘測的必要性出發(fā)，以工程隱患綜合勘測為目標，從歷史變遷、地質變化及人文活動等方面討論了坑地道人防工程的隱患特征，結合生產(chǎn)實例討論了工程地質隱患的主要勘測方法，并以高密度電法、地質雷達為重點，討論了利用地球物理方法進行隱患識別的方法，總結了典型隱患體的異常規(guī)律。結論認為，早期坑地道人防工程隱患可以劃分為固有隱患、地質隱患、人為隱患三種類型，在隱患排查時需要有綜合勘察思路。

人防工程；工程隱患；綜合勘測；物探;地質雷達

(Team247,HunanProvincialNonferrousMetalsGeologicalExplorationBureau,ChangshaHunan410129,China)

1 引 言

早期地下人防工程一般指20世紀70年代前后修建的適于當時戰(zhàn)爭技術的人防設施，所處地理位置優(yōu)越，坑地道人防工程是早期地下人防工程的主要類型。但受當時施工及設計技術等條件的影響，這些工程的平戰(zhàn)功能與新形式下人防工程建設[1]、城市地下空間規(guī)劃[2]等要求存在較大的差距，同時，由于年代久遠及地面建筑頻繁，各類工程隱患[3]突出。隨著現(xiàn)代城市綜合功能的高度發(fā)展及戰(zhàn)爭技術的大幅提高，對這些人防工程能否有效發(fā)揮平戰(zhàn)功能提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，因此，早期人防工程的綜合治理[4]已引起了相關部門的高度重視。但由于地下人防工程的特殊性，治理前期的勘測工作沒有可參照的技術依據(jù)，勘測工作的開展大都具有一定的盲目性，影響了勘測技術的設計和最終的效果。

本文在已有工作的基礎上，以早期坑地道人防工程為例總結了工程地質隱患的特征，介紹了排查隱患的的技術手段，為此類工作的開展提供了參考。

2 工程地質隱患特征

坑地道工程是利用工程上部覆蓋層與工程支護(被復)結構共同組成的承載結構的工程。早期工程大都建于20世紀60年代末～70年代初，相對現(xiàn)代工程，大都缺少統(tǒng)一規(guī)劃、缺乏經(jīng)驗、存在技術力量不足、質量較差等現(xiàn)象，目前，這些工程的隱患已非常突出，有些已帶來了工程災害。為便于隱患的排查及勘測設計，本文分析了工程隱患的表現(xiàn)形式，并以成因為依據(jù)將各類隱患劃分為三種類型，即固有隱患、地質隱患、人為隱患。

1)固有隱患。指受設計、施工技術不完善或建設標準較低而存在的一些隱患，主要表現(xiàn)形式有：坑室上覆厚度不足、上覆體強度不足；坑室周圍工程地質情況不清楚；坑室土建不完善、抗力等級及防護等級較低或不明確；采用塊石和混凝土混合建造而導致防護性能差、防水能力不足。如圖1中的①②③④所示。此類隱患的主要危害特征是導致人防工程的平戰(zhàn)功能失效或低效，同時，也因對工程地質情況認識的不足，會存留未經(jīng)治理的地質隱患。

2)地質隱患。主要指坑室周圍水文工程環(huán)境等綜合地質情況發(fā)生改變而造成的一些地質隱患，這些隱患一般難以直接發(fā)現(xiàn)，主要形式為塌洞、泥化、空洞、裂縫，直接誘因有水土流失、人文活動，在坑室的表象主要有構筑物變形縫、施工縫、滲漏水、土渣脫落、底板積水積泥等。如圖1中的②③④⑤⑥所示。此類隱患的主要危害特征是導致人防工程的損壞，造成地面建筑物的破壞，嚴重時會導致生命財產(chǎn)的損失。

3)人為隱患。主要是指后期人文活動對坑室的直接或間接破壞。主要表現(xiàn)形式有樁基直接破壞坑室；因不明就里將坑室當作自然空洞而注漿回填；誤將坑室頂部當作穩(wěn)固地基的隱性懸掛樁基；地表施工對坑室上頂?shù)刭|環(huán)境的改變；坑室用途的非法改造；管道(線)建設使得坑室周圍環(huán)境更為復雜；檔案資料缺失而無法準確定位定性的盲洞。如圖1中的⑦⑧⑨⑩所示。這類隱患最直接的危害是破壞坑室、阻斷通道，最嚴重的危害是造成地面建筑物失穩(wěn)而導致生命財產(chǎn)的損失。

圖1 早期坑地道人防工程地質隱患示意圖Fig.1 Geological hidden defects and comprehensive survey of early underground tunnel civil air-defense engineering

3 隱患綜合勘測

坑地道工程地質隱患勘測的主要目標是為后期治理、開發(fā)利用提供依據(jù)，勘測方案需結合特定目的制定，但總的原則應是以坑道、坑室為重點，以構筑物上覆區(qū)為主要對象，同時考慮兩側及底板工程地質情況，系統(tǒng)地調查固有隱患、人為隱患，準確分析地質隱患，掌握各類隱患的分布特點，分析隱患的成因及危害性。

以往的勘測工作，大都是以單一任務為目標開展工作，雖然也有一些綜合性勘探工作[5]，但調查手段目標性不強，對隱患類型的分析不夠，提交的資料也缺少系統(tǒng)性，不利于綜合治理及開發(fā)利用的整體規(guī)劃。

本文從工程隱患類型出發(fā)，提出了采用現(xiàn)場調繪、歷史與現(xiàn)狀對比、物理勘察、工程勘察與現(xiàn)場測試等多手段相結合的綜合勘測[6]思路。

1)現(xiàn)場調繪。采用工程測量[7]與坑室編錄為主，物理檢測、地面調查、淺孔驗證相結合的綜合勘測方式。重新測量坑道、坑室空間分布及地面人文活動現(xiàn)狀，系統(tǒng)掌握封堵洞、盲洞、岔道口等重要信息，全面了解坑道、坑室構筑結構，系統(tǒng)排查坑室隱患點，準確掌握工程所處工程地質環(huán)境及上覆區(qū)厚度。

2)歷史與現(xiàn)狀對比。收集坑地道修建時期地形圖及最新衛(wèi)星影像圖，結合工程測量成果分析坑地道所在地段地面地物變化情況，掌握坑地道上部建筑物類型，并分析其對地下工程可能存在的危害，以及地下工程對地面建筑可能存在的安全隱患。

3)物理勘察。它是隱患勘察的一種主要手段[8]。根據(jù)前期調繪結果，根據(jù)地物類型及分布情況、地質隱患發(fā)育情況、工程地質情況，選擇不同的地球物理手段，有重點、分層次地開展物理勘察工作。主要目的有：了解指定地段隱伏地質隱患發(fā)育情況，了解坑室頂部及近圍巖土工程力學情況，配合測量工作，對測量無法進入的坑道采用物理勘察手段輔助定位定深。目前，較為常用的方法有淺層地震法[9]、探地雷達[10]、高密度電阻率成像[11]、瑞雷波法[12]、工程瞬變電磁法[13]等。由于物理勘察方法的特殊性，勘察效果受目標體狀態(tài)、施工環(huán)境、人文干擾等多種因素的影響，因而大工作開展前，需要在已有情況較為有利的地段開展對比試驗工作，以確定最佳技術手段和工作參數(shù)。

4)工程勘察與現(xiàn)場測試。通過淺鉆、開挖等手段對推斷的隱患點、工程地質現(xiàn)象利用常規(guī)工程勘察手段進行驗證，并輔以適當?shù)臏y試手段獲取巖土力學、水文環(huán)境等定量參數(shù)，為后期治理和改造提供科學依據(jù)。

4 實例分析

4.1 高密度電阻率法

高密度電阻率法實際上是集中了電剖面法和電測深法的電阻率法，屬于陣列勘探方法，能快速獲取大量地電信息并自動反演成像，是工程物探中常用方法之一，在地下人防工程隱患勘探中也是一種重要的方法，但該方法需要向地下打入電極，因此其應用受地表建筑物制約因素較多。

圖2為高密度電阻率法坑道勘探成果圖。工作區(qū)地表為平房區(qū)，地下有已知的坑地道分布，及與之相連但情況仍不清楚的封堵盲洞，圍巖以弱至強風化粉色砂巖為主，主洞壁以石塊及混凝土混合構建為主。為了確定盲洞位置，了解其完整性及延伸長度，排查可能存在的地質隱患并輔助盲洞測量，選擇了以高密度電阻率法為主的調查手段。圖2為通過調查確定盲洞走向后，在洞頂?shù)孛嫜刈呦虿贾玫目碧狡拭?，電極陣列采用雙偶極排列方式，排列順序為ABMN(A、B為供電電極，M、N為觀測電極)，點距1.5 m。圖2所示成果為反演成像結果，由圖可見，淺表及深部電阻率為相對低阻特征，在28.5～61.5 m間、深度約5.0 m處存在明顯的沿測線展布的高電阻異常，該異常兩端高值區(qū)明顯，電阻率大于10 000 Ω·m，中段相對平穩(wěn)，電阻率值與高值區(qū)存在近5 000 Ω·m的差異，大號端61 m的高阻體對應于主坑道(走向與剖面近垂直)，推斷小號端28 m處高阻體對應于盲洞的終點，高阻體展布位置即為盲洞所在位置，參考主坑道洞室高度確定盲洞高度，由于中段電阻率相對較低，反映洞室中段可能存在崩塌充填，洞室壁隔水功能減弱，由于洞室頂部可能已經(jīng)破壞，圍巖風化較強且含水，提出了將盲洞回填排除隱患的建議。

圖2 封堵盲洞電阻率成像及推斷結果Fig.2 Block blind hole resistivity imaging and inference

4.2 地質雷達法

地質雷達是觀測、研究大功率高頻電磁脈沖在地下電性界面上產(chǎn)生的回波特性的工程電法勘探方法。采用特定儀器向目標區(qū)域發(fā)送脈沖形式的高頻電磁波，電磁波在介質中傳播,當遇到存在電性差異的目標體，如空洞、分界面等時,電磁波便發(fā)生反射,由接收天線所接收，根據(jù)接收到的波形、強度、雙程時間等參數(shù)推斷目標體的空間位置、結構、電性及幾何形態(tài),從而實現(xiàn)對隱蔽目標體的探測。隨著硬件系統(tǒng)不斷發(fā)展完善，數(shù)據(jù)信號處理技術持續(xù)創(chuàng)新、拓展[14，15]，地質雷達已成為淺層地球物理勘測的重要手段[16]。

采用地質雷達可以排查早期人防工程中的大多數(shù)隱患，特別是地質隱患，如巖體完整性、基巖面、斷層破碎帶、裂隙區(qū)、富水區(qū)、塌陷或空洞等，這些地質隱患一般都具有獨特的異常特征。

圖3～圖5為在早期人防工程坑道內的勘測成果，深度為0 m代表洞室頂，深度值越大越接近地表。

圖3為塌陷體雷達影像圖，近頂板處同相軸連續(xù)，說明底層結構完整，離頂板約1.5 m處開始，在雷達圖像上的異常信號表現(xiàn)為多組同相軸弧形連續(xù)， 反射波振幅較強但波形復雜， 在相鄰道外有小規(guī)模繞射弧，同相軸連續(xù)性差。該特征反映了空洞的存在，但異常中心同向軸連續(xù)性較差、波形復雜，推斷空洞內可能存在崩塌物，因此推斷隱患體為塌陷體，近圍地質穩(wěn)定性差，具有導致地面建筑物損壞的重大安全隱患。

圖4為富水區(qū)地質雷達影像圖。近頂板處同相軸較連續(xù)，說明底層結構相對完整，但局部存在同相軸中斷并伴有強反射跡象，反映出頂板附近存在局部細小含水裂隙的可能。離頂板約0.9 m處開始，雷達圖像上出現(xiàn)連續(xù)多次反射波，局部強度較大、存在散射現(xiàn)象，同向軸不明顯。該特征反映出異常區(qū)具有介電常數(shù)的較大的物質存在，符合富水區(qū)的雷達異常特征，因此推斷隱患地質體為富水區(qū)，洞室頂板在異常部位存在浸水痕跡，反映出該處曾有水浸出。

圖5為裂隙發(fā)育區(qū)地質雷達影像特征。近頂板處同相軸連續(xù)，說明底層結構完整，離頂板約1.3 m處開始，在雷達圖像上的異常信號表現(xiàn)為往地表延伸的斜列規(guī)律性波形現(xiàn)象，同向軸連續(xù)性可分辨，但往地表方向迅速減弱，未見繞、散射現(xiàn)象，推斷該異常與裂隙發(fā)育有關，且局部含水。

圖3 塌陷體地質雷達影像特征Fig.3 Collapse body geological radar image characteristics

圖4 富水區(qū)地質雷達影像特征Fig.4 Rich water area geological radar image characteristics

圖5 裂隙發(fā)育區(qū)地質雷達影像特征Fig.5 Fracture zone geological radar image characteristics

實踐表明，不同性質隱患體，其雷達影像圖會表現(xiàn)出不同的特征，為了準確解譯各類隱患，需要在已知的典型隱患體上開展試驗性工作，總結各類隱患體的異常特征、異常規(guī)律，作為雷達圖像解釋的重要依據(jù)。表1是結合生產(chǎn)實際歸納的一些典型隱患地質體的雷達異常特征。

表1 幾種典型地質隱患體地質雷達圖像特征

5 結 論

早期人防工程年代久遠，地質形變及人文活動積累了大量的工程隱患，當代戰(zhàn)爭技術對其平戰(zhàn)功能提出了新的要求，整治過程的工程勘察不同于一般基礎工程勘察，需要考慮歷史的變遷、整治的要求、工程的現(xiàn)狀進行總體規(guī)劃，更為重要的是還需對地質隱患進行詳細排查，并提出治理措施。

早期人防工程的隱患可以歸納為固有隱患、地質隱患、人為隱患三大類型，在實際勘察時需要結合工程的人文變遷及任務目標提出綜合勘察思路，為工程整治提供較為全面的水文工程環(huán)境等綜合工程地質信息。

在地球物理勘測時，需要結合勘探的目標及所處地理、人文環(huán)境等條件選擇合適的方法，采取地面與洞室結合、多手段綜合運用的思路，在了解目標體物性特征、總結已知地質體異常規(guī)律的基礎上對獲取的異常進行解釋，提取隱患類型，分析其危險性，提出治理建議。

需要補充的是，在工程整治過程中還有一些必須查明的人文構建物，如近圍地下管線等，因此在實際工程勘察工作中，還需收集相關的資料，并補充諸如管線測量的相關勘測方法。

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The Characteristics of Geological Hidden Defects Over Civil Air-defense Engineering of Early Underground Tunnel and Comprehensive Survey

Yan Yueping, Zhang Yepeng

This paper starts from the significance of comprehensive control and necessity of comprehensive survey for civil ai-defense engineering of early underground tunnel. Aiming at comprehensive survey of hidden danger in the project, hidden danger characteristics are discussed from aspects of historical changes, geological changes, human activities and so on. The main exploration methods of engineering geological hazards are discussed in production practice with high density electrical method and geological radar as its emphasis to discuss the method of using geophysical method to identify the hidden perils, and summarize the abnormal rules of typical hidden dangers. The paper concludes that the hidden danger over civil air-defense engineering of early underground tunnel can be classified into inherent, geological and potential hidden danger for three types, which also needs a train of comprehensive surveying thought in hidden danger identification.

civil air-defense engineering; hidden danger of the project; comprehensive survey; geophysical prospecting; ground penetrating radar

1672—7940(2016)05—0666—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.018

晏月平(1967-)，男，高級工程師，博士，主要從事工程物探和礦產(chǎn)物探工作。E-mail:ys247@126.com

P631

A

2016-06-20