路面地下空洞檢測(cè)及修復(fù)方案探究

樊 杰

（北京市政路橋管理養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 101300）

現(xiàn)代城鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)復(fù)雜多樣化的地下條件，使得地下管線及空洞探測(cè)成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)，需要精確、高效的技術(shù)手段支持。探地雷達(dá)技術(shù)因其高效性和精確度，已成為地下空洞檢測(cè)領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。

探討和分析北京市某區(qū)域內(nèi)道路地下空洞的檢測(cè)及修復(fù)方案，強(qiáng)調(diào)地質(zhì)雷達(dá)與地理信息系統(tǒng)（GIS）集成技術(shù)在此過程中的應(yīng)用及效益。通過對(duì)已有研究成果的分析與整合，指出現(xiàn)有地下空洞檢測(cè)技術(shù)在特定環(huán)境下的局限性與挑戰(zhàn)，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件和城市化程度高的區(qū)域。研究表明，盡管探地雷達(dá)技術(shù)在地下管線探測(cè)中顯示出較高的可行性與效率，但在實(shí)際操作中，仍需面對(duì)數(shù)據(jù)處理復(fù)雜、解釋困難等問題。此外，綜合使用探地雷達(dá)與GIS 集成技術(shù)，能夠有效提高地下管線探測(cè)的準(zhǔn)確率和效率，為地下空洞檢測(cè)提供更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

因此，基于地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)與GIS 集成技術(shù)，提出一套針對(duì)地下空洞檢測(cè)與修復(fù)的綜合方案。通過實(shí)地調(diào)查與檢測(cè)，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法，設(shè)計(jì)一系列針對(duì)性的修復(fù)措施，旨在提高道路基礎(chǔ)設(shè)施的安全性與穩(wěn)定性，減少由地下空洞引發(fā)的城市安全風(fēng)險(xiǎn)。研究意義在于，深入探索地下空洞的檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)，為城市基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，對(duì)于促進(jìn)城市安全管理、提升公共安全水平具有重要價(jià)值。

1 現(xiàn)場(chǎng)情況

以北京市某區(qū)域內(nèi)的道路為例，該區(qū)域位于北京市中心，周邊以商業(yè)建筑、住宅區(qū)及交通設(shè)施為主，地下管線密集，包括水管、電纜、燃?xì)夤艿?，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于長(zhǎng)期承受重載交通及地下水位變化，部分道路出現(xiàn)不同程度的沉降現(xiàn)象，引起公眾與管理部門關(guān)注。在此背景下，對(duì)該區(qū)域內(nèi)道路進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括道路表面裂縫、沉降狀況，以及通過地質(zhì)雷達(dá)等技術(shù)手段初步評(píng)估地下可能存在的空洞。

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與檢測(cè)

2.1 人工檢測(cè)

人工檢測(cè)主要側(cè)重對(duì)道路表面的直接觀察，包括裂縫、沉降及其他可能顯示地下空洞存在的跡象。技術(shù)人員通過詳細(xì)記錄道路表面狀況，配合測(cè)量工具對(duì)沉降區(qū)域的深度與范圍進(jìn)行精確測(cè)量。此方法的優(yōu)勢(shì)在于直觀、快速，能夠迅速鎖定疑似問題區(qū)域，為后續(xù)深入檢測(cè)提供初步數(shù)據(jù)支持。

2.2 CCTV 檢測(cè)

CCTV 檢測(cè)通過將帶有攝像頭的探測(cè)器置入地下管道，利用視頻監(jiān)控技術(shù)對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。此方法特別適用評(píng)估地下管線的狀態(tài)，識(shí)別管道漏洞、破裂或與地下空洞相關(guān)的其他異常情況。CCTV 檢測(cè)能夠提供管道內(nèi)部清晰的視覺資料，使技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確判斷地下結(jié)構(gòu)的完整性，進(jìn)而評(píng)估可能對(duì)道路穩(wěn)定性構(gòu)成威脅的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2.3 二維地質(zhì)雷達(dá)

二維地質(zhì)雷達(dá)，一種利用電磁波探測(cè)地下結(jié)構(gòu)的非破壞性檢測(cè)技術(shù)，能夠有效穿透地表，探測(cè)地下的異常區(qū)域，包括空洞、裂隙及其他地下結(jié)構(gòu)。檢測(cè)工作通過發(fā)送高頻率電磁波并接收其反射波，分析反射波的特性來識(shí)別地下的不同介質(zhì)。電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度和反射特性的差異，使得技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確地識(shí)別地下空洞的位置、大小及形狀。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)調(diào)查工作量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)調(diào)查工作量統(tǒng)計(jì)表

兩處存在異常區(qū)測(cè)線A、測(cè)線B，見表2、表3。

表2 測(cè)線A 成果表

表3 測(cè)線B 成果表

2.4 取樣結(jié)果

應(yīng)用路面結(jié)構(gòu)鉆孔取芯機(jī)，調(diào)查結(jié)果見表4、表5。

表4 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)成果匯總表

表5 路面結(jié)構(gòu)鉆芯取樣結(jié)果匯總表

結(jié)果顯示，該區(qū)域共有5 個(gè)主要的隱患區(qū)域，各自展示不同類型的道路下方問題，包括路面沉陷、路面修補(bǔ)需要及路面裂縫。

應(yīng)用路面結(jié)構(gòu)鉆孔取芯機(jī)進(jìn)行的取樣分析為這些隱患點(diǎn)提供更具體的基層特征信息。取樣結(jié)果使得技術(shù)人員能夠更加精確地了解每個(gè)隱患點(diǎn)下方的土質(zhì)狀況，為制定修復(fù)方案提供科學(xué)依據(jù)。

例如，路面沉陷通常與基層完整性損壞有關(guān)，而鉆孔取樣結(jié)果表示基層的具體損壞程度和類型，如水泥與碎石脫空，或者直接到達(dá)底層泥土的情況。對(duì)于路面修補(bǔ)區(qū)域，取樣結(jié)果可能指出需要特別注意的基層斷開區(qū)域。路面裂縫的區(qū)域，則可能通過取樣結(jié)果確認(rèn)裂縫下的基層情況，例如基層是否斷開或基層已碎，以及裂縫對(duì)下方土層的影響。

培訓(xùn)之后，進(jìn)行集中封閉式的崗位測(cè)評(píng)。選定同一時(shí)間、同一地點(diǎn)，由全部職能科室主任組成的評(píng)審團(tuán)隊(duì)各自獨(dú)立地根據(jù)崗位說明書對(duì)所有參評(píng)崗位按照評(píng)價(jià)要素逐一打分，填寫“北醫(yī)三院職能部門崗位評(píng)價(jià)評(píng)分表”。

2.5 加長(zhǎng)桿改裝鉆孔取芯機(jī)

在對(duì)區(qū)域2 和區(qū)域3 初步探查后，采用加長(zhǎng)桿改裝的鉆孔取芯機(jī)對(duì)這兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行深入探查。此次改裝旨在提高鉆探深度，以便更準(zhǔn)確地評(píng)估地下隱患點(diǎn)的具體情況，重點(diǎn)研究對(duì)于那些初步檢測(cè)表明可能存在較深層次問題的區(qū)域。

加長(zhǎng)桿改裝鉆孔取芯機(jī)通過增加鉆探桿的長(zhǎng)度，使得鉆探能夠到達(dá)更深地層，從而獲取更深層次的地質(zhì)信息。改裝對(duì)于深入理解地下結(jié)構(gòu)，尤其是探測(cè)深層隱患點(diǎn)（如較深的空洞或土層不穩(wěn)定區(qū)域）具有重要意義。通過此種方式，技術(shù)團(tuán)隊(duì)能夠獲得更加詳細(xì)的地質(zhì)數(shù)據(jù)，包括土壤類型、土壤密實(shí)度、水分含量等。見表6、表7。

表6 區(qū)域2 土壤深層探查結(jié)果

表7 區(qū)域3 土壤深層探查結(jié)果

對(duì)于區(qū)域2，加長(zhǎng)桿鉆探的應(yīng)用表明地下較深處存在一些結(jié)構(gòu)問題，比如基層材料的斷裂或脫空現(xiàn)象，導(dǎo)致路面需修補(bǔ)的根本原因。在區(qū)域3，深層鉆探則表明路面沉陷背后更復(fù)雜的土質(zhì)問題，如下方存在較大的空洞或土壤過于疏松。

3 修復(fù)方案決策

3.1 問題和原因分析

在對(duì)北京市某區(qū)域內(nèi)道路地下空洞檢測(cè)及修復(fù)方案進(jìn)行綜合分析時(shí)，明確發(fā)現(xiàn)路面沉陷與裂縫問題直接關(guān)聯(lián)于地下空洞的存在及土壤穩(wěn)定性降低。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)及深層土壤探查揭示，地下水活動(dòng)引發(fā)的土壤沖刷是形成地下空洞的主要原因之一。地下管線的老化或泄漏導(dǎo)致水分非均勻分布，影響土壤結(jié)構(gòu)和密實(shí)度，是路面沉陷的直接誘因。

具體而言，區(qū)域2 與區(qū)域3 的土壤深層探查結(jié)果顯示，土壤密實(shí)度逐層減小、水分含量增加，這些現(xiàn)象表明土壤承載能力下降，直接導(dǎo)致上方路面出現(xiàn)沉陷與裂縫。此外，不均勻的土壤壓縮及地下建設(shè)活動(dòng)引起的直接干擾，加劇路面結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。地下建設(shè)活動(dòng)將改變地下水流向，直接破壞土壤層結(jié)構(gòu)，形成空洞，導(dǎo)致路面沉陷。

同時(shí)，路面材料的疲勞與自然老化也是路面問題形成的關(guān)鍵因素。長(zhǎng)期承受交通荷載和環(huán)境因素的影響，路面及其基礎(chǔ)設(shè)施的材料強(qiáng)度逐漸降低，加劇路面裂縫和沉陷發(fā)生。此過程中，地下水活動(dòng)與土壤條件的變化起到催化作用，使得原有的微小裂縫或弱點(diǎn)迅速擴(kuò)展，形成明顯的路面損害。

3.2 修復(fù)方案

利用閉路電視（CCTV）檢測(cè)技術(shù)對(duì)所有疑似泄漏或損壞的地下管線進(jìn)行全面的內(nèi)部檢查。針對(duì)檢測(cè)到的管道損壞，采用無開挖修復(fù)技術(shù)（Cured-in-Place Pipe, CIPP）進(jìn)行修復(fù)。對(duì)于嚴(yán)重?fù)p壞或技術(shù)評(píng)估認(rèn)為無法通過內(nèi)部襯里修復(fù)的管道，將進(jìn)行局部或全面更換。在更換過程中，優(yōu)先考慮使用具有更高耐久性和抗腐蝕性的材料，如高密度聚乙烯（HDPE）管材，以提高管道系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性。結(jié)合水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，對(duì)地下水流動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，可能包括設(shè)置排水系統(tǒng)或調(diào)整地下水位，以減少地下水對(duì)管道及周邊土壤穩(wěn)定性的潛在威脅。修復(fù)完成后，實(shí)施長(zhǎng)期的管道監(jiān)測(cè)計(jì)劃，包括定期使用CCTV 技術(shù)檢查管道狀態(tài)和實(shí)施地下水位監(jiān)測(cè)，確保修復(fù)措施的效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理新的問題。

3.2.2 路基土體加固

采用化學(xué)穩(wěn)定劑，如石灰或水泥，與原土混合，提高土壤的承載力和穩(wěn)定性。此方法通過改善土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，有效防止水分對(duì)土壤的不利影響，減少土壤的可壓縮性。利用深層攪拌機(jī)械，在土體中混合硬化劑，形成連續(xù)的混凝土攪拌樁，增加土體的整體穩(wěn)定性。在土壤較為疏松或存在大型空洞的區(qū)域，采用預(yù)制樁或現(xiàn)場(chǎng)灌注樁對(duì)地基進(jìn)行加固。樁基能夠有效傳遞上部結(jié)構(gòu)的載荷至更深層、更穩(wěn)定的土層或巖石上，提高地基的整體穩(wěn)定性。在斜坡穩(wěn)定性或土壤側(cè)向移動(dòng)控制方面，采用土釘墻和錨固技術(shù)進(jìn)行加固。通過增加土體的抗剪強(qiáng)度，提高土體的穩(wěn)定性，防止土壤位移。

3.2.3 路面修復(fù)

對(duì)路面裂縫進(jìn)行徹底清理后，使用高強(qiáng)度、高彈性的填縫材料進(jìn)行填補(bǔ)，以防水分滲透和裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。對(duì)于嚴(yán)重沉陷或損壞的路面區(qū)域，采取路面銑刨后重鋪的方法。選擇高質(zhì)量的瀝青混凝土或水泥混凝土材料，根據(jù)道路使用情況和預(yù)期壽命要求，設(shè)計(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)。在路面局部沉陷不嚴(yán)重但需要提高承載力的區(qū)域，采用路面加固技術(shù)，如在現(xiàn)有路面上施加一層加固層，增加路面的整體強(qiáng)度和耐用性。改善道路兩側(cè)及地下的排水系統(tǒng)，確保雨水和地下水能夠及時(shí)有效地排除，減少水對(duì)路基和路面的侵蝕和損害。

4 結(jié)語

基于通過綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、二維地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)與加長(zhǎng)桿改裝鉆孔取芯機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，深入分析北京市某區(qū)域內(nèi)道路地下空洞的檢測(cè)與修復(fù)問題，揭示道路損害的多重原因并提出針對(duì)性的修復(fù)方案。研究顯示，地下水活動(dòng)、地下管線老化泄漏、土壤穩(wěn)定性降低等因素是導(dǎo)致路面沉陷和裂縫的主要原因?；谶@些發(fā)現(xiàn)，文章提出了包括管道修復(fù)、路基土體加固以及路面修復(fù)在內(nèi)的綜合修復(fù)策略，旨在從根本上解決問題，恢復(fù)道路的穩(wěn)定性和安全性。