空洞探测（精选三篇）
空洞探测 篇1
南京市浦口区凤凰山公园西坡地下土层中建有防空洞, 在地质灾害勘查中需查明地下防空洞分布情况, 为地质灾害评价及治理提供物探依据。
2地质概况及地球物理特征
测区范围位于南京市浦口区凤凰山公园西侧边坡, 根据钻探资料揭示, 场地地层自上而下为:素填土、粉质黏土、砂岩。据地质及邻区地球物理资料显示, 区内岩土的电阻率及电磁波速度见表1。
防空洞位于土层内, 对于防空洞来讲, 可能出现的情况是空洞或充填塌陷土, 无论出现哪种情况, 特别为空洞时, 都与围岩存在一定的电性差异, 这是利用高密度电法进行防空洞探测的地球物理前提。
地质雷达利用高频电磁波 (主频为数十至数千兆赫) , 以宽频带短脉冲形式, 由地面发射天线 (T) 送入地下, 在地下遇到两不同介质的界面时, 高频电磁波将被反射回地面, 由另一天线 (R) 接收。电磁波在介质中传播时, 其路径、电磁波强度与波形将随着所通过介质的电性及几何形态变化而变化。因此, 研究接收到的电磁波旅行时 (双程走时) 、波形与波幅变化规律, 可判断地下介质的结构。防空洞的内介质电性及几何形态与围岩均有明显差异, 通过对地质雷达波形的分析, 可以判断是否存在防空洞。
3工作方法及技术
3.1技术思路
根据现场踏勘结果, 测区为山坡地, 地表主要为土, 根椐以往经验及本次试验结果, 此次工作采用以高密度电法、地质雷达为主, 地震映像为辅的探测手段。
3.2测线布置及定位
根据现场地形条件及目的任务, 共布置22条测线, 其中7条测线开展高密度电法探测, 2条测线开展地震映像探测, 22条测线都开展地质雷达探测, 各测线位置图如1所示, 各测线方位、长度及施工方法见表2。
测线采用测绳量距1:500地形图定点测量方式, 并在测线两端点使用木桩做好标记。
4防空洞异常判别
4.1地质雷达异常
依照地质雷达的工作原理以及以往的工作经验, 防空洞上方的地质雷达波形常常会显示抛物线状的圆弧 (见图2) , 圆弧顶中心对应洞中心, 圆弧顶深则表示洞的埋深, 而洞的下底由于上顶信号过强压制, 使得下部信号较模糊, 洞在测线方向的水平宽度有时因上顶信号强也难以确定, 可依据经验判别。
4.2高密度电法异常
依照高密度电法的工作原理以及以往的工作经验, 当地下存在防空洞时, 如果没有回填其它介质, 洞为高阻体;如果回填了其它介质, 防空洞的电性由该介质决定。图3为某地充填土的防空洞, 表现为圈闭低阻异常。
根据上述判别原则, 逐线分析对比地质雷达波形图和高密度电法视电阻率断面等值线图, 判定是否存在防空洞。
5物探成果及解释
5.1高密度电法成果及地质解释
在C5线、C11线、C12线、C17线、C18线、C21线、C22线, 共7条测线上进行了高密度电法工作。其中, C5线发现有低阻异常, 具体为:从图4可直观地看出在C5测线18~19m段出现封闭的低阻异常, 推测该部分异常由地下防空洞引起。其余6条高密度电法测线则未发现明显的封闭低阻或高阻异常。
5.2地质雷达成果及地质解释
图5为C6测线的地质雷达时间剖面图, 从图中可发现, 在210~270点号间即测线9~11m段出现波形异常, 表现为210~270段出现反射波, 相位增多, 推测为防空洞反映。
在22条测线进行了地质雷达探测, 探测结果有5条雷达测线发现有异常反映, 具体为:
图6为C7测线地质雷达时间剖面图, 从图中可发现, 在260~300点号, 即测线10~11.5m段出现反射相位畸变, 圆弧状顶及相位缺失等现象, 推测该段为防空洞的反映。
图7为C8测线地质雷达时间剖面图, 从图中可看出, 在340~380点号, 即测线13~15 m段出现圆弧状反射相位, 推测为防空洞顶面反射引起。
图8为C10线测地质雷达时间剖面图, 从图中可看出, 在220~290点号段出现圆弧状反射相位, 推测为防空洞的反映。
图9为C17测线地质雷达时间剖面图, 从图中可看出在60~73点号即测线7~9m段出现圆弧状反射相位, 推测为防空洞的反映。
据当地曾参与挖防空洞的居民介绍:凤凰山防空洞建于20世纪60年代末至70代初, 多为土洞。目前, 保存较好且仍在利用的防空洞位于凤凰山南侧山脚, 该部分防空洞已采用钢筋混凝土及砌砖进行了加固, 该处防空洞采用引入控制点至地下防空洞内直接用测量方法进行测绘 (图1中蓝色实线位置) 。洞中有A、B两个通往北侧的洞口。
根据高密度电法及地质雷达发现的异常位置, 结合已知防空洞内部结构特征和A、B两个通往北侧的洞口位置, 进行综合分析, 可划分两个防空洞, 即Ⅰ防空洞和Ⅱ防空洞 (见图1) 。Ⅰ防空洞位于南侧通往凤凰阁道路的西侧, 走向近北北东向, 穿越C5线、C7线、C8线、C9线、C10线, 再往北C11线上无明显信号;Ⅱ防空洞位于南侧南京市浦口区环境监测大队办公房的地下, 走向近北北东向, 穿越C5线、C6线, 由于受建筑物影响, 测线不好布置进行追踪, 再往北C12线上无明显信号。
Ⅰ防空洞和Ⅱ防空洞与已知防空洞相连的洞口目前已用砌砖封死, 在洞口处打开洞口对内部进行了观测, 发现洞口内部已堆满土, 防空洞为土洞, 综合分析推断Ⅰ防空洞和Ⅱ防空洞洞顶标高18m左右, 洞高近2m, 洞宽1.5m左右, Ⅰ防空洞埋深8~12m, Ⅱ防空洞埋深8~9m。
据当地居民反应, 在西坡山脚下过去曾见多个洞口, 并出现过多次小规模的塌方, 洞口都进行了人工回填。目前, 在C17测线西端可见防空洞的塌陷坑, 该防空洞走向近南北 (见图1) , 物探测线仅在C17测线雷达剖面上60~73号点, 即测线7~9m出现圆弧状反射相位, 而其它C18、C20、C21测线各物探方法均未发现明显异常信号, 推测该附近的防空洞多为孤立的小规模防空洞, 且多已塌陷充实, 从而造成物探效果不明显。
5结语
采用物探手段来调查防空洞分布情况是切实可行的, 调查结果, 查明了浦口区凤凰山西坡地下防空洞分布情况。所采取的技术手段和分析思路对类似工程具有借鉴意义。
摘要：通过工程实例, 介绍了利用物探手段对防空洞进行探测的思路和工作方法 , 详细叙述了防空洞异常判别的特征, 并对物探成果进行了解释分析, 对类似工程具有借鉴意义。
关键词：防空洞探测,高密度电法,地质雷达
参考文献
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空洞探测 篇2
1 城市地下空洞的物性特征及形成原因
(1) 地下空洞的形成原因。
(1) 受长期振动形成的。目前城市道路由于一些大型机械及车辆的作用, 使得地表长期受振动影响, 再加上地下水位不断下降, 使得地下裂隙、孔隙等的压力不断降低, 最终导致一些深层空隙或裂隙面积都出现了扩大的现象, 从而使道路地下形成空洞现象。
(2) 受地下水及地质的影响。在北方一些城市受地质长期运动影响使其逐渐形成裂隙, 再加上地下水的不断冲刷, 使得裂隙的面积越来越大, 最终形成空洞或是使土层变得松散。
(3) 由于基建施工的影响。例如在建筑深基坑或地铁隧道中的施工, 很有可能会因为地层的扰动, 使得地下水大量渗出, 从而导致四周一些泥沙被大量带走, 逐渐形成地下空洞。
(4) 受地下人防工程的影响。我国大多数的地下人防工程时间已久, 有些工程很长时间无人管理, 导致很多塌方及破损现象的出现, 再加上地下水的冲刷, 使得大量泥土相继流入洞中, 从而使人防工程出现大量的空洞。
(5) 受管道施工的影响。管道施工尤其是一些非开挖的施工, 施工人员往往出现回填碾压不实的工作失误, 再加上封堵注浆也不严实, 从而最终导致地下水沿着管道不断流动, 将管道上方的大量疏松泥土带走, 从而形成空洞。
2 地下空洞的物性特征
根据地下空洞形成的原因, 我们可将空洞分为以下三种类型, 即含水空洞、空洞及松散土层, 这三种空洞虽然类型不同但具有相同的特点, 即规模大小不一、走向和延伸不明显及形状不规则。
通常情况下, 地下空洞和其周围介质间存在较大的物性差异, 其电阻率值一般高于周围介质, 并且介电常数不高、电磁波的传播速度较快, 而震波的强度衰减较慢;对于含水空洞来说, 其能表现出低电阻率的特征, 介电常数大、震波强度的衰减速度较快并且电磁波的传播速度不高;当空洞发生坍塌现象后, 会在洞内形成疏松、破碎的堆积物, 相比周围的一些介质, 其导电性、地震波的传播速度、介电常数及衰减特性等也具有一定的差异。
3 地质雷达的工作方法技术
(1) 搜集资料及踏勘现场。搜集探测区内人防工程、地下管网及一些勘探施工的资料, 对周围环境、地下介质及地形进行了解, 能够初步确定出运用地质雷达技术进行工作的前提。另外, 还应对交通及干扰情况、工作环境等进行了解, 以便为日后工作提供更多便利。
(2) 布置工作。由于地下空洞规模及分布特征的特殊性, 所以工作人员应首先沿着道路的走向来布设剖面, 如果发现由于目标体而引起的异常, 应对其采用短剖面或十字剖面的方式进行重复探测和加密, 然后进行确认, 证实无异常现象存在后再开展其它工作。
(3) 方法技术。一是采用观测方式采集数据。探底雷达在发射和接受天线的过程中主要采用剖面法, 并根据一定的间距沿着观测剖面移动, 如果在某一测点上得到波形记录, 那么天线就要移向下一测点进行观测, 依此类推, 就会形成由多条波形记录组成的雷达图像。二是方法试验技术。城市地下空洞物探工作的开展需要将方法试验作为基础, 主要流程为:在已有的人防工程或方沟中布置试验的剖面, 然后开展地质雷达的探测试验, 从而选择出更加科学合理的工作方法和参数, 对作业区内的雷达异常情况的图像特征进行了解, 从而确定该方法的有效性。三是选择工作参数。能否选择出合理的工作参数直接影响到探测的最终结果, 工作参数的主要内容有:探地雷达的点距、工作频率、叠加次数、采样时窗、天线间距、介质电磁波速等, 对这些参数进行选择时, 必须利用方法试验来确定。四是探测剖面。探地雷达会以方法试验为基础, 根据选择的参数和观测方式对剖面进行探测, 其主要布设原则为:最大程度上避免干扰地段的出现, 并尽可能保障雷达剖面走向和被测目标体走向相互垂直。
4 地质雷达技术应用条件和影响因素的分析
(1) 应用条件。
(1) 地下空洞和周围介质存在明显差异, 能够形成反射。
(2) 要求地下空洞拥有一定的规模, 并且深度和规模都较大, 另外, 还应使电磁波有能力穿透目标体。
(3) 发射出的电磁波应具有足够强的能量, 保障其可以到达埋藏目标物的深度, 并且还能返回地面通过接收天线进行接收。
(4) 区分地下空洞的异常时, 不应受由地表干扰或是地下介质产生信号的影响。
(2) 影响因素。
(1) 地下管网。城市地下管网分布复杂, 纵横交错, 并且还有很多的附属设施, 例如:化粪池、管沟及窨井等, 这些设施的存在很大程度上影响了地质雷达技术的实施。
(2) 地下介质。地下介质环境不均匀并且非常复杂, 例如:建筑垃圾、大的石块及建筑基础薄弱等, 都会对地质雷达技术的实施产生一定影响。
(3) 地表干扰。探测区内一些车辆、高大的建筑物、有轨电车电缆及高压输电缆等都会对工作作业产生很大的干扰, 导致地质雷达技术无法充分发挥其重要作用。
(4) 一些架空的广告牌及管线等。城市中有很多的架空管线, 例如:通信线、电力线及热力管道等都会影响到地质雷达技术的实际实施。
5 结语
总之, 地下空洞已成为城市地质灾害之一, 对其进行物探勘察的工作必须引起当地政府的重视。而用地质雷达进行探测的技术能够有效缓解其中一些问题, 它具有方便、快捷的特点, 并且具有很强的抗干扰能力, 工作效率又很高, 所以探测效果较好。
参考文献
空洞探测 篇3
1 探地雷达探测结构空洞的原理
因为含水和干枯是电磁波传播的两种极端情况, 因此无论空洞是否含水, 洞内物性与周围介质都存在着明显的差异。如空洞保存完好且未被地下水充盈, 则表现为高电阻率特征, 反之则表现为低电阻率特征。当空洞坍塌后, 在洞内形成破碎、疏松的堆积物, 与围岩的导电和介电性质同样具有差异, 具有利用雷达进行识别的物性基础。地质雷达问世至今在地基基岩面探测、岩溶地面沉陷、地下洞穴的工程地质调查中得到了广泛应用。
2 工程实例
对浙江省某疑似存在问题的桥梁桥面进行了地质雷达探测。勘察所用仪器为意大利IDS公司生产的RIS_K2-0型雷达, 根据现场情况, 选用900MHz天线工作, 具体测试参数见表1。
2.1 测线布置与工作量完成情况
沿车辆通行方向布置测线7条, 测线号分别为:01线、02线、03线、04线、05线、06线、07线, 测线长7m;沿垂直车辆通行方向布置测线8条, 侧线号分别为:08线、09线、10线、11线、12线、13线、14线、15线, 测线长为6m。测线布置示意图见图1。
2.2 勘察结果分析
所有结果均在普通模式下查找存在缺陷的位置。并将结构层用Layer模式进行分析。其中红线表示水泥砂浆抹面与水泥砂浆找平层之间的界面, 绿线表示水泥砂浆找平层与下部结构之间的界面, 黄点表示下部结构内的钢筋。从图中可以看出水泥砂浆抹面和水泥砂浆找平层颜色接近, 且分界面不是非常明显, 这种现象的产生是由于面层与找平层材料接近, 介电常数差异较小。找平层与下部结构之间的介电常数差异相对较大, 因此分界面明显, 颜色差异也较大。本文选取了若干典型缺陷界面进行分析。
03线:03线位置如图1所示。从图2中可见, 从距起始点0.5m至4.0m存在混凝土松散、脱空。在距离起始测量点4.0m~4.8m, 抹面以下, 存在疑似松散, 结构层同性轴中断。03线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。
04线:04线位置如图1所示。从图3中可见, 04线从起始点至0.8m处存在地面积水, 在雷达图上反应明显。从距起始点1m至3.1m, 存在混凝土塌陷、脱空, 具体表现为结构层下陷, 找平层与抹面脱离, 雷达波在空洞中反射强烈。与01、02线相同的位置, 在距离起始测量点4.3m~4.8m, 抹面以下, 存在疑似松散, 结构层同性轴中断。04线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。
10线:10线位置如图1所示。从图4中可见, 从距起始点1.8m至4.8m, 存在混凝土塌陷、脱空, 具体表现为结构层下陷, 找平层与抹面脱离, 雷达波在空洞中反射强烈。积水面积缩小从起始点4.9m至5.8m处。10线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。
14线:14线位置如图1所示。从图5中可见, 从距起始点2.5m至5.2m, 存在混凝土松散、脱空。从起始点至1.2m处存在疑似塌陷。14线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。
15线:15线位置如图1所示。从图6中可见, 从距起始点2.5m~4.5m, 存在轻度塌陷、脱空。15线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。
探测结论:根据雷达探测显示, 水泥砂浆抹面和水泥砂浆找平层颜色接近, 且分界面不是非常明显, 这种现象的产生是由于面层与找平层材料接近, 介电常数差异较小。找平层与下部结构之间的介电常数差异相对较大, 因此分界面明显, 颜色差异也较大。地面下存在面积较大的混凝土松散、塌陷、脱空区域。其位置, 形状如图7所示。具体表现为结构层下陷, 找平层与抹面脱离, 雷达波在空洞中反射强烈。建议立即对缺陷区域进行打孔, 注浆处理, 以免产生事故。其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。
3 结语
形成钢筋混凝土缺陷的原因是多方面的, 施工控制不严、材料选择及其它综合因素的作用导致了结构内部空洞和塌陷的产生和发展。本次使用雷达天线频率为900MHz勘察有效深度在1.5m以内, 因此精度较高。根据以上的雷达探测图像分析:存在面积较大的混凝土松散、塌陷、空洞, 找平层与抹面脱离, 结构层下陷等问题。
在利用探地雷达进行结构空洞范围确定时, 网格的划分是一个重要步骤。网格划分如果过疏, 则在探测时容易错过结构空洞, 使探测失去效果。网格划分如果过密, 则大大增加探测工作量。因此, 建议在进行探测前, 先制定探测计划, 对场地用粗网格进行预探测, 确定可能存在空洞的大概位置。然后对该位置用细网格进行详细探测, 以便最终确定结构空洞的形状和具体位置。
参考文献
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[2]赵建三, 郭云开, 唐平英, 等.探地雷达在公路路基质量检测中的应用研究[J].长沙交通学院学报, 2003.
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