路面塌陷怎么解决

如何防止道路路面塌陷?~

防患于未然，车载阵列雷达在道路塌陷灾害预警探测中的技术应用

(大连中睿科技发展有限公司)
The Applications of Vehicle-mounted Array Radar for
Early-warning Detection of Road Cave-in

摘要：近年来，许多城市发生了道路塌陷灾害，造成重大的生命财产损失和严重的社会影响。本论文针对城市道路塌陷灾害的预警探测需求，研制出具有自主知识产权的车载阵列雷达系统，可以对道路病害进行可视化探测与精确定位。该雷达系统已成功地应用于多个城市的道路塌陷灾害预警探测，并形成了一套探测道路塌陷灾害的技术方法。
关键词：道路病害；病害预警探测；车载阵列雷达

一、引言
近年来，全国范围的城市道路塌陷灾害频繁爆发，大范围、高频次、导致多人死伤的恶性塌陷事故接连发生，造成重大的生命财产损失和严重社会影响，直接威胁到城市公众安全，灾害治理已经刻不容缓。目前，城市道路塌陷灾害的发生已经遍及全国各个省市，从北京、上海、广州、深圳这样的一线城市，到哈尔滨、长春、大连、太原、西安、武汉、长沙、福州、厦门这样的二线城市，以及兰州、银川、乌鲁木齐这样的西部边远城市均有发生，甚至张家口、邯郸、宣城、荆州、湘潭、娄底、固原、库尔勒这样的中小城市也同样面临着不断发生塌陷灾害的严重威胁。
调查研究表明，绝大多数的城市道路塌陷与地下管线直接相关，是典型的地下管线次生灾害。统计显示，大多数的地下空洞塌陷发生在地表以下0~3m范围内[1]。各种诱因导致地下管线损坏或直接使管线周围土体松散，在各种流水因素作用下发生土体流失，在管线周围产生空洞，空洞逐步发展扩大并最终导致路面塌陷发生灾害。这些引起空洞塌陷灾害的诱因包括[2][3]：地下管线老化渗漏、管线施工回填不实、地表水下渗冲刷、地下水位下降、地铁施工扰动、地下人防等设施老化坍塌、湿陷性黄土垮塌、溶洞垮塌等。
科学研究和对塌陷灾害的调查分析表明，采用先进的高科技物探设备定期对城市道路进行普查探测，提前发现隐伏在地下的空洞，提前预警并采取排险措施，才能防患于未然，避免塌陷事故发生。

二、车载阵列雷达系统
在城市中开展道路下方隐伏空洞探测作业，由于道路交通繁忙，周边环境干扰大，常用的工程物探方法如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等，应用效果差，成本高，速度慢，难以在城市中大范围应用。探地雷达具有效率高、抗干扰、精度高、现场作业方便等特点，是城市道路塌陷灾害普查探测的首选技术。国内外的工程实践表明，探地雷达已成为探测道路下方隐伏病害唯一现实可行的技术手段，适用于脱空、空洞、土体疏松、富水等多种道路病害检测[4][5]。
由于我国城市众多，城市面积普遍较大、城市地下地质情况和地下构筑物比较复杂，常规的单（双）通道探地雷达和人工探测作业方式在灾害普查探测效率和探测成果可靠性方面存在一定局限性，探测效率低、工作量大，不能满足城市大里程、大面积道路探测需要，亟需快速高效的车载多通道阵列雷达系统。
针对上述需求，我们研制了一套车载阵列雷达系统（如图1所示），该设备以多通道超宽带探地雷达技术和大型天线阵列技术为核心，专门针对大范围、大里程的公路和城市道路塌陷灾害普查探测进行了创新设计。


图1车载式道路病害灾害预警雷达系统
天线阵列中包括5个400MHz天线、2个200MHz天线和1个100MHz天线（如图2所示），兼顾了雷达的探测深度和分辨率。雷达系统的探测宽度为3.75m，探测深度范围为0~10m，行进速度为10~20km/h。探测精度可达厘米级，可以对城市道路进行地毯式、全覆盖普查探测。雷达系统对地下病害体进行多通道同步联合扫描和测量，最大限度地获取病害体的空间信息和病害特征，极大地提高了雷达探测和识别的质量与效率。同时，多通道数据之间的相关性使得雷达图像的判读更加准确可靠。


图2天线阵列排列示意图
该车载雷达系统集成了8通道探地雷达天线阵列、3G天线、激光线扫描工业相机、RTK精确定位系统、控制中心、红外高清摄像系统、DMI测距仪等（如图3所示），将阵列雷达数据、经纬度坐标信息、现场视频场景和道路表面高清图像等多种数据同步采集，融合进入系统数据库，形成一个多信息综合采集平台，快速高效地对道路病害灾害进行可视化探测与精确定位，可广泛应用于各类道路病害灾害普查探测。得益于这一开创性的探测技术平台和全新的普查探测作业模式，物探工程师能够在一个集成统一的界面上，利用多通道雷达获取每一个地下空洞异常，确定其精确坐标位置，观察该处的现场环境和道路表面情况，通过多种信息综合分析和判断，迅速得出可靠结论。


图3车载雷达系统组成
自主研发的车载道路病害灾害预警雷达系统已经取得国家知识产权局授予的产品技术与利和软件著作权[6][7]，并形成完整的企业知识产权体系。2015年，该系统通过住房和城乡建设部的科技成果评估。

三、技术方法
车载阵列雷达的道路塌陷病害探测技术方法分为普查探测、疑似点筛选、疑似点复核、管线会签和验证五个步骤。
（1）普查探测
车载雷达系统对指定作业区域进行普查探测，在DMI的触发下，同步采集并保存多种传感器数据。
（2）疑似点筛选
疑似点筛选时，平台软件读取数据库，将多通道雷达数据、影像数据和地图同步联动显示。多通道雷达数据处理的步骤通常包括零点调节、频域滤波、增益调整、背景去除等，根据病害的回波特征筛选出病害疑似点，并结合各通道雷达数据的相关性分析出病害疑似点的规模。根据疑似点的经纬度坐标和周边的影像，确定疑似点在道路的具体位置。确定疑似点时还要参考影像排除干扰，如路面颠簸、钢板、地下人行通道、隧道、过街天桥等。
（3）疑似点复核
用常规的单通道探地雷达对筛选出的异常点进行复核。复核时，使用多种中心频率的天线对异常区域进行多条测线加密探测。并通过雷达图像和周边井盖，确定疑似点周围的管线分布，排除地下管沟、井室等造成的误判。对疑似点进行复核后，确定异常区域的位置、规模和埋深。
（4）管线会签
城市地下分布众多管线，分属不同的专业部门管理，涉及供水、排水、电力、燃气、供热、通信信息、广播电视、公安交通等管线权属单位。为了避免验证时破坏管线，在施工前做好会签手续。由市政部门组织各家管线权属单位对各个病害异常点进行管线会签，核实疑似点周边管线的分布。
（5）验证
通过钻孔或开挖方法进行验证。

四、案例
车载阵列雷达系统已在沈阳、大连、厦门、广州、深圳、南京、镇江、长春、石家庄等城市成功进行了工程应用。
4.1 厦门市思明区道路塌陷灾害普查探测
2015年5月-9月，厦门市思明区采用车载阵列雷达系统对辖区内的主要道路进行了塌陷灾害普查探测，完成测线里程约200公里，通过探测发现多处空洞灾害点，有效预警了道路塌陷灾害，经工程处治后避免了塌陷事故的发生。
图4是在厦门西堤路探测到的一处大型空洞，钻孔验证后进行了开挖回填处治，及时排出了险情。






图4 厦门西堤路空洞


4.2 广州市天河区道路塌陷灾害普查探测
2015年4月，车载阵列雷达系统在广州市天河区进行了道路塌陷灾害普查探测，发现了多处空洞灾害点。图5是天河区科韵路探测到一处大型空洞，灾害面积达30平方米，洞底深度3.2米，洞顶距离表面仅0.3米，随时会发生坍塌。通过钻孔、钎探和电子内窥镜等方式对病害点检查评估后，相关部门对该位置进行了注浆排险作业，避免了事故的发生。





图5 广州科韵路空洞

4.3 长春市地铁沿线道路塌陷灾害普查探测
由于地铁施工造成地层扰动，长春地铁沿线发生过多起道路塌陷事故。2016年3月，车载阵列雷达系统对长春市在建的地铁1号线和2号线沿线（人民大街、吉林大路和解放大路）进行了道路塌陷灾害普查探测，在普查探测中发现了多处病害疑似点。长春市市政设施维护管理中心道路路灯部召集各管线权属单位对各个病害异常点进行管线会签，核实疑似点周边管线的分布（图6）。通过钻孔或开挖验证（图7），查明了多处空洞和疏松道路病害点，病害点的分布如图8所示。



图6 管线会签图



图7 钻孔现场



图8 长春道路病害点分布图

案例1：
该灾害点位于吉林大路与临河二条交汇处东侧东向外侧慢车道，雷达车普查探测发现该处雷达扫描图像存在显著空洞异常反应，经现场复核探测、钻探验证和钻孔内窥镜录像（图9），确认该处为典型地下隐伏空洞灾害，灾害部位南北向长2.5米，东西向宽2米，空洞埋深0.42米。经探查，该灾害点下方1.7米处为一根混凝土排水管，管体接入灾害点旁边的排水井，开井盖检查发现，管体接入部位周围存在流土堆积现象，判断为附近路面集水井水体侵入灾害部位冲刷土体，经旁边排水井流失，形成空洞。相关部门立即对灾害部位空洞进行开挖回填处治，并整修了排水井。

图9 钻孔内窥镜录像截屏

案例2：
图10是该雷达系统在解放大路东侧起点处西向外侧慢车道发现的一处富水空洞。普查探测中发现该处雷达扫描图像存在显著空洞异常反应和水体反应，经现场复核探测、钻探验证和钻孔内窥镜录像，确认该处为严重水浸地下隐伏空洞灾害，灾害部位东西向长4米，南北向宽2米，空洞埋深0.35米。经探查，该灾害点下方2米处为一根自来水管，管体严重漏水冲刷灾害部位土体后集中流入旁边路面集水井，水冲刷流失量大，水流清澈，钻探表明灾害部位土体已完全冲刷，仅余碎石，形成充水空洞。该处经泄露自来水较长时间冲刷，塌陷风险极大。相关部门立即对该灾害部位的自来水管进行抢修，并及时回填处置了该处空洞。


图10 长春解放大路空洞

五、结论
车载阵列雷达是预警探测城市道路塌陷灾害的首选技术装备，在工程实践当中，制定合理作业流程和作业方法，充分发挥其技术优势和效率，可以准确可靠地探测发现地下隐伏空洞，及时预警，切实防范和减少道路塌陷灾害事故的发生。

参考文献
[1]杨彩侠.城市道路路面塌陷成因初探. 山西建筑,2013, 39(15):113-114.
[2]宋谷长,叶远春, 刘庆仁.北京市城市道路塌陷成因及对策分析. 城市道桥与防洪,2011, 8:250-252.
[3]周正刚.城市道路塌陷原因分析及预防措施. 路桥工程，2015,5(11).
[4]Ryoji Hirata, AkioMatstyama. Anintroduction and a case study of the vehicle for exploring structures underroad using GPR, Near Surface Geophysics Asia Pacific Conference, July 17-19,2013, Beijing, China.
[5]薛建,曾昭发, 王者江,刘明辉. 探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法.物探与化探, 2010,34(5):617-621.
[6]大连中睿科技发展有限公司. 车载道路灾害、病害预警雷达系统（VGPR-20）,专利公开号CN302973058S .公开日:2014-10-22.
[7]大连中睿科技发展有限公司. 一种车载道路灾害病害预警雷达系统,专利公开号­: CN203870250U. 公开日:2014-10-08.

如果车没有受损就绕道。
国道或普通公路塌陷车受损只有找保险公司了，必定有不计免赔。
高速公路塌陷如果车受损就找管理高速公路的公司理赔，必定你上高速就交钱就自动形成了买卖合同。

实施常规化的地下空洞探测和填补，减少道路塌陷事故
从地下空洞的成因可见，地下空洞俄形成难以预防，完全杜绝地下空洞更是不现实。可行的解决方案是，未雨绸缪，实施常规化的地下空洞探测和填补工作，在地下空洞形成道路塌陷之前，通过检测已经形成的以及正在扩大中的地下空洞并及时填补和修复地下空洞，来减少道路塌陷事件的发生、降低道路塌陷事件的损失。

上世纪80年代，日本东京也曾多发由地下空洞引发的地面塌陷事故。经过1987年银座道路塌陷事件后，日本政府认为“不调查地下空洞状况，就无法解决地面塌陷问题”。1990年，日本开始使用探地雷达探测技术在全国范围内进行地下空洞探测普查，进行道路养护管理。在东京，全部道路每五年用探地雷达巡检一回，重要道路则每年检测；排水管道管理部门也会同时检查排水管道状态，及时向道路管理部门提出维修意见。如发现地下空洞异常，道路管理部门将按照地下空洞的大小和危险程度实施加固工程，在发生塌陷前完成地下空洞的填补和修复。1990年前，东京每年发生大规模道路塌陷事件次数多达20-25次，但近年来却每年仅有一至两起大规模道路塌陷事件，使用探地雷达探测技术进行道路养护成效显著。

近年来，国内各个城市对地下空洞和道路塌陷问题的重视程度越来越高，纷纷开展了常规化、制度化的地下空洞检测。北京市自2008年以来开始利用探地雷达技术探测三环道路的地下空洞，至今已经形成巡检制度，有计划地普查市区全部道路，已经取得明显成效；太原市自2012年12月也展开使用探地雷达探测技术在主要道路上普查地下空洞。随着地下水降落漏斗的日益恶化，大范围的地下空洞探测已经刻不容缓。

3.2实施常规化的排水管道病害检测和修复，消除地下空洞隐患
由排水管道病害引起的地下空洞占全部空洞的40％以上，是道路塌陷的重要成因。实施常规化的排水管道病害检测并及时修复较大的排水管道结构性缺陷，避免形成地下空洞，是消除地下空洞隐患的有效手段。
排水管道的结构性缺陷包括裂痕、裂缝、接头松脱、接头错位、管身断裂、穿孔、坍塌、破损、砂浆脱落、变形、砖块上下移位、砖块遗失等，是造成管道周围水土流失、形成空洞的主要原因。
CCTV 检测、QS管道内窥镜检测、声纳探测是目前国际上用于管道状况检测最为先进和有效的手段。管道分析评估主要依据CCTV或声纳检测设备所拍摄的视频录像或断面扫描图像，对管道状况进行评价，最终得出管道总体状况，为管道的日常养护及可能的修复工作提供依据。之后利用翻转法等非开挖修复技术对排水管道结构性缺陷进行修复

实施常规化的给水/热力管道漏水检测，消除地下空洞隐患

给水管道/热力管道的漏水现象具有经常性和长期性的特点，漏水检测绝非一日之功，期望依靠一次检测解决漏损问题是不现实的，只有通过长期的经常性的检测才能有效地降低漏损。声波法通过探测压力管道漏水产生的声音或振动来定位漏点，具有非破坏性和非侵入性，是目前最常用最简便的漏水探测方法。一般采用由面到线先再到点的检测方法，首先分区检漏发现漏损大的区域，再确定漏水发生管段，最后进行分精确定位锁定漏点。
加强施工质量管理和中间控制，减少道路塌陷事故

应加强地铁、电力/热力/排水管沟、防空洞、地下建筑等大型地下工程的施工管理，规范施工行为，减少施工对土基扰动的影响，在施工抽排水过程中注意保持周围土体的水土平衡，减少因施工降水引发的地面塌陷和地面沉降，注意防范强降水引发的水土流失灾害，注意石灰岩、软土分布区发生地面塌陷和地面沉降。

应加强道路或地下管线（铺设、修复）施工管理，规范施工行为，在回填时严格规范进行夯实和碾压，避免形成地下空洞和道路塌陷。
探地雷达在探测地下空洞中的应用

探地雷达（Ground
Penetrating Radar，GPR）是中浅层目标体的有效探测设备，采用电磁波方法探测具有电性差异的两种地下介质的分界面。GPR探测利用反射、速度测距、层析成像等三种基本方法：发射天线在地面以宽频带短脉冲的形式向地下发射高频电磁波，入射波在存在介电性差异的两种介质的分界面（地层界面或目的体）产生反射波，接收天线可接收记录反射波的波形、振幅及到达时刻（双程走时），并以雷达图象的方式显示探测结果；根据测量的双程走时和波速计算出目标体深度；连续测量剖面各点的反射波，形成雷达图像。
参考资料：www.leidi.com

针对路面塌陷产生的原因，通过综合分析塌陷区域的分布位置和规模范围，从安全、经济、施工难易程度出发，本着“彻底治理、安全稳定进行综合治理”的理念，确保该段道路的安全畅通。塌陷主要存在于非机动车道和人行道上，目前部分塌陷的路面已挖开进行详细勘察和分析，发现空洞后继续向下和向四周开挖，再未发现漏斗型的空洞。从而排除了地下管道内水上返搬运土体形成空洞的可能性。鉴于路基空洞位置较浅，主要采取开挖后进行修复，同时加强治水措施，疏导和完善排水系统。
一、局部塌陷路面处理方法
1）拆除塌陷区域的路面、基层,自原路床顶面向下挖80cm后，若土质坚硬停止下挖，若土质仍湿软，继续向下开挖至坚实土层，同时通知技术人员。
2）遇检查井时，检查井周边1m范围内，挖至路床顶面以下1.2米处。
3）回填之前必须通知技术、质检人员到现场查看并同意回填后，方可进行回填。
4）回填均采用二八灰土进行回填，每层虚填厚度不大于25cm。夯实至设计灰土顶面标高后，检测压实度直到符合设计要求为止。
5）原设计中的水稳基层采用C25混凝土代替。
6）待混凝土养生完毕，恢复沥青混凝土面层。
二、站前路大面积路面整体塌陷处理方法
因污水管道与下游未接通，K0+250-K0+360段污水管道及井室内长期存水，为保证后期路面无塌陷、下沉，将此段整体开挖对雨水口、雨水检查井进行加强处理。
1）分井段对塌陷路面进行处理，避免大面积开挖后雨水泡槽。
2）拆除污水井两井间路缘石，路面及道路基层，拆除雨水口、雨水支管，开挖至雨、污水管管底原状土。
3）将挖出的含水量过大的土体外弃，将含水量适中的土体掺和白灰现场拌合，随挖随拌合。
4）挖至管底原状土后，经质检、技术人员检测合格后进行回填。
5）回填均采用二八灰土进行回填，每层虚填厚度不大于25cm。夯实至设计灰土顶面标高后，检测压实度直到符合设计要求为止。
6）路床以上结构层按照设计图纸进行施工。
7）待水稳基层养生完毕，恢复沥青混凝土面层。
8）在修复过程中，雨水口和雨水支管需重新砌筑和安装，严格安装设计图纸进行施工，雨水支管按要求进行360度C25混凝土包封。同时雨水管与雨水口、检查井相接处要做好防水，防止雨水通过此处渗入路基。
9）在修复过程中，按设计要求安装立缘石、平石，保证立缘石间、平石间、平石与立缘石间砂浆饱满且强度符合规范要求，不被雨水冲刷造成空洞。
三、学苑路路面整体塌陷的处理方法
1）利用相关仪器，先对路面结构层以下土体进行检测，如土体承载力符合设计要求，采用铣刨机将沥青面层处理掉一层后，根据设计标高重新摊铺沥青面层。
2）经检测，路面结构层以下土体承载力无法满足设计要求，仍继续下沉的，采用站前路大面积路面整体塌陷处理方法进行处理。
四、人行道及路缘石的处理方法
1）严格对人行道路面、人行道砖与树池挡板、人行道砖与立缘石相接处进行检查，若人行道砖、树池挡板、立缘石底部有空洞的进行标注并记录，然后空洞部位的砖拆除，修复空洞后重新安装。然后采用细砂掺10%水泥填充人行道砖与砖之间，砖与树池挡板、立缘石间的缝隙，保证其密实。
2）道路沿线所有立缘石间存在缝隙的，均采用勾缝砂浆掺胶进行勾缝，必须保证勾缝饱满防止雨水冲刷；所有平缘石间、平缘石与立缘石间的缝隙均采用砂浆掺防水粉进行勾缝，并砂浆饱满不被雨水冲刷形成空洞。
3）根据现场情况，对中间隔离带的立缘石由于后戗砼的缺陷，造成雨水从立缘石后渗入路基。对此段路缘石的后戗砼进行修补，凿除原有后戗砼，增加后戗砼深度至立缘石底面以下20cm,从而起到阻水的作用。

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