三维地质雷达探测技术在城市道路空洞病害普查中的应用研究

由城市道路地下空洞、路面脱空、土体疏松等病害引起的道路塌陷事故是目前国内许多城市面临的重大安全隐患。城市道路空洞病害具有隐伏性、突发性,造成的灾难性后果长期以来困扰着城市安全运营。以国内多地的项目实测及验证成果为基础,对三维地质雷达探测技术方法和工作流程进行了梳理,通过分析三维地质雷达剖面数据中病害体的顶界面反射、多次波反射、边界绕射波等异常特征和三维地质雷达切片数据中病害体周边地下管、井分布特征,总结了三维地质雷达技术在城市道路地下脱空、空洞病害探测中病害体的数据异常特征。实践研究证明,三维地质雷达探测技术以其作业高效、定位精准、抗干扰能力强、数据丰富全面等优点可有效地探测出道路下方存在的空洞等安全隐患,为城市道路病害的防患和治理提供准确、可靠的依据。     

第七届全国岩土工程实录交流会特邀报告——城市道路地下病害无损探测技术研究与应用

近年来,城市道路地下病害引起的道路塌陷事故日益频发,保障城市生命线安全,查明道路地下病害分布情况并实施有效防治的需求十分迫切,也是城市安全运营管理的难题之一。然而,现阶段尚未建立地下病害统一分类方案,也未形成相关技术规程规范和相关的安全风险分级体系,对地下病害探测行业的发展造成了很大的阻碍。基于北京市勘察设计研究院有限公司近10年的研究成果及其应用实践经验,对目前常用的探测方法的技术研究与应用进行回顾。     

三维探地雷达在道路地下病害体探测中的应用

近年来,随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大,城市浅层地质稳定性造成一定程度的影响和破坏,导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生,严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。三维探地雷达是近年来国外发展起来的一项新技术,在道路地下空洞检测、地下管线探测、工程质量检测、考古等领域应用,取得了良好的效果。利用三维探地雷达,通过多城市的工程实践,总结出一套成熟的工作方法和作业流程;并针对城市环境中的多种干扰源进行详细的分析和分类,详细描述了不同种类干扰源的地球物理特征,提出了识别和衰减的有效方法,在三维探地雷达在道路地下病害体探测应用领域进行了深入研究。     

三维探地雷达技术在市政工程中的应用研究

为了提高城市地下管线探测精度,对道路病害(尤其是空洞)进行提前预测,及时治理,避免或大大减少管线事故和道路塌陷事故发生,我们开展了三维探地雷达技术研究,并将其应用于城市地下管线探测、道路病害检测等市政工程领域。结果表明,由于三维探地雷达具有空间采样率高,成像准确,分辨能力强,解译技术手段丰富等优势,在城市地下管线探测、道路病害检测工作中应用效果显著。     

城市道路病害探测三维地质雷达应用技术

结合多年城市道路病害调查探测经验,总结了道路病害的成因及诱发因素。采用三维地质雷达技术,可准确圈定道路病害的范围及埋深,具有良好探测实效。三维地质雷达技术在道路病害探测中具有快速、无损、可视化强等优点,可为城市道路病害风险评估、安全监测预警、灾害处治提供重要支撑。     

综合物探方法在城市病害体探测及形成机理研究中的应用

我国每年发生近千起城市道路坍塌事故,且逐年增加,造成极大的安全隐患。地面坍塌防治工作已迫在眉睫,并具有长期性,复杂性和艰巨性。其中由于各种原因破坏地下含水层天然状态,造成路基下方水土流失,是造成道路地下空洞形成的主要因素之一。利用微动、地质雷达组合方式能有效的由浅到深探明道路地下病害体的规模,有效的排除了既有隐患。通过物探成果分析结合地质资料进行综合研究,能有效查明地下病害体形成机理,为道路塌陷隐患的提前预防和治理提供物探依据,从而保护人民的人身和财产安全。     

成都市城市道路塌陷成因及快速探测方法

城市道路塌陷严重危害城市公共安全,对城市道路塌陷隐患进行快速、准确、绿色的探测,有助于减少城市地下病害发育,提升城市安全运营能力。通过调查分析,成都市城市道路塌陷的主要成因包括地质结构复杂、地下水丰富、人类工程活动频繁等。采用车载三维探地雷达对城市道路进行快速探测,建立了以探测、解译、验证、评估、成果及信息化管理为系统的探测体系。实践表明,车载三维探地雷达是快速探测城市道路塌陷隐患的有效方法。     

基于地质雷达的城市道路病害智能识别系统分析与设计

随着城市化进程的推进,地下空间安全问题日益突出,其中包括管线老化、路面塌陷、燃气泄露等危险。为解决这些城市道路病害问题,三维地质雷达被广泛认为是一种有效的手段。然而,由于三维地质雷达所获取的数据量庞大且人工判读效率低下,近年来研究者们开始尝试利用深度神经网络进行自动识别道路病害的研究。现有的研究成果在对主要城市道路病害如塌陷和空洞的智能识别方面还存在一定的不足,缺乏定量评估的数据支持。因此,本研究采用了Pytorch深度学习框架和Faster R-CNN目标检测网络,设计了一种基于三维地质雷达的城市道路病害人工智能识别系统。该系统的设计目标是达到90%以上的塌陷和空洞病害的正确识别率。该系统的主要功能是提供快速准确的城市道路地下病害监测手段,并实现对病害位置和类型的自动识别。为了处理三维地质雷达扫描切片图片长度超长的问题,研究采用了二次切分和缝合思路,以提高系统的处理效率和准确性。通过该系统,城市管理者和相关部门能够更有效地监测和识别地下病害,及时采取措施进行修复和维护,从而提高城市道路的安全性和可持续发展能力。     

城市地下空间探测关键技术及发展趋势

近年来,地下空间开发利用以及与地下空间相关的安全运营已经成为我国大中型城市面临的重要课题,而准确的城市地下空间探测成果是保障其课题成功实施的关键。目前国内城市地下空间利用的深度已达50m,局部特大工程深度在70m左右。未来城市地下空间利用将向综合化、深层化、人性化、生态化发展,从而对城市地下空间探测的可靠性提出了更高的要求。目前常用的地下空间探测技术除了钻探外,主要采用包括探地雷达、浅层地震、高密度电法、浅层瞬变电磁法、井间CT、微动等地球物理方法。以"城市浅层地下空间探测技术体系研究"课题为例,介绍了探地雷达在真三维采集、拟地震资料处理、三维雷达数据偏移等方面的研究成果。结合地下管线探测及岩溶调查等案例,分析了探地雷达等多种探测技术的综合应用及探测效果。研究认为未来的三维高密度横波地震、三维高密度电磁法、三维探地雷达等技术是城市地下空间探测技术的发展趋势。     

三维探地雷达在探测城市地下病害中的应用研究

近年来,在北京、大连等大型城市道路塌陷事件频繁发生,因此探测城市道路病害等浅层地质问题意义重大。三维探地雷达技术已被广泛应用于城市道路与管网检测,通过对地质雷达外业数据采集以及内业数据处理、图谱识别解释等技术的研究,列举了城市病害如空洞、脱空、疏松、富水及病害组合等在地质雷达剖面图上的识别特征,并以福建某市环岛道路下空洞检测为例,介绍了施工方法,数据处理及解释结果。     

城市地下空间探测与安全利用战略构想

划与“全环境”监测预警的城市地下空间探测与安全利用战略构想,构建了城市地下系统平衡和扰动再平衡、地下全空间资源评价、地下空间区划与协同规划三大理论体系和城市地下空间精细探测-资源评价、城市地下空间区划-协同规划、地下空间勘察-施工建造、地下空间监测-预警四大技术体系,为推动我国建立城市立体开发新模式提供理论和技术支撑。     

我国城市地下空间安全问题探讨

随着我国城市地下空间大规模开发利用,地下空间施工、运营和管理过程中的安全事故不断发生,严重影响了城市的安全发展。本文总结了我国城市地下空间安全现状和不同地下空间设施类型的安全事故类型及产生原因,对地下空间施工、运营和管理中的安全问题进行了分析,重点分析了不同施工工艺诱发的各类地质灾害,不同类型的地质环境因素诱发的工程事故,地下空间运营期间结构老化、外部地质环境变化引起的安全问题,地下空间管理不到位导致的安全事故,并提出从管理和技术层面、监管层面、法律层面等多维度的防治建议,即：需要完善地下空间管理技术体系,建立完整的行政管理机构,健全城市地下空间法律法规。     

基于地震属性体的三维探地雷达快速解译技术

利用三维地震数据属性提取与分析的方法,对三维探地雷达数据进行属性分析、快速解译。研究表明,空洞、脱空、疏松体、富水体等城市病害体在三维探地雷达数据体的水平切片及垂直剖面上均存在明显的差异。以厦门市环岛路地下管线探测为例,进行三维探地雷达数据属性分析,通过对比,发现管线在振幅体、方差体、构造体等属性切片上都存在明显异常,其中方差体切片对管线的反映更为清晰,表明在以管线为目标的探测中三维探地雷达三维数据体的方差属性更为敏感。     

基于GprMax的道路空洞三维探地雷达正演数值模拟

探地雷达(GPR)方法具有高效、高分辨率、无损探测等优势,广泛应用在城市道路病害体探测中。三维探地雷达是近年来发展起来的新技术,通过三维阵列天线进行三维数据采集,对道路病害体具有更高的空间分辨率和测量精度。本文利用基于三维时域有限差分方法原理的GprMax 3D软件,针对以空洞为代表的典型道路病害体,开展充气型和充水型空洞三维探地雷达正演模拟工作,获得两种不同填充类型空洞的三维雷达数据体,对数据体不同方向的图像特征进行分析,并结合工程实例,验证了正演模拟结果的可靠性。该研究对三维探地雷达实测图像解译和提高检测结果判定的可靠性具有重要的指导意义。     

上海地区地面塌陷风险评价及其隐患防控研究

上海脆弱的地质环境条件下,地下管线的密集分布、地下空间的大规模开发等给城市地质安全带来了严峻的挑战。本文从浅部砂层分布区多发的地面塌陷灾害入手,系统进行了灾害的典型特征和影响要素调查,开展了地面塌陷灾害风险评价和隐患监测预警等防控研究。对涉及的工程地质和水文地质、地下管线和地下空间、气象水文、基础地理信息、人为工程活动和人为抵御风险能力等指标数据,从危险性和易损性两个方面构建风险评价指标体系,以ArcGIS程序为平台,形成上海市地面塌陷灾害风险等级区划。对地面塌陷影响要素如地质条件、地下设施等深入调查,建立基础数据体系和风险区划的完善和细化,在此基础上综合运用探地雷达、三维激光扫描、自动化监测等多种手段,对地下设施、地下空洞、土体位移、地下水位等不同对象的异常进行调查监测,实现地面塌陷灾害有效预警。相关研究成果在服务于城市精细化管理和城市安全运行方面有重要意义,推动了上海地面塌陷灾害防控逐步向整体性、长期性、系统性方向转变。     

基于高密度电法的城市道路地下病害体综合探测技术与应用

为了提高城市道路地下病害体综合探测效果,研究基于高密度电法的城市道路地下病害体综合探测技术与应用。使用高密度电法,在已知研究区域概况以及城市道路地下病害形成原因基础上,进行勘探研究。研究结果表明,使用该方法能够准确确定土层厚度、岩层与土层之间的界线,较为准确地探测城市道路地下岩溶裂隙带以及断裂破碎带位置,提高了探测效果和探测直观程度。根据高密度电法探测以及钻孔实际探勘后显示,研究区域西南位置道路地下存在塌陷病患,形成原因主要是人为布置下水井以及管线渗漏造成水土流失形成塌陷;研究区域东北方地下存在断裂病害,由天然地质变化导致。     

探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法

地下空洞探测是地铁施工中的重要检测内容之一,探地雷达具有在城市道路上快速检测的特点而被广泛应用。以北京某地铁沿线的空洞探测为例,着重讨论地下空洞的赋存空间、探地雷达探测空洞的技术方法和常见异常的特征等问题,分析了城市环境中探地雷达剖面上的常见异常,为开展该项工作提供一定的借鉴。     

三维探地雷达在银川市道路塌陷隐患探测中的应用

为了对城市地下空间可能存在的隐患进行有效地探测和识别,笔者以银川城市道路空间隐患探测为研究对象,根据地下管线走向情况,应用三维探地雷达技术对银川市清和南街—清和北街区间中间4幅车道进行探测,在测区内发现了包括地面沉降、脱空及松散不密实等8处异常,较好地识别了管道、井盖等人造结构物。探测结果采用三维水平切片、动画视频以及局部三维立体进行显示,相比于传统的二维剖面,结果更为直观可靠,减少了人为判断可能造成的结果误差,证明了三维探地雷达技术在识别探测城市道路塌陷隐患中的有效性。     

地质雷达在排水管道周边地下病害体探测中的应用

结合城市排水管道探测实例,依据地质雷达工作原理,通过试验确定了探测排水管道的施工参数;与地震资料对比,地质雷达对已知地下空洞与土质疏松体的探测结果验证了方法与参数选择的有效性;例举了桥梁、信号塔、井盖、广告牌、地下线缆等干扰物在地质雷达剖面上的典型特征,并对管道周边土体不密实、水集中渗流形成的地下病害体进行了解释;根据工作经验,就地质雷达法地下病害体探测程序提出了改进建议。     

城市地下空间全寿命风险分析与防控体系构建

城市地下空间开发利用过程中安全事故频发,危害极大,为了有效减少事故的发生并降低损失,对其全寿命周期中的规划选址、水文地质勘察、工程设计、建设施工、运营维护等各个重要环节进行主要风险因素辨识及相应事故分析,指出各因素之间存在的相互影响关系。建立了安全评价指标体系,提出多因素、多方法的综合风险评价方法,并通过具体实例进行可行性验证。在此基础上针对城市地下空间的开发利用,构建 “全周期、全体系、全系统”的风险防控技术和管理体系,为保障城市地下空间项目的顺利实施提供科学合理的思路和方法。