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1、地下排水管網路面塌陷治理排查探測技術方案目 錄1概況12依據規程33排查探測方法與技術33.1地下排水管線資料搜集33.2地下塌陷隱患探測63.2.1地質雷達法63.2.2淺層地震93.3.3高密度電法123.3管道內窺攝影檢測（CCTV）123.4各種探測方法的特點134探測工作量和工作程序144.1估算工作量144.2工作程序155主要難點及解決措施166主要儀器設備177質量保證178安全控制189 提交成果資料1810 本探測技術優勢181 概況 2013年5月20日晚9時左右，*工業園門口發生塌陷，造成5人死亡，數人受傷。為防止此類事故再次發生，*市委市政府組織道路、水務等相關部門，2、計劃對全市路面塌陷進行綜合治理。為此，需對路面塌陷原因及可疑塌陷區域進行排查探測，研究有效的檢測手段及治理方案。 圖1-1 *5.20地陷事故*區，位于*市中部。是*市委、市政府所在地，是*市重點開發和建設的中心城區。*區轄區面積78.04平方公里，由北向南，地勢大多比較平坦，交通運輸用地5.96平方公里。*區內經過的主干道主要有*大道、*大道、*路、*路等等，加上其他交通道路，總長度約為780km。2 依據規程（1）、城鎮排水管道檢測與評估技術規程CJJ181-2012，中華人民共和國行業標準；（2）、城市排水防澇設施普查數據采集與管理技術導則（試行），住房和城鄉建設部，2013.06；（33、）、城市工程地球物理探測規范CJJ7-2007；（4）、市政工程勘察規范CJJ56-2012；（5）、水利水電工程物探規程（SL332-2005）；（6）、城市地下管線探測技術規程（CJJ 61-2003）。3 排查探測方法與技術根據城市路面塌陷的具體環境條件分析，首先，因地下排水管網在施工時存在滲漏問題和在運行期間產生的缺陷是塌陷形成的主要原因；其次，部分地段特殊的地質條件（如巖溶塌陷、地層沉降、附近施工不良影響等）是造成塌陷的次要因素。受施工工藝、材料等的影響，在施工和運行期間，地下排水管道裂痕、裂縫、接頭松脫、接頭錯位、管身斷裂、穿孔、坍塌、破損、砂漿脫落、變形、磚塊上下移位、磚塊遺失等4、缺陷，造成排水管道周圍水土局部流失，局部水土不密實使地面水集中滲流，加劇水土流失，長期便形成空洞。因此，檢測排水管道周圍充填泥（巖）土的密實程度，可查出水土流失隱患，且可查出已經形成的局部空洞。針對*區具體的地質及特殊的城市環境，宜采用非開挖、非鉆探的非破損排查探測方式為主，城市中進行探測的非破損方法主要包括排水管網人工排查、地面物探探測（地質雷達、高密度電法和淺層地震技術等）、管道機器人電視觀察（CCTV），以達到對排水管網系統進行診斷，發現可能造成塌陷“病灶”位置和已形成塌陷隱患的位置，為后期進行施工處理提供重要資料。3.1 地下排水管線資料搜集3.1.1地下排水管網資料搜集內容及分類 排5、水管網按其功能可分為三類，即雨水管網系統、污水管網系統和雨污合流管網系統。各管網系統有如下特點：（1）雨水管網系統：其功能是使雨水能順利地從建筑物、廠區、生活區、街道排泄出去，進入河流。該管網特點是通過建筑物的落水管（豎管）及其周邊的雨水溝、道路邊設置雨水篦等收集雨水，經過分支管道、干管、主干管就近排入河流。正常情況下，雨天時出水口才有水排出，其它時段無水。然而，由于局部可能有污水分支接入該系統，即使晴天也有水流出。（2）污水管網系統：用于收集房屋衛生設備及車間用水設備所排出的污水，通過該系統匯集輸向污水處理廠，經處理后排入河流。該管網特點是污水從建筑物內出來，經分支管匯集進入化糞池或沉淀池，6、再經干管、主干管輸送到污水處理廠。然而，由于部分小區設計不規范、私自改建，造成污水進入了雨水管網系統，或污水系統直接排入河流，因此形成對河流的污染。（3）雨污合流管網系統：部分廠區、生活區未采用雨、污分流系統，而是將生活污水、工業廢水和雨水經一個管網系統匯集輸送到污水處理廠或采用直泄式排入河流。3.1.2資料搜集排查范圍本區排查范圍：市政雨水管道、污水管道、雨水污水合流管道、溝渠、涵洞、出水口、進水口、窨井、泵站、調節池、污水處理廠（站）及其附屬設施等公共排水設施。事先對已埋設的各種地下排水管線資料進行搜集、 分類、 整理, 并轉繪到 基本比例尺地形圖上，作為排水管線隱患排查地的依據。對現有地7、下管線資料的調繪工作要在開展地面探測工作開展前完成?，F有地下管線資料調繪要根據工程范圍和要求進行，工作完成后提交地下排水管線現狀調繪圖和成果表。資料調繪完成之后，根據調繪成果對測區進行現場踏勘, 初步擬定針對測區情況采用的探測方法與技術。根據現場踏勘結果，對擬采用的地下排水管線探測方法與技術進行有效性試驗, 確定所采用的探測方法與技術。擬投入使用的各類探測儀器在使用前均應進行儀器校驗, 并形成記錄。根據資料調繪、現場踏勘、方法試驗、儀器一致性校驗等情況編寫項目設計書, 并進行評審。3.1.3地下排水管線資料調繪內容：（1）搜集已有地下排水管線資料；（2）分類、整理所搜集的已有地下排水管線資料；8、（3）編繪地下排水管線現狀調繪圖。3.1.4地下排水管線資料搜集內容：（1）地下排水管線設計圖、施工圖、竣工圖、栓點圖、示意圖、竣工測量成果或外業探測成果；（2）技術說明資料及成果表；（3）道路規劃紅線圖；（4）現有基本比例尺地形圖。3.1.5地下排水管線現狀調繪圖編繪（1） 對所搜集的資料應進行整理、分類，將管線位置、連接關系、管線構筑物或附屬物、規格(管徑或斷面寬高)、材質、傳輸物體特征(壓力、流向)、建設年代等管線屬性數據轉繪到基本比例尺地形圖上, 編制地下管線現狀調繪圖。（2） 地下排水管線現狀調繪圖根據管線竣工圖、竣工測量成果或外業探測成果編制, 無竣工圖、竣工測量成果或外業探測成果9、時,根據施工圖及有關資料,按管線與鄰近的建(構)筑物、明顯地物點、現有路邊線的相互關系編制。地下管線現狀調繪圖上要注明管線資料來源。3.1.6現場踏勘（1） 地下排水管線現狀調繪圖中明顯點與實地的一致性；（2） 測區內測量控制點的位置和保存情況；（3）測區地物、地貌、交通、地球物理條件及各種可能存在的干擾因素。（4）現場踏勘要進行下列記錄:1） 地下排水管線明顯點與實地不一致的地方應在地下管線現狀調繪圖上標明；2）測區測量控制點的變化情況應做詳細記錄；3）初步擬定現場可采用的探測方法、技術和探測方法試驗的最佳場地。圖3-1 調查圖3.2 地下塌陷隱患探測3.2.1 地質雷達法探地雷達（GPR）10、是通過雷達天線發射高頻（十幾到上仟赫茲）電磁脈沖來探測地面。雷達發射的脈沖遇到地下各種界面產生反射，返回到地面被雷達接收機接收。反射界面可以是地下空洞頂面、土巖分界面、人工物體或者任何其它具有介電性對比特性的界面。雷達信號通過貼近地表的天線傳遞到地面，發射天線或另一個單獨的接收天線都可以接收到反射信號。圖形記錄器會對接收的信號進行處理，然后顯示出來。由于天線（或者天線對）沿著表面移動，所以圖形記錄器顯示結果為截面記錄或地面雷達圖像。由于在地質雷達相對多大數土層物質表現短波長，所以對界面和獨立目標體的分辨率極佳。然而，由于在土層中信號衰減很快，所以穿透深度很少超過20米。探地雷達探測的目的是繪制11、接近地表的地質界面。對于很多探測來說，例如地下水管或空洞的位置就是探測目標，而這些物質的介電特性無法直接測量。這是一種探測地下界面幾何形狀變化的最有用方法。圖3-2 雷達探測原理示意圖城市塌陷由于地面平坦、要求探測深度淺，是最適合探地雷達解決的地質問題。城市路面探地雷達開始探測前，重點要考慮以下幾個重要問題。（1）確定探測目標深范圍，以便確定天線頻率，根據實際經驗，城市路面塌陷探測的深度一般在10米范圍內，選用雷達天線一般為270 Mhz或100Mhz。（2）探測目標體性質：塌陷空洞和沖蝕架空區。（3）目標體的電性特征：塌陷空洞和沖蝕架空區與周圍密實土層形成較大介電常數和電導率差異。（4）主要12、介質的電性特性：塌陷空洞和沖蝕架空區介電常數大、電阻率高，周圍密實土層介電常數低、電阻率低。表3-1 城市路面雷達探測介質電磁參數表材料e電導率（mS/m）速度（m/ns）衰減（dB/m）注空氣100.30純凈水800.010.0330.002淡水800.50.0330.1海水803,0000.011,000干砂3-50.010.150.01濕砂20-300.1-10.060.03-3石灰巖4-80.5-20.120.4-1頁巖5-151-1000.091-100泥漿5-301-1000.071-100粘土5-402-1,0000.061-300金屬 （5）干擾效應：城市路面探測存在射頻發射器13、各種金屬結構（包括汽車）和電線桿等可能對探地雷達造成干擾效應。圖3-3地質雷達主機圖3-4地質雷達天線陣及現場工作圖圖3-5地質雷達探測圖像及異常對照圖片3.2.2 淺層地震實踐和理論研究表明振動產生的能量80%以上在面波中，由于面波能量強、持續時間也長，且主要在表面附近傳播，淺層地震勘探將面波視為干擾波。但面波同其它體波一樣，也存在反射、折射，且對淺層的空洞等異常反映更敏感，由于能量強，在城市中具有較強的抗干擾能力。面波勘探是按照測網的布置，在測點上逐點進行觀測，每一個測點根據地質任務和勘探深度的要求，測得一條頻散曲線。工程面波勘探根據震源的不同可以分為人工源面波勘探及天然源面波勘探（微動14、勘查）。人工源面波勘探根據震源激發方式的不同可以分為穩態法及瞬態法兩種，現在工程上普遍使用的是瞬態法。本次探測擬采用瞬態面波層析成像法，瞬態法原理如圖4.3-1所示。瞬態法采用錘擊作震源。錘擊時激發一瞬時沖擊力，產生一定頻率范圍的面波，不同頻率的面波疊加在一起，以脈沖的形式向前傳播，因而瞬態法記錄的信號要經過頻譜分析、相位譜分析，把各個頻率的面波分離開來，從而得到一條速度-頻率曲線，達到勘探的目的。圖3-6地震面波及層析成像地震映像法，是利用多種地震波作為有效波來進行勘測，也可以根據探測目的要求僅采用一種特定的地震波作為有效波。地震波層析成像技術是在80年代興起的，在近幾年得到發展的一種地球物15、理反演解釋方法，它是借鑒于醫學上的CT（Computer Tomography）基本原理，利用大量的地震波信息進行反演計算，得到被測試區域巖體地震波速度的分布形態，在對巖體進行質量評價、劃分巖體風化程度、圈定地質異常體等方面具有較高的實用價值。目前這一技術在水利水電工程的勘察中已被應用。地震波透射層析成像的基本原理地震波透射層析成像是利用地震波對于地質體的透射投影，來重新構成地質體內部地震波速度的分布形態，根據地震波速度與地質體的對應關系，進行巖體的分類和評價。地震波速度和巖體特性一般都具有較好的對應關系，致密完整的巖體地震波速度較高，而疏松破碎的巖體地震波速度較低。對于整個圍巖而言，當其是均16、勻介質時（沒有異常體），地震波的穿透速度是單一的，當有低速介質存在時（視為異常體），地震波穿透這些低速介質時則產生時間差（旅行時增加）。根據一條射線所產生的時間差來判別低速介質的具體位置是困難的，因為它的位置可能在整個射線的任何一處，這時如果再有另一條（或多條）射線在同一低速介質中穿透，則這一低速介質就具有了一定的限定，采用相互交叉的致密射線穿透網絡，對低速介質在空間上具較強的限定，層析成像就是利用適當的反演計算方法構制速度圖像，從而獲得低速介質的分布位置。圖3-7地震映像現場排列示意圖3.3 .3高密度電法 高密度電阻率法實質上為直流電阻率法，其基本原理與常規電阻率法相同，不同的是測點密度較17、高，極距在算術坐標系中呈等間隔，它是電剖面法與電測深法的結合，一次可以完成縱橫二維勘探過程，觀測精度較高、數據采集可靠，對地電結構具有一定的成像功能，地面塌陷與周圍巖體有明顯電性差異，通過高密度電法可獲得豐富的地下信息。它的裝置為一種組合式剖面裝置，電極排列有多種方式，常用的有溫納裝置、施倫貝爾裝置等，根據現場的實際情況，選擇合適的剖面裝置。圖3-8高密度電阻率勘探剖面裝置示意圖電極距的確定取決于地質對象的埋藏深度與實際工區工作條件，工作中選取隔離系數以目標體深度確定，電極點距可為35m。3.3管道內窺攝影檢測（CCTV）管道檢測機器人系統一種可用于排水管道內部攝像檢測及測量工作的管道機器人，18、具有強勁的動力性能，驅動及越障能力強，即使在惡劣的管道條件下也能正常工作?？梢詫崿F排水管道的內窺檢測工作，可以檢測管道的破裂、腐蝕和焊縫質量情況。采用模式識別和神經網絡等一系列圖像處理技術，將采集到的圖像進行進一步的處理，能更好的識別管道病害情況，輔助人工進行管道損傷判斷，減少出錯的幾率，提高檢測效率；使用數字羅盤采集機器人的實時位姿數據，采用神經網絡的方法實現自動糾偏控制，使得機器人更加智能化、人性化，操作起來更加簡單方便等。圖3-9 CCVT拍攝圖片3.4 各種探測方法的特點 地質雷達、高密度電法、地震映像法及管道內窺攝影檢測具有各自的特點，詳見表3-2。表3-2 各種探測方法的優缺點統計19、表探測方法優點缺點地質雷達探測速度較快，效率較高；探測準確度高，為精細探測；成果全面、直觀受電磁場干擾較大，不易于對地下人工埋設物的探測；探測深度受表層覆蓋層的影響大，同時不同天線頻率探測的深度不同，探測深度相對較淺，一般38MHz天線探測深度在20m內，100MHz天線探測深度在10m內，270MHz天線探測深度在5m內，400MHz天線探測深度在3m內高密度電法成本低，效率高，解釋方便，探測深度達，探測成果的精細度強，探測深度為10-30m受電磁場干擾較大 地震映像成像高分辨率高，圖像較直觀的，數據采集速度較快,受電磁場干擾較小，受表層覆蓋層的影響小，易于對地下人工埋設物的探測，探測深度為20、10-30m抗干擾能力弱，探測效率不高，探測成果的精細度不強管道內窺攝影檢測直觀，易懂局限于點，無法控制面的情況4 探測工作量和工作程序4.1 估算工作量表4-1 *區道路塌陷探測預估工作量探測方法單位工作量備注排水管線資料搜集項*區地質雷達km800高密度電法km100埋藏較深、干擾地段地震映像成像km100電磁干擾特別嚴重地段管道內窺攝影檢測km400注：該工作量為預估工作量，實際工作量根據現場情況決定。4.2 工作程序接收委托數據處理道路管網資料收集鉆孔光學檢驗地質雷達探測地質調查資料收集地震映像/高密度收集資料整理異常點布置驗證孔成果圖表成果報告圖4-2 現場工作流程圖*區排水管網年代21、較久，錯綜復雜，為了掌握該區管道鋪設特點和規律，工作全面開展前，選定4060km路面進行試驗區探測，根據試驗區探測成果，對*區其他區域開展大面積探測工作?，F場工作流程見圖4-2。根據地面建（構）筑物可將排水管網分為：地面為車輛通行道路、地面為綠化帶、地面為人行道路、地面為建筑物4種類型，針對4種不同地面建（構）筑物，采用不同的地質雷達系統進行普查。表 4-21 地質雷達普查序號地面建（構）筑物地質雷達系統備注1地面為車輛通行道路車載雷達系統2地面為綠化帶便攜式雷達系統3地面為人行道路滾輪式雷達系統4地面為建筑物不檢測對地質雷達掃描結果的可疑部位和重點部位進行高密度電法或地震映像法，輔以排水管道22、內部攝像探測以確定塌陷的形態和規模。5 主要難點及解決措施探地雷達和高密度電法為電法類、電磁類物探方法，受環境電磁干擾較大。檢測場地位于鬧市區，各種地下及地面強電、弱電、金屬建（構）筑物、機動車啟動等均會明顯影響檢測數據。為最大限度減少數據干擾，組織人員對檢測周圍干擾源進行記錄，并要求甲方對現場交通進行臨時管制，確保干擾信號與檢測點距離，提供必要的檢測場地條件。6 主要儀器設備按照探測內容和技術要求，所需儀器設備及配置見表6-1，表中所列儀器全部由國家質量技術監督部門檢驗合格。 表6-1 主要儀器設備序號方法設備名稱產地/型號1地質雷達探測地質雷達SIR-20SIR-3000ZOND-12E223、地震映像法淺層地震儀美國S-LAND3高密度電法高密度探測儀重慶地質儀器廠高密度電法4鉆孔光學成像孔徑窺視儀LB-207 質量保證工作中嚴格執行相關規范、規程，作好“事前指導、中間檢查”工作，內業資料整理嚴格按三校四審制度執行。為了保證該項目高質量的完成，將由多名完成過類似探測工作的技術骨干人員組成項目部，在項目全面開展期間可調動人員組成13個測試小組同時進行，以便按要求完成任務，相應質量保證體系見圖7-1。項目經理終檢項目技術負責 復檢小組技術負責初檢查施工或測試小組 圖7-1質量保證體系8安全控制探測工作期間，應注意各工作面的交通與施工情況，加強安全監視。施工作業時，應嚴格按相關工種規程規24、范對安全方面的要求施工；注意文明施工。9 提交成果資料每個探測單元工作完成后，2日內提交中間成果，在所有工作全部結束后，四周內編寫*區地下排水管網路面塌陷探測成果報告。提供的具體探測成果如表9-1所示。表9-1 提交主要成果匯總表序號產品名稱比例尺單位數量1*區地下排水管網路面塌陷探測成果報告份1式10份2雷達解釋成果圖套1式10份3高密度電法解釋成果圖套4地震映像解釋成果圖套5CCTV測試視頻套6測區綜合探測成果圖張10 本探測技術優勢1）本探測技術為無損探測，不會對施工現場本身產生震松、破損等影響；2）本探測技術工作效率高，現場工作時間短，不會對周邊施工造成影響，不會耽誤施工工期；3）與鉆探等常規勘探方法相比，勘探結果只能針對某一勘探點，而本探測結果可控制整個探測深度范圍內的排水管網塌陷情況；4）本探測設備輕便，不像釬探、鉆探等常規重型勘探需要涉及搬遷、抽水、接電等過程，不需要施工單位的配合，工作簡單，探測費用相對低廉。5）本技術在本單位已應用近30年，方法技術成熟可靠，探測經驗豐富，成果全面直觀。