早期坑地道人防工程地质隐患特点及综合勘测

晏月平，张叶鹏



早期坑地道人防工程地质隐患特点及综合勘测

晏月平，张叶鹏

(湖南省有色地质勘查局 二四七队，湖南 长沙 410129)

从早期坑地道人防工程综合整治的重要性及综合勘测的必要性出发，以工程隐患综合勘测为目标，从历史变迁、地质变化及人文活动等方面讨论了坑地道人防工程的隐患特征，结合生产实例讨论了工程地质隐患的主要勘测方法，并以高密度电法、地质雷达为重点，讨论了利用地球物理方法进行隐患识别的方法，总结了典型隐患体的异常规律。结论认为，早期坑地道人防工程隐患可以划分为固有隐患、地质隐患、人为隐患三种类型，在隐患排查时需要有综合勘察思路。

人防工程；工程隐患；综合勘测；物探;地质雷达

(Team247,HunanProvincialNonferrousMetalsGeologicalExplorationBureau,ChangshaHunan410129,China)

1 引 言

早期地下人防工程一般指20世纪70年代前后修建的适于当时战争技术的人防设施，所处地理位置优越，坑地道人防工程是早期地下人防工程的主要类型。但受当时施工及设计技术等条件的影响，这些工程的平战功能与新形式下人防工程建设[1]、城市地下空间规划[2]等要求存在较大的差距，同时，由于年代久远及地面建筑频繁，各类工程隐患[3]突出。随着现代城市综合功能的高度发展及战争技术的大幅提高，对这些人防工程能否有效发挥平战功能提出了严峻的挑战，因此，早期人防工程的综合治理[4]已引起了相关部门的高度重视。但由于地下人防工程的特殊性，治理前期的勘测工作没有可参照的技术依据，勘测工作的开展大都具有一定的盲目性，影响了勘测技术的设计和最终的效果。

本文在已有工作的基础上，以早期坑地道人防工程为例总结了工程地质隐患的特征，介绍了排查隐患的的技术手段，为此类工作的开展提供了参考。

2 工程地质隐患特征

坑地道工程是利用工程上部覆盖层与工程支护(被复)结构共同组成的承载结构的工程。早期工程大都建于20世纪60年代末～70年代初，相对现代工程，大都缺少统一规划、缺乏经验、存在技术力量不足、质量较差等现象，目前，这些工程的隐患已非常突出，有些已带来了工程灾害。为便于隐患的排查及勘测设计，本文分析了工程隐患的表现形式，并以成因为依据将各类隐患划分为三种类型，即固有隐患、地质隐患、人为隐患。

1)固有隐患。指受设计、施工技术不完善或建设标准较低而存在的一些隐患，主要表现形式有：坑室上覆厚度不足、上覆体强度不足；坑室周围工程地质情况不清楚；坑室土建不完善、抗力等级及防护等级较低或不明确；采用块石和混凝土混合建造而导致防护性能差、防水能力不足。如图1中的①②③④所示。此类隐患的主要危害特征是导致人防工程的平战功能失效或低效，同时，也因对工程地质情况认识的不足，会存留未经治理的地质隐患。

2)地质隐患。主要指坑室周围水文工程环境等综合地质情况发生改变而造成的一些地质隐患，这些隐患一般难以直接发现，主要形式为塌洞、泥化、空洞、裂缝，直接诱因有水土流失、人文活动，在坑室的表象主要有构筑物变形缝、施工缝、渗漏水、土渣脱落、底板积水积泥等。如图1中的②③④⑤⑥所示。此类隐患的主要危害特征是导致人防工程的损坏，造成地面建筑物的破坏，严重时会导致生命财产的损失。

3)人为隐患。主要是指后期人文活动对坑室的直接或间接破坏。主要表现形式有桩基直接破坏坑室；因不明就里将坑室当作自然空洞而注浆回填；误将坑室顶部当作稳固地基的隐性悬挂桩基；地表施工对坑室上顶地质环境的改变；坑室用途的非法改造；管道(线)建设使得坑室周围环境更为复杂；档案资料缺失而无法准确定位定性的盲洞。如图1中的⑦⑧⑨⑩所示。这类隐患最直接的危害是破坏坑室、阻断通道，最严重的危害是造成地面建筑物失稳而导致生命财产的损失。

图1 早期坑地道人防工程地质隐患示意图Fig.1 Geological hidden defects and comprehensive survey of early underground tunnel civil air-defense engineering

3 隐患综合勘测

坑地道工程地质隐患勘测的主要目标是为后期治理、开发利用提供依据，勘测方案需结合特定目的制定，但总的原则应是以坑道、坑室为重点，以构筑物上覆区为主要对象，同时考虑两侧及底板工程地质情况，系统地调查固有隐患、人为隐患，准确分析地质隐患，掌握各类隐患的分布特点，分析隐患的成因及危害性。

以往的勘测工作，大都是以单一任务为目标开展工作，虽然也有一些综合性勘探工作[5]，但调查手段目标性不强，对隐患类型的分析不够，提交的资料也缺少系统性，不利于综合治理及开发利用的整体规划。

本文从工程隐患类型出发，提出了采用现场调绘、历史与现状对比、物理勘察、工程勘察与现场测试等多手段相结合的综合勘测[6]思路。

1)现场调绘。采用工程测量[7]与坑室编录为主，物理检测、地面调查、浅孔验证相结合的综合勘测方式。重新测量坑道、坑室空间分布及地面人文活动现状，系统掌握封堵洞、盲洞、岔道口等重要信息，全面了解坑道、坑室构筑结构，系统排查坑室隐患点，准确掌握工程所处工程地质环境及上覆区厚度。

2)历史与现状对比。收集坑地道修建时期地形图及最新卫星影像图，结合工程测量成果分析坑地道所在地段地面地物变化情况，掌握坑地道上部建筑物类型，并分析其对地下工程可能存在的危害，以及地下工程对地面建筑可能存在的安全隐患。

3)物理勘察。它是隐患勘察的一种主要手段[8]。根据前期调绘结果，根据地物类型及分布情况、地质隐患发育情况、工程地质情况，选择不同的地球物理手段，有重点、分层次地开展物理勘察工作。主要目的有：了解指定地段隐伏地质隐患发育情况，了解坑室顶部及近围岩土工程力学情况，配合测量工作，对测量无法进入的坑道采用物理勘察手段辅助定位定深。目前，较为常用的方法有浅层地震法[9]、探地雷达[10]、高密度电阻率成像[11]、瑞雷波法[12]、工程瞬变电磁法[13]等。由于物理勘察方法的特殊性，勘察效果受目标体状态、施工环境、人文干扰等多种因素的影响，因而大工作开展前，需要在已有情况较为有利的地段开展对比试验工作，以确定最佳技术手段和工作参数。

4)工程勘察与现场测试。通过浅钻、开挖等手段对推断的隐患点、工程地质现象利用常规工程勘察手段进行验证，并辅以适当的测试手段获取岩土力学、水文环境等定量参数，为后期治理和改造提供科学依据。

4 实例分析

4.1 高密度电阻率法

高密度电阻率法实际上是集中了电剖面法和电测深法的电阻率法，属于阵列勘探方法，能快速获取大量地电信息并自动反演成像，是工程物探中常用方法之一，在地下人防工程隐患勘探中也是一种重要的方法，但该方法需要向地下打入电极，因此其应用受地表建筑物制约因素较多。

图2为高密度电阻率法坑道勘探成果图。工作区地表为平房区，地下有已知的坑地道分布，及与之相连但情况仍不清楚的封堵盲洞，围岩以弱至强风化粉色砂岩为主，主洞壁以石块及混凝土混合构建为主。为了确定盲洞位置，了解其完整性及延伸长度，排查可能存在的地质隐患并辅助盲洞测量，选择了以高密度电阻率法为主的调查手段。图2为通过调查确定盲洞走向后，在洞顶地面沿走向布置的勘探剖面，电极阵列采用双偶极排列方式，排列顺序为ABMN(A、B为供电电极，M、N为观测电极)，点距1.5 m。图2所示成果为反演成像结果，由图可见，浅表及深部电阻率为相对低阻特征，在28.5～61.5 m间、深度约5.0 m处存在明显的沿测线展布的高电阻异常，该异常两端高值区明显，电阻率大于10 000 Ω·m，中段相对平稳，电阻率值与高值区存在近5 000 Ω·m的差异，大号端61 m的高阻体对应于主坑道(走向与剖面近垂直)，推断小号端28 m处高阻体对应于盲洞的终点，高阻体展布位置即为盲洞所在位置，参考主坑道洞室高度确定盲洞高度，由于中段电阻率相对较低，反映洞室中段可能存在崩塌充填，洞室壁隔水功能减弱，由于洞室顶部可能已经破坏，围岩风化较强且含水，提出了将盲洞回填排除隐患的建议。

图2 封堵盲洞电阻率成像及推断结果Fig.2 Block blind hole resistivity imaging and inference

4.2 地质雷达法

地质雷达是观测、研究大功率高频电磁脉冲在地下电性界面上产生的回波特性的工程电法勘探方法。采用特定仪器向目标区域发送脉冲形式的高频电磁波，电磁波在介质中传播,当遇到存在电性差异的目标体，如空洞、分界面等时,电磁波便发生反射,由接收天线所接收，根据接收到的波形、强度、双程时间等参数推断目标体的空间位置、结构、电性及几何形态,从而实现对隐蔽目标体的探测。随着硬件系统不断发展完善，数据信号处理技术持续创新、拓展[14，15]，地质雷达已成为浅层地球物理勘测的重要手段[16]。

采用地质雷达可以排查早期人防工程中的大多数隐患，特别是地质隐患，如岩体完整性、基岩面、断层破碎带、裂隙区、富水区、塌陷或空洞等，这些地质隐患一般都具有独特的异常特征。

图3～图5为在早期人防工程坑道内的勘测成果，深度为0 m代表洞室顶，深度值越大越接近地表。

图3为塌陷体雷达影像图，近顶板处同相轴连续，说明底层结构完整，离顶板约1.5 m处开始，在雷达图像上的异常信号表现为多组同相轴弧形连续， 反射波振幅较强但波形复杂， 在相邻道外有小规模绕射弧，同相轴连续性差。该特征反映了空洞的存在，但异常中心同向轴连续性较差、波形复杂，推断空洞内可能存在崩塌物，因此推断隐患体为塌陷体，近围地质稳定性差，具有导致地面建筑物损坏的重大安全隐患。

图4为富水区地质雷达影像图。近顶板处同相轴较连续，说明底层结构相对完整，但局部存在同相轴中断并伴有强反射迹象，反映出顶板附近存在局部细小含水裂隙的可能。离顶板约0.9 m处开始，雷达图像上出现连续多次反射波，局部强度较大、存在散射现象，同向轴不明显。该特征反映出异常区具有介电常数的较大的物质存在，符合富水区的雷达异常特征，因此推断隐患地质体为富水区，洞室顶板在异常部位存在浸水痕迹，反映出该处曾有水浸出。

图5为裂隙发育区地质雷达影像特征。近顶板处同相轴连续，说明底层结构完整，离顶板约1.3 m处开始，在雷达图像上的异常信号表现为往地表延伸的斜列规律性波形现象，同向轴连续性可分辨，但往地表方向迅速减弱，未见绕、散射现象，推断该异常与裂隙发育有关，且局部含水。

图3 塌陷体地质雷达影像特征Fig.3 Collapse body geological radar image characteristics

图4 富水区地质雷达影像特征Fig.4 Rich water area geological radar image characteristics

图5 裂隙发育区地质雷达影像特征Fig.5 Fracture zone geological radar image characteristics

实践表明，不同性质隐患体，其雷达影像图会表现出不同的特征，为了准确解译各类隐患，需要在已知的典型隐患体上开展试验性工作，总结各类隐患体的异常特征、异常规律，作为雷达图像解释的重要依据。表1是结合生产实际归纳的一些典型隐患地质体的雷达异常特征。

表1 几种典型地质隐患体地质雷达图像特征

5 结 论

早期人防工程年代久远，地质形变及人文活动积累了大量的工程隐患，当代战争技术对其平战功能提出了新的要求，整治过程的工程勘察不同于一般基础工程勘察，需要考虑历史的变迁、整治的要求、工程的现状进行总体规划，更为重要的是还需对地质隐患进行详细排查，并提出治理措施。

早期人防工程的隐患可以归纳为固有隐患、地质隐患、人为隐患三大类型，在实际勘察时需要结合工程的人文变迁及任务目标提出综合勘察思路，为工程整治提供较为全面的水文工程环境等综合工程地质信息。

在地球物理勘测时，需要结合勘探的目标及所处地理、人文环境等条件选择合适的方法，采取地面与洞室结合、多手段综合运用的思路，在了解目标体物性特征、总结已知地质体异常规律的基础上对获取的异常进行解释，提取隐患类型，分析其危险性，提出治理建议。

需要补充的是，在工程整治过程中还有一些必须查明的人文构建物，如近围地下管线等，因此在实际工程勘察工作中，还需收集相关的资料，并补充诸如管线测量的相关勘测方法。

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The Characteristics of Geological Hidden Defects Over Civil Air-defense Engineering of Early Underground Tunnel and Comprehensive Survey

Yan Yueping, Zhang Yepeng

This paper starts from the significance of comprehensive control and necessity of comprehensive survey for civil ai-defense engineering of early underground tunnel. Aiming at comprehensive survey of hidden danger in the project, hidden danger characteristics are discussed from aspects of historical changes, geological changes, human activities and so on. The main exploration methods of engineering geological hazards are discussed in production practice with high density electrical method and geological radar as its emphasis to discuss the method of using geophysical method to identify the hidden perils, and summarize the abnormal rules of typical hidden dangers. The paper concludes that the hidden danger over civil air-defense engineering of early underground tunnel can be classified into inherent, geological and potential hidden danger for three types, which also needs a train of comprehensive surveying thought in hidden danger identification.

civil air-defense engineering; hidden danger of the project; comprehensive survey; geophysical prospecting; ground penetrating radar

1672—7940(2016)05—0666—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.018

晏月平(1967-)，男，高级工程师，博士，主要从事工程物探和矿产物探工作。E-mail:ys247@126.com

P631

A

2016-06-20