车载式城市道路塌陷灾害预警雷达系统工程案例介绍与分析

崔海涛，施兴华

(中国电波传播研究所，山东青岛266000)

一、前 言

为预防和避免城市道路塌陷灾害事故的发生，采用先进适用的高科技探测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，及时采取措施处治排险，才能防患于未然，这已成为普遍共识。

然而，对城市道路下方隐伏的空洞进行探测作业，由于交通繁忙，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、瞬变电磁法等难于施展，应用效果差，成本高，速度慢，难以大范围应用;而探地雷达具有现场实施方便、抗外部环境干扰、作业快速便捷、探测效率高、分辨率高、实施成本低廉等优势，成为城市道路塌陷灾害普查探测的首选技术手段和唯一现实可行的方法。国内外多年来的科学研究和工程应用实践，充分证明了探地雷达在城市地下空洞普查探测领域的良好性能和取得的显著成效。

二、国内外现状

1.日本

城市化进程早于中国的日本，约20年前，东京、名古屋等城市也曾有过地陷多发期。以东京为例，每年大规模地陷次数多达20～25次，但最近20余年，东京却每年仅有1～2起大规模地陷，甚至数年未出现大规模地陷。1990年起，日本在全球率先使用雷达探测技术，在全国范围内进行地下空洞调查，对一些大的、危险的空洞进行工程填补。之后，日本在各城市重点区域定期探测、巡查，一旦发现塌陷隐患，立时填补，并启动预案对周边加强检测。

2.北京市政管理养护集团

2008年，为保证奥运会相关道路的安全畅通，北京市政养护集团首次使用地质雷达检测技术，应用于路面下空洞检测，并对奥运自行车比赛线路、奥运马拉松比赛线路、奥运火炬传递线路和奥运场馆周边道路等进行了全面检测。

2009年国庆大阅兵之前，北京市政养护管理集团使用探地雷达探测显示东单路口土质疏松，通过提前发现和及时处理，此处路面没有发生沉降。2011年发现中关村南大街路面有沉降，探地雷达应急探测后发现一直径1.75m，深5 m的空洞，及时处理后避免事故发生。

3.太原市市政公共设施管理处

2012年9月太原市市政公共设施管理处要求国内甲级资质的探测企业在太原市双塔西街采用高密度电法、浅层地震和探地雷达等方法，作了一次综合物探方法探测空洞的试验段。2012年12月26日双塔街和并州路口大规模塌陷发生后，又引进北京一家公司用探地雷达探测空洞，同时，管理处也自行装备了雷达工程检测车进行探测。

4.贵港市国土资源局

2013年5、6月间，广西贵港市接连发生16处道路塌陷，主要因素是地下溶洞塌落。贵港市国土资源局受市政府委托，采用探地雷达，以人工作业对塌陷周边区域进行了应急探测。后继将进行全市范围的普查探测。中科院岩溶地质所也在进行岩溶地区城市地陷的研究，其探测手段采用的仍然是探地雷达。

三、RDFR-V01车载式道路塌陷灾害预警雷达系统

RDFR-V01车载式道路塌陷灾害预警雷达系统，是笔者所在单位国家科技攻关项目最新技术创新成果，系统以国际领先的多通道大型雷达天线阵列为核心，集成了RTK精确坐标定位系统和高清视频、图像采集系统，可快速高效地实现对城市道路的全覆盖地毯式普查探测，及时发现地下隐伏空洞，预报、预警塌陷灾害(如图1所示)。多个城市的工程实践应用表明，RDFR-V01车载式道路塌陷灾害预警雷达系统探测性能优异并取得良好实效，是道路塌陷灾害普查探测的首选技术设备。

图1 RDFR-V01车载式道路塌陷灾害预警雷达系统结构图

RDFR-V01车载式道路塌陷预警雷达系统，经过历时3年的研发定型、严格系统测试和大里程探测磨合作业后，于2012年9月首次应用于哈尔滨市道路塌陷灾害普查探测项目。按照政府主管部门的要求，快速高效地完成了地铁沿线和重点地区街路的普查探测工作，提交了翔实可靠的探测成果报告，为防范和治理塌陷灾害提供了数据支持和决策依据，受到政府主管部门的高度评价。

此后，RDFR-V01塌陷预警雷达系统先后应用于大连市2013年夏季达沃斯论坛和全运会重点街路的道路病害和塌陷灾害的普查探测项目、西安市环城路灾害、病害普查探测项目、青岛流亭机场普查探测项目、太原市重点区域道路塌陷灾害专项普查探测项目、福州市重点区域道路塌陷灾害专项普查探测项目。目前，RDFR-V01车载式道路塌陷预警雷达系统累计完成多座城市道路普查探测里程近2000 km。

四、工程案例

1.哈尔滨市

2012年9月哈尔滨市集中爆发道路塌陷，高峰时7天内塌陷8处，死亡2人，伤2人，两车坠坑。哈尔滨市道路塌陷主要原因是大量地下老旧人防洞室集中垮塌、地铁施工扰动造成排水管线破坏泄漏，水流冲刷流土，形成大量地下空洞。笔者所在单位应哈尔滨市主管部门邀请前往遂行地下空洞普查探测任务，进场后，利用RDFR-V01车载式道路塌陷预警雷达系统一周时间内完成了哈尔滨市地铁沿线和重点区域的大直街、中山路、长江路、花园街、北京街、嵩山路、邮政街、民益街20余条重点危险街路的普查探测，提交了翔实的探测成果报告，为防控和处治塌陷灾害提供了可靠的数据支持和决策支持，扭转了被动局面，受到政府部门的肯定和好评。

2.大连市

2013年夏季达沃斯论坛将在大连市召开，同时十二届全运会分赛场届时也设在大连，因此，为保障这两项重大活动顺利举办，2012年10月，大连市市政工程处拟对人民路、中山路、五一路、长春路、疏港路等5条景观路和主干路进行整修改建，邀请笔者所在单位采用探地雷达普查探测，探明道路结构病害和道路下方的空洞隐患，为道路整修设计和塌陷灾害预防处治提供科学数据支持。大连市市区地下主要为灰岩地层，基岩质量较好，道路塌陷灾害主要由地铁施工扰动上部第四纪沉积物，破坏管线产生渗漏冲刷和流土，形成空洞。进场后，笔者所在单位根据市政处要求，采用RDFR-V01雷达车对项目路段进行了全面普查探测，详细查明了各类道路结构病害和地下隐伏空洞灾害的坐标位置、深度和范围，为整修改进设计方案的制定和塌陷灾害防控治理提供了数据支撑，取得良好效果。探测成果与大连市市政交通设计院的钻孔数据高度吻合，后继开挖回填处理地下空洞工作，进一步验证了普查探测成果的可靠性。

3.太原市

太原市近年来发生了多起道路塌陷灾害。太原市区地下为湿陷性黄土地层，同时市区主要干道下方密布的老旧人防工事，近年来开始进入集中垮塌期，地下人防洞室垮塌造成上部土体扰动并为流土提供通道和空间，使管线破坏渗漏，泄漏出的水使湿陷性黄土发生塌落，加速流土和空洞的形成，造成地表塌陷事故。2013年6月底7月初，笔者所在单位与太原市市政公共设施管理处检测中心共同对太原市双塔西街南沙河以东路段、青年东街、滨河西路长风桥段、并州东街、建设路进行了道路塌陷灾害的普查探测，发现多处空洞异常反应，并将经复核检测确定的异常点位提交给市政设施管理处。

五、结束语

通过总结和分析国内外的工程实践和笔者所在单位承担的多个城市道路灾害普查探测项目，得出以下几点体会和认识:

1)探地雷达是城市道路塌陷灾害普查探测的首选技术手段，也是唯一在国内外城市道路塌陷普查探测的工程实践中大量应用取得成功的工程物探方法。

2)传统的、普通的人工或机动车拖曳的单天线探地雷达，由于速度慢、效率低、探测断面窄，因此不能有效地覆盖普查探测道路，容易漏失地下空洞目标;同时，由于其采集信息量有限，不利于对异常反应的判读，主观性、随意性较大，探测成果质量较差。

3)RDFR-V01型车载式道路塌陷灾害预警雷达系统采用最先进的大型雷达天线阵列技术，有效探测宽度3.75 m，探测巡航速度10～20 km/h，专为针对道路塌陷灾害进行地毯式全覆盖普查探测而设计，可对地下隐伏空洞进行多天线的多点同步联合扫描和测量，最大限度地捕获目标体空间信息和特种信息，极大地提高了雷达探测和识别的质量、效率。同时，天线阵列的多点探测、多点识别优势，使得雷达数据和图像的判读更加准确可靠。

［1］中华人民共和国建设部.CJJ 7—2007城市工程地球物理探测规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2007.