同济大学：城市地下空间探测与成像技术

城市地下空间探测与成像技术
同济大学 海洋与地球科学学院
提纲
• 为什么要对地下空间进行探测？ • 怎样对地下空间进行探测？ • 地下空间探测的具体方法技术 • 工程应用实例
一、为什么要对地下空间进行探测
1 城市地下空间的利用日趋广泛
上海市轨道交通规划 与总体布置——“十五” 期间和远景建设
跨越黄浦江的越江通道设施——沟通浦西与浦东新区 （已建和正建的：6 桥、7 隧，未计入地铁越江）
• 探地雷达法 GPR • 瞬变电磁法 TEM • 频率测深法 EM • 甚低频法 LEM • 频谱激发极化法 SIP • 核磁共振法 MRI
探测领域广，探测精度高，探测效果好。
其他一些方法：
• 声波检测 • 地温探测 • 放射性探测 • 重力探测 • 磁力探测 • 海上特殊工程探测方法技术 • 井中物探方法技术
应用领域： • 场地土性质与场地类型划分、围岩分类 • 地质、岩（土）性速度扫描 • 地基、路基加固效果检测与评价 • 地基地基动力特性测试与评价 • 爆破施工对建筑物振动影响监测
• 环境地质灾害调查与评价（滑坡、岩溶、泥石流、采空区、活动断裂）
德国Metronix公司研制和生产的多道、网 络地球物理电磁测量系统，电场和磁场传感器 直接与主机ADU-06连接组成标准的MT，AMT或 CSAMT（需外加发射机）观测系统，与多个ADU （2×E）连接便组成多道网络或E-MAP观测系 统，最多可达32个站。
2020年以前，申城地下30米以内的空间有待充分开 发，大有文章可做。
2 城市地下空间的利用过程中 引发的问题与灾难
盲目施工造成的事故
盲目施工造成的事故
二、地下空施工过程灾难的预防 ？
1. 合理的规划 2. 施工方案的科学组织与实施 3. 施工前期地下空间的预探测
就今天在岩土、地下工程界流行着的一些话语，谈点认识 ： 1. “打开来再看”，“严格按图纸施工，那不是地下工
• 机场、高速公路路面检测 • 市政地下管线探测 • 路基隐患探测 • 地铁、隧道检测 • 混凝土内裂缝和孔洞探测 • 混凝土内部钢筋探测 • 地下室渗流探测 • 堤坝裂缝探测
加拿大NOGGIN250 探地雷达
配备125-375MHz的天线，最大探测深度15米，分辨率达 ±0.05m
美国Ditch Witch公司生产的Subsite 950Байду номын сангаас地下管线探测仪。
程”； 2. “只要能及早发现工程中的问题，就没有解决不了的
险情和困难”； 3. “不求计算精确，但要判断基本正确”； 4. “面对灾害性地质，却不能形成灾害性工程事故”。
“隧道施工遇不到地质问题，闭上眼睛也能打洞了”； 5. “做好地质勘探与超前预报，着力提高应变能力，得
出与工程结合的、合理可行的技术措施和应对险情的工程预 案，它是施工成功的关键”。(摘自孙钧院士学术报告)
在岩土工程中，引入地球物理方法技术，将传统意 义上的石油地质勘探方法拓展，形成为地下空间开发与 利用服务的城市地球物理学科。用地球物理探测方法技 术对城市地下空间进行预探测，了解地下所赋存的目标 体：高层建筑物基础、地下管网及其它障碍物等。
三、具体方法技术
1980年前，电阻率理论为基础的直流电法：
• 电阻率剖面法 • 电测深法 • 充电法 • 激发极化法
特点：探测速度慢，探测精度差
1980年以后，弹性波理论为基础的探测方法：
• 浅层折射波法 • 浅层反射波法 • 高分辨率浅层反射波法 • 瑞雷波法 • 地微脉动观测法 • 高、低应变桩基检测
探测精度有很大的提高
1990年以来，电磁波理论为基础的新方法新技术：
越江沉管 法隧道
外环线线路 平面布置
展望：地下空间开发前途无量
未来来的地下空间将不仅仅只有地铁、隧道、地下广 场、地下道路等几种式，还包括地下街、市政隧道（共同 沟）、大型地下储气设施、地下雨水储存设施、地下垃圾 站房、地下车库、地下变电站、以及大型绿地、居住区和 世博园区的地下空间的开发利用等形式，可谓丰富多彩。
仪器简介
• 浅层工程地质调查 • 基岩风化带探测 • 岩土中复杂结构探测 • 地下管线及障碍物探测 • 道路及路面铺层质量检测 • 地下水调查 • 环境评估调查 • 军事工程探测 • 考古探测
加拿大EKKO-4型探地雷达仪
配备25MHz至200MHz频率区间的天线，最大探测深度60米，分辨 率可达±0.1m
可精确探测地下各种管线，如通讯线路、动力电缆、燃气管道、供 水管道、有线电视及光缆等等。上海浦东机场输油管申江路段，深 达13m，但仍探测到信号，且探测误差小于0.2m。
SWS-3型工程勘探与检测
主要功能： 多道瞬态面波勘察、检测陆域 与水域高密度地震映象勘察 地震反射波、折射波勘探，弹 性波场地、建筑（结构）物微振动 测试与工程测振的分析评价 隧道超前探测 地脉动测试