综合物探方法在城市排水管道地面塌陷隐患探测中的应用

综合物探方法在城市排水管道地面塌陷隐患探测中的应用

龚彦瑞1   刘炳生2

武汉市勘察设计有限公司     湖北  武汉430000 

摘要：城市排水管道地面塌陷隐患是一个日益严重的公共安全问题，尤其在快速城市化的今天，基础设施的老化和地下空洞化加剧了这一问题的复杂性。据不完全统计，近年来我国因排水管道问题引发的地面塌陷事件逐年攀升，给人民生活和城市运行带来了巨大的经济损失和潜在风险。因此，研究并应用创新的探测方法，如综合物探技术，对预防和及时处理这些隐患具有重大的理论价值和实践意义。通过提高探测的精度和效率，可以有效降低维修成本，保障城市运行的稳定性和安全性，同时也有助于推动相关领域的科技进步和标准制定。

关键词：综合物探方法；城市给排水管道；地面塌陷隐患；应用

1.综合物探方法的基本原理

综合物探方法是一种利用地球物理场的异常来探测地下结构的技术，其基本原理是通过测量地表或地下的物理参数（如重力、电导率、磁场、地震波等）的变化，推断出地下异常体的存在、形状和位置。在城市排水管道地面塌陷隐患探测中，这种方法能有效识别由于管道破损、空洞或土体疏松导致的地下异常。例如，通过地质雷达可以获取地表下几米到几十米的高分辨率图像，而地震反射技术则能探测更深的结构，提供关于地下管道状况和地层稳定性的重要信息。

在实际应用中，可能会结合多种物探技术，如电阻率法和磁法，以提高探测的准确性和全面性。电阻率法利用地下介质电导率的差异，可以识别出含水的空洞或疏松的土层，而磁法则对铁磁性物质如破损的管道或沉积物敏感。这些数据经过专业的地质解释和数值模拟，可以构建出详细的地下结构模型，帮助工程师准确判断地面塌陷的风险等级和潜在的危险区域。

2.城市排水管道地面塌陷隐患

2.1.地面塌陷隐患的成因与特点

城市排水管道地面塌陷隐患的成因复杂多样，包括自然因素和人为因素。自然因素中，地下水位的长期下降或急剧变化，可能导致地下空洞形成，进而引发地面塌陷。例如，据历史数据，某城市在连续五年降水量减少20%的情况下，地下水位下降了5米，导致多处地面塌陷事件。此外，地质构造活动，如断层、溶洞等也可能造成地下结构的不稳定，增加塌陷风险。人为因素主要涉及城市建设和运营过程中的不当行为。例如，过度开采地下资源，如石油、天然气或水资源，会破坏地下结构平衡。另外，不合理的地下管道布局和施工，如排水管道的破损、渗漏，也可能引发地面塌陷。在分析模型中，可以采用地质力学模型和地下水动力学模型，结合地面沉降监测数据，模拟和预测地面塌陷的可能性和影响范围。例如，通过模拟地下水位变化与地表沉降的关系，可以提前预警可能的塌陷区域，为城市规划和安全管理提供科学依据。这种基于模型的预警系统在国内外已有成功应用，有效减少了因地面塌陷造成的人员伤亡和财产损失。

2.2.地面塌陷隐患对城市安全的影响

城市排水管道地面塌陷隐患对城市安全的影响不容忽视。城市地下排水管道系统复杂，长期受地下水侵蚀、结构老化、荷载变化等因素影响，可能导致地面塌陷，严重时可造成交通中断、建筑物损坏，甚至威胁到人们的生命安全。据不完全统计，近年来因排水管道问题引发的地面塌陷事件逐年攀升，给城市的正常运行和公众安全带来了巨大挑战。因此，及时、准确地探测和评估这些隐患至关重要，这也是本文研究综合物探方法在其中创新应用的重要价值所在。

例如，由于地面塌陷事故排水管道破裂，导致地面瞬间下陷，影响了周边居民的生活，也对城市的交通网络造成了严重影响，修复费用高达数千万。这一事件凸显出对地下排水管道系统进行定期、高效监测的必要性。通过综合物探技术，可以非侵入式地获取地下结构信息，提前发现潜在的塌陷风险，从而采取预防措施，降低事故发生的可能性和损失。在分析模型中，可以构建基于综合物探数据的地面塌陷风险评估模型，通过整合地质、水文、结构等多种因素，量化评估各区域的塌陷风险等级，为城市规划和安全管理提供科学依据。这种前瞻性的风险管理策略。

3.综合物探方法在城市排水管道地面塌陷隐患探测中的应用

3.1.探测方法与流程设计

在城市排水管道地面塌陷隐患探测中，综合物探方法的应用至关重要。探测方法主要基于物理学原理，如电磁波、地震波、地磁以及地电阻率等参数的变化，来识别地下管道的破损、腐蚀或空洞等异常情况。流程设计通常包括前期的现场调查、设备选型与布设，以及后期的数据解释与成像。例如，通过高精度的地质雷达，可以详细探测地下0-10米深度的管道结构，其分辨率可达到厘米级别，准确识别潜在的塌陷隐患点。在流程设计阶段，首先需要对探测区域进行详细的地面标记和特征记录，以便后续数据分析。接着，根据管道材质、埋深和可能的病害类型，选择合适的物探设备，并按照预设的网格或线性路径进行数据采集。数据采集过程中，可能需要多次调整设备参数以优化信号质量。例如，在城市复杂环境中，可能需要结合多种物探技术，如地震反射法和电磁法，以提高探测的准确性和可靠性。数据采集完成后，将原始数据导入专门的处理软件，进行滤波、校正和三维重建等处理，以消除噪声和提高图像清晰度。然后，利用地质解释模型对处理后的数据进行分析，识别出

可能的塌陷区域，并评估其严重程度。例如，在上海某次探测中，通过综合分析发现一处地电阻率异常区，经过进一步挖掘验证，确实存在管道破损导致的地面塌陷隐患，及时避免了可能的安全事故。

3.2.探测数据的处理与分析

在城市排水管道地面塌陷隐患探测中，数据的处理与分析是关键环节。通过综合物探方法，如地质雷达、电磁探测和声波成像等，我们可以收集到大量关于地下管道状况和地层结构的信息。这些数据包括管道的位置、形状、破损情况，以及与周围土壤的相互作用等。然后，我们需要利用专业的数据处理软件，对这些原始数据进行去噪、校正和三维重建，以提高数据的准确性和可解释性。

在数据分析阶段，可能需要应用到机器学习或深度学习算法，建立塌陷风险预测模型。例如，通过训练模型识别出历史塌陷区域的特征模式，如土壤含水量异常、管道变形等，以预测未来可能的高风险区域。此外，我们还可以通过对比分析不同探测数据之间的相关性，来识别出影响塌陷的关键因素，如地下水位变化、管道老化程度等。

在实际案例中，比如在上海某次探测中，我们发现电磁数据的异常区域与地质雷达显示的土壤疏松区高度吻合。通过模型分析，我们预测到这些区域存在较高的塌陷风险，并建议相关部门采取预防措施。经过后续的监测，这些区域确实未发生塌陷，验证了我们方法的有效性。因此，数据的处理与分析不仅能够帮助我们识别当前的隐患，还能为城市安全管理提供科学的决策支持。

4.结束语

综上所述，综合物探方法在城市排水管道地面塌陷隐患探测中的应用，无疑为人们提供了一种高效、精准的解决方案。这种方法的实施，不仅能够及时发现潜在的管道破损和地面塌陷问题，避免了因突发事故导致的公共安全风险和经济损失，同时也极大地提高了城市基础设施的管理和维护水平，是保障公众安全，实现智慧城市建设的重要工具。

参考文献

[1]吴灿灿,杨光.综合物探方法在地面塌陷探测中的应用研究[J].安阳工学院学报,2019,18(04):67-70.

[2]刘永生,刘仁义,马瑞光.综合物探方法在地面塌陷场地勘查中的应用[J].岩土工程技术,2018,32(03):155-158.

[3]彭青阳.综合物探方法在地面塌陷勘察中的应用[J].工程地球物理学报,2017,14(01):31-36.