城市地下空间开发岩土工程勘察技术运用探究

宋波

淮南市建发规划设计研究院有限公司

宋波，1979.7，男，汉族，淮南，大专，工程师 。研究方向:项目管理 

摘要：随着城市地下空间开发速度持续加快，地铁、管廊、基坑等工程对岩土勘察精度和安全性提出了更高要求，目前勘察仍存在技术适配性差、多技术协同弱等问题。本文从地下空间开发类型和勘察难点入手，对工程钻探、原位测试、物探、数字化建模等技术进行了应用方式和适应场景分析。研究结果表明，采用分类选型、多技术耦合、数字化融合、全流程协同的方式，可提高参数精度，降低漏勘率，为城市地下空间安全高效开发提供可靠的保障。

关键词：城市地下空间开发；岩土工程勘察技术；运用

引言

城市化进程加快使地下空间向深层化、规模化、复杂化发展，岩土勘察面临地层多变、地下水复杂等难题。传统勘察方式已无法满足地铁、深基坑、综合管廊等工程对高精度的要求，如何科学使用多种勘察技术，实现数据协同和数字化升级，是目前工程勘察领域研究的热点。因此，优化岩土工程勘察技术体系，对正确识别地质危险、提高设计施工合理性、保证地下工程结构安全有十分重要的现实意义，也是城市高质量发展的基础保障。

1城市地下空间开发常见类型

我国城市地下空间开发根据其功能定位和建设深度可分为四类，各类工程的勘察重点和技术要求也存在显著差异。（1）地铁工程开发深度为15-30m，勘察重点是地层稳定性、地下水渗流情况和周边建构筑物、地下管线的安全保护，保证线路施工和运营安全。（2）地下综合管廊开发深度为5～15m，重点勘察岩土体承载力、地下水位分布、地层均匀性，为管廊结构受力和长期稳定提供依据。（3）地下综合体开发深度为10～25m，主要考虑地基沉降控制、不良地质体识别和场地抗震性能，保证多功能复合空间结构安全及使用功能。（4）深基坑工程开发深度为30～50m，勘察以基坑边坡稳定性、地下水控制措施和周边环境扰动影响为重点，防止坍塌、渗漏和变形^[1]。四类工程组成城市地下空间开发主体，不同勘察需求对岩土工程勘察提出了更高要求。

2城市地下空间勘察技术运用存在的问题

2.1勘察技术选择缺乏针对性

城市地下空间岩土勘察大多使用通用化的技术方案，未根据地铁、管廊、深基坑等工程类型，与软土、岩溶等地质条件选择不同的勘察方案^[2]。软土地区沿用常规钻探，岩芯采取率仅有50%到60%，无法满足规范要求；岩溶地区未先进行物探普查，不良地质漏勘率超过35%，技术适配性不足直接导致勘察质量与可靠性降低。

2.2多技术耦合协同性差

部分项目虽组合使用了钻探、物探、原位测试等许多种技术，但缺少系统的协同机制，各种数据互相独立，无法相互校验。数据离散系数在0.3～0.4，地层参数和地质界线的一致性不高，勘察精度无法保证，难以为地下空间结构设计、基坑支护、地下水控制提供稳定的参数支持。

2.3勘察与施工、设计衔接不畅

勘察工作前期未与设计标准和施工工艺充分对接，成果只给出基础地质数据，未对基坑支护、周边管线保护、沉降控制等提出专项建议。勘察结论与现场工况不匹配，易产生地质条件与成果不符的情况，致使返工率达20%以上，加大工程风险和建设成本，影响全周期协同效率。

3城市地下空间开发岩土工程勘察核心技术解析

3.1工程钻探技术

工程钻探是城市地下空间开发岩土勘察时获取地层实物、判定岩性、取得岩土样本的主要技术途径，直接影响勘察成果是否真实可靠。根据地铁、综合管廊、地下综合体、深基坑等不同地下工程的埋深、地层及施工风险，必须形成分类适配、工艺精准、质量严控的钻探技术体系，方能实现高岩芯采取率、低扰动取样、全地层覆盖。城市复杂地层环境常用的钻探技术可分为四类，根据地层特性不同而选择使用，分别为岩芯钻探、薄壁取土钻进、跟管钻进和泥浆护壁钻进^[3]。岩芯钻探采用回转钻进工艺，用金刚石钻头钻进，适合于岩层、硬土层等高强度地层，可保证岩芯采取率不低于85%，完整揭示岩层结构和风化界面；薄壁取土钻进主要针对软土、粉质黏土等容易扰动的土层，采用直径108mm到150mm的专用取土器，最大限度保持土体原始结构，使取样扰动系数控制在0.05以内，为室内试验提供高质量的原状土样；跟管钻进主要用于破碎岩层、杂填土等易塌孔地层，采用直径不小于127mm的套管同步跟进，防止孔壁坍塌、缩径，保证钻孔连续成型；泥浆护壁钻进适用于地下水丰富、渗透性强、易塌孔的地层，控制泥浆比重1.1~1.3、黏度18~22s，形成稳定的孔壁，保证深孔钻探安全高效。

为适应地下空间的开发需要，钻探作业要严格执行质量控制要点，钻孔间距根据工程类型和地质复杂程度控制在10～20m，在岩溶、软弱夹层、破碎带等不良地质区加密到5～10m，消除勘察盲区；岩芯采取率执行分层标准，软土区域不低于80%，岩层区域不低于85%，保证地层划分准确；钻孔深度必须超过地下空间设计深度5～10m，完整揭示持力层厚度和性状，满足基础设计和基坑支护要求；钻探全过程实时记录地层界面、岩性变化、水位深度、异常情况，杜绝漏记、错记、迟记，保证原始数据真实可追溯。

表 1 城市地下空间开发常用钻探技术参数、适用场景及技术优势对照表

钻探技术	钻进速度	岩芯采取率	适用地层	核心技术优势
岩芯钻探	中等	≥85%	岩层、硬土层、风化岩	岩芯完整，地层判别精度高
薄壁取土钻进	较慢	≥80%	软土、粉质黏土、淤泥质土	取样扰动小，试验数据可靠
跟管钻进	较快	75%~85%	破碎岩、杂填土、松散层	防塌孔，成孔率高，安全性强
泥浆护壁钻进	中等	80%~85%	富水地层、易塌孔地层	护壁稳定，适配深孔与水下钻进

3.2原位测试技术

原位测试技术是城市地下空间勘察中获取岩土体力学参数的主要方法，在不扰动、少扰动原生地层结构的情况下，可直接获取连续、真实、可靠的物理力学指标，有效克服了室内试验取样扰动大、数据离散性高的缺点^[4]。根据地铁、深基坑、管廊等工程对承载力、变形参数、密实度的高精度要求，原位测试形成了以静力触探、标准贯入、重型动力触探、平板载荷试验为主的测试技术体系，可满足各种地层和深度范围的测试需求。静力触探（CPT）适用于软土、粉质黏土等软弱地层，测试深度 0～30m，可连续获得比贯入阻力 qc、侧摩阻力 fs 等参数，承载力判定误差不大于 5%，为软土地区地基设计提供关键数据支持；标准贯入试验（SPT）适用于砂土、碎石土、中风化岩层，适用深度可达 0～50m，通过标准锤击数 N 判断密实度、承载力和液化可能性，锤击能量误差控制在 3% 以内，数据稳定；重型动力触探（DPT）适用于破碎岩层、杂填土等不均匀地层，测试深度 0～20m，可快速判定岩体完整性及承载能力，数据离散系数不大于 0.15，效率高、适应性好；平板载荷试验用于重要地下工程持力层，承压板面积 0.5～1.0㎡，最大加载量≥设计承载力的 1.5 倍，可直接测定地基承载力特征值和变形模量，结果最接近工程实际。

在城市地下空间复杂地层中，单个测试方法无法达到精度要求，必须采取“原位测试+室内试验”的双向校正方式，实现参数互相补充、误差减少、结果可靠。在软土分布区，将静力触探数据和室内压缩试验结合使用，可将压缩模量误差控制在8%以内，提高了变形参数的准确性；在破碎岩层、杂填区，采用重型动力触探和岩石单轴抗压试验相结合的方法，可有效修正岩体强度参数，提高基坑支护及地基的设计安全系数。原位测试比室内试验具有连续性、快速性、扰动小、代表性好等特点，可更真实反映城市浅层和中层地下空间岩土体的实际受力状态，为地基承载力评价、基坑稳定分析、沉降预测、地下结构选择等提供准确的数据支持，是现代城市地下空间勘察不可缺少的重要技术环节。

3.3地球物理勘探（物探）技术

地球物理勘探技术凭借全域覆盖、无损快速、定位准确的特点，成为城市地下空间开发时识别隐蔽不良地质、探测地下管线、划分地层界面的重要技术手段，可弥补钻探点位离散、浅层盲区、成本高这些不足之处，为精细化勘察提供数据支撑^[5]。城市地下空间勘察常用物探技术以电性、电磁、声波、地震波为物理基础，分为分层分类、深度互补的技术体系，可满足不同埋深、不同地质目标的勘察要求。高密度电阻率法电极间距为2～5m，探测深度为0～30m，利用岩土体、空洞、水体之间电阻率的差异识别异常，对岩溶、地下空洞、软土夹层等目标体的探测精度不低于90%，适合场地前期大面积普查。地质雷达（GPR）使用50～200MHz天线，探测深度为0～15m，空间分辨率可达0.1m以内，对浅层地下管线、浅部溶洞、松散体有极强的定位能力，在城市核心区的勘察中必不可少。声波探测法用 20kHz 到 100kHz 的声波信号进行检测，误差控制在±3%之内，能有效确定岩层的完整性、风化情况与破碎带范围，为岩体工程评价提供支撑^[6]。地震折射法探测深度可达0～50m，地层界面埋深误差控制在1.0m以内，适合于深层地层划分和地下暗河识别，可满足深基坑、地铁工程等深部勘察的要求。

物探技术在工程实践中严格执行先普查后详查、由粗到细、逐步聚焦的原则，在前期用高密度电阻率法和地质雷达组合进行全域扫描，快速圈定不良地质体和地下管线分布范围，锁定重点勘察区域；后期对异常区段用声波探测、地震折射法做精确详查，进一步确定异常体边界、埋深和形态特征，是城市地下空间精细化、高效化勘察不可缺少的技术支撑。

3.4数字化勘察技术

3.4.1 三维地质 BIM 建模技术

三维地质BIM建模技术是城市地下空间数字化勘察的主要载体，将分散、零散、不连续的地质数据变成直观、准确、可相互作用的三维可视化模型，为工程全生命周期提供统一的数据根基。该技术以钻探分层数据、物探解译成果、原位测试参数、地下管线信息为依托，用空间插值、地层拟合、实体构建等数字化方法，恢复地层界面、岩性分布、不良地质体和周边环境的真实空间形态，模型空间精度控制在0.5m以内。构建完成的三维地质模型可进行任意剖切、属性查询、动态更新、数据联动等操作，清晰显示各个深度地层的分布情况、溶洞位置、软弱夹层范围、管线走向，有效解决了传统二维图纸表达抽象、理解偏差、信息滞后的问题^[7]。同时，模型可直接对接设计、施工阶段的软件，实现勘察数据共享和协同作业，提高地下空间开发前期决策效率和风险预判能力，为基坑支护、结构选型、施工组织提供可靠的可视化依据。

3.4.2 无人机航测与三维激光扫描技术

无人机航测、三维激光扫描技术组成了城市地下空间勘察外部空间数据采集的高精度技术体系，从地面和空中两个方面迅速获得场地三维实景信息，大大提高了勘察前期工作效率和数据精度。无人机航测主要针对场地大范围地形测绘，地面分辨率可达0.1m以内，可迅速生成正射影像、数字高程模型和三维地形模型，整体测绘效率比传统人工测绘提高60%以上，可高效完成地形起伏、地表障碍物、周边建筑分布等信息的采集。三维激光扫描对基坑周边建筑、既有结构、复杂地形进行精细化扫描，得到高密度的点云数据和三维坐标，点位误差控制在0.05m以内，可准确还原场地微地形和构筑物的形态。两类技术所获得的实景数据可直接用于勘察钻孔布置、环境风险评价、基坑边界确定、施工影响范围分析，为地下空间勘察提供真实、高精度、高效率的外部环境数据支持，有效克服了传统测量周期长、覆盖面小、细节缺失等问题。

3.4.3 多源数据融合与 AI 智能解译技术

多源数据融合和AI智能解译技术是提高城市地下空间勘察智能化、自动化、高精度水平的重要支撑，有效解决了多技术数据冲突、离散度高、人工解译效率低等问题^[8]。多源数据融合用专门的算法对钻探、物探、原位测试、室内试验等数据进行降噪、匹配、校正和互补验证，将原本杂乱的数据统一到同一个空间框架中，使最终岩土参数离散系数控制在0.15以内，大大提高数据可靠性、一致性。在此基础上，利用AI智能解译技术对地质雷达、高密度电法等物探图谱进行自动识别、判读，用深度学习模型快速识别异常区、区分地层界面、圈定不良地质体，识别准确率不低于92%，减少人工干预强度和误判率。该技术体系将“数据采集”“智能分析”“精准成果”全部纳入其中，可提高勘察效率、缩短工期、降低成本，为城市地下空间高质量、精细化开发提供智能化的技术支持。

表 2 城市地下空间数字化勘察关键技术与应用指标对比表

技术类别	核心技术名称	关键技术功能	精度 / 效率指标	主要应用场景
三维建模技术	三维地质 BIM 建模技术	多源地质数据整合、三维可视化构建、地层与不良地质体还原、模型剖切与属性查询、数据联动共享	空间精度≤0.5m	地层分布展示、溶洞与软弱夹层定位、基坑支护与结构选型、勘察 — 设计 — 施工协同
实景测绘技术	无人机航测技术	大范围地形测绘、生成正射影像与数字高程模型、地表环境快速采集	地面分辨率≤0.1m；测绘效率提升 60% 以上	场地地形测绘、地表障碍物识别、基坑边界确定、环境风险评估
实景测绘技术	三维激光扫描技术	高密度点云采集、构筑物与微地形精细化还原、三维坐标获取	点位误差≤0.05m	基坑周边建筑监测、复杂地形测绘、施工影响范围分析
智能解译技术	多源数据融合与 AI 智能解译技术	数据降噪校正、互补验证、物探图谱自动判读、异常区与不良地质体智能识别	岩土参数离散系数≤0.15；AI 识别准确率≥92%	多技术数据整合、物探成果智能解译、地层自动划分、勘察效率提升与成本控制

结语

总之，城市地下空间岩土勘察的价值，在于用准确的地质认识为地下工程提供坚实保障。依托技术适配、多手段耦合、数字化赋能，勘察工作由单点取样变成全域感知、由离散数据变为三维模型、由被动反馈变为主动预判，从而完成地质信息的完整再现和有效利用。该系统性升级不但提高了勘察成果的可靠性、实用性，还打通了勘察、设计、施工之间的协同壁垒，有效降低了工程风险、节约了建设成本，为城市地下空间可持续、高质量开发提供稳定的地质保障。

参考文献：

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[5]何海波.城市地下空间开发岩土工程勘察技术应用研究[J].工程技术研究,2025,10(03):76-78.

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[7]陈冰慧,李冉.城市轨道交通建设中岩土工程勘察技术研究[J].运输经理世界,2024,(12):14-16.

[8]马鑫卓.数字化勘察技术在城市地下岩土工程中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市,2023,(11):90-92.

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