RS技术在复杂地质深基坑施工中的应用——以中国-东盟医疗保健合作中心（广西）项目为例

RS技术在复杂地质深基坑施工中的应用——以中国-东盟医疗保健合作中心（广西）项目为例

1邓少新 温干祥2  1周兴耀

广西建工集团建筑工程总承包有限公司，广西  南宁，530000 广西交通职业技术学院，广西  南宁，530001

摘要：在建筑、交通、水利等工程设计和施工过程中，建筑物的稳定性和耐久性尤为重要，除建筑材料和施工环境外，建筑物的支撑系统、土壤类型、地下水位和地下岩层质量也起决定作用。基于此，本文对工程地质勘察及现有遥感技术应用进行剖析优缺点。为保护国家地质资源安全，本文通过采用多种无人机遥感技术动态监测中国-东盟医疗保健合作中心（广西）项目（以下简称“中东医保中心”）地质构造、地下水流网和边坡稳定性，在不破坏水资源、土壤资源、能源资源下阐述了无人机遥感技术（RS）在复杂地质深基坑施工中的应用。

关键词：无人机遥感；动态勘测；地下水；边坡稳定

1 工程地质勘察及遥感技术应用现状

随着现代化建设的不断推进，工程地质勘察在各个领域中也得到了广泛的应用，在建筑、交通、水利等工程的基础设计之初会对地质环境进行详细调查和分析，通过土壤及岩石力学参数确定土层结构与稳定性；在复杂地基与基础施工过程对地质灾害隐患、基坑边坡稳定性进行监测与评估。

随着科技的进步和发展，现代工程地质勘察方法逐渐取代了人工开挖观测岩层等部分传统勘察方法，现多采用实地全站仪测量、钻孔探测、北斗卫星遥感观察等获取地球表面及地下岩层形态、构造和岩性。由于北斗卫星遥感技术需要利用卫星进行数据传输，在恶劣天气条件下（如雷暴、风暴等）可能会导致信号干扰或者丢失；而钻孔探测使用各种化学品，作业时会产生振动和冲击，易引起地下水位变化、土壤松动与污染，而钻孔探测采样点数量有限，其结果不能代表整个勘探区域的地质情况。

为进一步做好新时代建筑施工领域工程地质勘察工作，保护国家地质资源安全，应用红外线、激光雷达、超声波等对岩石内部介质的传播速度、电阻率、激光脉冲、温度分布等特征进行测量和分析，可以高效精准推断其物理性质和力学性质。

2 无人机遥感监测技术与方法

2.1 无人机遥感监测技术

无人机遥感监测技术【1】是利用无人机搭载红外线、激光雷达等多种传感器对地表及地下进行高分辨率、高精度、多角度的观测和数据采集，通过对获取地表及地下的信息数据进行图像处理和分析，绘制可视化高精度数字高程模型（DEM）、数字地形模型（DTM）、数字表面模型（DSM），从而实现自动化动态监测和评估。

2.2 无人机遥感监测方法

无人机遥感监测的方法多种多样，根据应用需求不同选择适合的遥感技术进行监测。常用检测方法有光学遥感监测（EO）、红外遥感监测（IR）、激光雷达遥感监测（LiDAR）、多光谱遥感监测（MS）、气象遥感监测。

光学遥感监测（EO）是利用无人机搭载高分辨率光学相机航拍地形起伏、山脉、河流等自然地貌，分析植被覆盖率、土地利用率、建筑物分布。

红外遥感监测（IR）是无人机搭载红外传感器利用热红外成像技术探测不同岩石或沉积物之间在夜间或低光照条件下的温差，识别潜在的断层线条和地质构造特征。

激光雷达遥感监测（LiDAR）是无人机搭载激光雷达设备对深基坑进行动态扫描获取高精度点云数据，通过比对时间序列中的点云数据判断边坡是否存在变形、裂缝等。

3无人机遥感技术在复杂地质深基坑施工中的应用

3.1 合理分析场地周围环境

项目施工前无人机搭载光学遥感拍摄中东医保中心建设场地及周围环境情况，获取项目东侧8米是已建成的老干部医疗保健中心，西侧10米是已建成的肿瘤医院，北侧11米是已建成的锅炉房及洗涤中心，东南方是已建成的广西人口和计划生育研究中心等信息数据。无人机光学遥感监测会自动绘制三维可视化场地模型【2】，分析优化深基坑施工过程土方外运、堆场设置、施工道路及三区规划。（图1）

图1 优化土方施工场地布置

3.2 动态监测地质构造

项目施工前采用光学遥感获取高分辨率、高精度的影像数据生成数字表面模型，反映出地形起伏、山脉、河流等自然地貌特征。中东医保中心场地位于南宁，处于南宁盆地东部边缘地带，地势起伏较大，地面标高为74.05m～78.39m，场地地形高差4m左右，现已有洗衣房、营养食堂临时建筑。

项目采用热红外遥感探测拟施工区域内不同岩石或沉积物之间在夜间或低光照条件下的温差识别出潜在的断层线条和其他地质构造特征【3】，包含厚度、色泽、成分及主要岩性，中东医保中心上覆土层为第四系人工填土、淤泥质土、黏性土、粉土、粉砂及圆砾等，是厚度0.25~8.4m的二元结构，下伏地层为古近系湖湘沉积的泥岩、粉砂岩，灰色极软岩，岩体等级为V级。激光遥感监测地质构造的动态变化得知第四系土层与古近系岩层为不整合接触，场地内无深大构造断裂带通过，场地及附近亦未发现不良地质作用发育。（图2）

图2 西侧区域地层序列

3.3 动态监测边坡稳定性

项目施工全过程多次利用无人机搭载高分辨率相机进行深基坑航拍摄像采集点云数据

【4】（图3），然后通过三维重建算法生成模型，比对时间序列中的不同影像，数据分析与处理边坡变形、裂缝等变化情况（图4），设定项目深层位移及地表沉降变化速率警戒值每天2mm，每天累计变化警戒值24mm。当侧向位移超过警戒值时模型给予提示，曲线出现异常突变点，应立即采取处理措施以确保施工安全。

图3 基坑点云模型                         图4 边坡侧向位移

3.4 动态监测地下水补径排情况

中东医保中心项目施工前先搭载多光谱相机获取地表水体反射率与色度等水体信息，发现项目杂填土层未现上层滞水。再通过搭载激光雷达传感器获取水体深度与流速等数据，结合地形图和地貌特征进行分析和推断水质状况及水体来源，项目地下水为一层，主要赋存于圆砾和粉砂层等强透水层中，属孔隙型潜水，略具承压性，水位埋深约9.90~15.20m。最后通过搭载热红外相机获取地表温度和热红外图像【5】来推断地下水补给量的大小和流向以及排泄情况，项目地表离邕江直线距离140m，地下水存在与邕江互补关系，ZK18、ZK19、ZK21、D2、J8~J10孔段场地属于邕江Ⅰ级阶地，其余属于邕江Ⅱ级阶地。

4 结语

遥感技术的不断发展，不仅能高精度直观地表地貌和场地周围情况，更能通过无人机搭载不同传感器实时探测地表及地下岩层构造，在基础设计前完成高精度、自动化及无损勘测工程地质情况，在地基与基础施工全过程实现实时智能监测工程地质构造、边坡稳定性及地下水补径排情况。综上所述，充分利用各种先进技术，合理应用无人机遥感技术在复杂地质基础设计与施工中全面掌握工程地质与边坡稳定等数据信息，生成可视化高精度数字高程模型（DEM）、数字表面模型（DSM）、数字地形模型（DTM），对比分析确定地质单元体各岩层厚度、色泽与岩性，地下水的水量和补、径、排情况，监测基坑边坡支护稳定性，增强建筑物稳定性和耐久性。

参考文献

[1]杨燕炜.基于无人机系统的广域建设项目数据采集与分析模式研究[D].东北林业大学,2022.

[2]范孟超,赖国华,陆铭,邓南丹,王松峻.BIM结合无人机三维信息采集的基坑监测方法研究[J].四川建材,2023,49(11):82-84+87.

[3]蒋辉.基于无人机摄影测量的岩体结构面自动识别与稳定性分析[D].重庆交通大学,2023.

[4]胡贝.无人机遥感测绘在基坑监测中的应用研究[J].工程建设与设计,2020,(24):242-243.

[5]许崇豪.基于无人机热红外遥感诊断土壤含水率的模型研究[D].西北农林科技大学,2020.

作者信息：

AAA(年.月)，性别，籍贯，学位，职称，主要研究方向：

温干祥(1978.06)，男，广西南宁，研究生，副教授，主要研究方向：土木工程

BBB(年.月)，性别，籍贯，学位，职称，主要研究方向：

项目课题：

2022年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“遥感技术在地下水寻找中的应用研究”（2022KY1138）