綜合物探在地鐵隧道工程建設(shè)中的應(yīng)用

1、<p>　　綜合物探在地鐵隧道工程建設(shè)中的應(yīng)用</p><p>　　摘要: 介紹了在地鐵隧道工程建設(shè)中使用探地雷達(dá)與瑞雷波法結(jié)合輕便動力觸探技術(shù)檢測軟弱地基的經(jīng)驗(yàn)和幾點(diǎn)認(rèn)識,并討論了該勘察方法的應(yīng)用條件和優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞:地下鐵道;地基勘察;探地雷達(dá);瑞雷波法</p><p>　　在廣州某地鐵段建設(shè)中前期的鉆探勘察證實(shí),地鐵沿線的地層中

2、分布有厚度不等的不良地質(zhì)體(主要以土洞、軟弱夾層為主),為此須對隧道基底進(jìn)行勘察,查明這些地質(zhì)隱患在基底以下5 m 范圍內(nèi)的空間分布,以便施工時(shí)做特殊處理。特殊的空間位置、勘察的時(shí)效性及對勘察結(jié)果高精度的要求對傳統(tǒng)的勘察方法提出了挑戰(zhàn)。根據(jù)以往在該地區(qū)的勘察經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場情況,我們研究采用探地雷達(dá)和瑞雷波法交互探測技術(shù)進(jìn)行探測,并結(jié)合原位測試,準(zhǔn)確、及時(shí)、高效率地提供了勘察成果,共查出土洞及軟弱夾層多處,從而為消除地質(zhì)隱患、確保工程質(zhì)量

3、提供了依據(jù)。</p><p>　　1 　測試方法及其原理</p><p>　　探地雷達(dá)和瑞雷波探測都是基于波的反射特征來反映地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化[ 1～6 ] 。本次探測所選用的儀器是加拿大SSI 公司生產(chǎn)的Pulse EKKO Ⅳ 型和Pulse E KKO 100 探地雷達(dá)儀。</p><p>　　瑞雷波法(瞬態(tài)法) 是以一定偏移距在測線一端通過使用重錘在地面激振

4、而產(chǎn)生瑞雷波,在被檢測地段以等間距布設(shè)檢波器,利用儀器記錄從檢波器上拾取的瑞雷波,經(jīng)專門軟件的處理,計(jì)算得出頻散曲線,通過對該頻散曲線的分析,來解決淺層工程地質(zhì)問題的一種方法。當(dāng)?shù)叵麓嬖谕炼椿蜍浫鯅A層等不均勻體時(shí),就會影響瑞雷波的傳播速度,使頻散曲線產(chǎn)生畸變異常,分析此異常在曲線的部位即可確定土洞埋深及范圍[ 7～9 ] 。</p><p>　　動力觸探技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用極為廣泛,是一種主要的原位測試方法,其優(yōu)點(diǎn)是

5、快速、經(jīng)濟(jì),能連續(xù)測試土層,且操作簡單,適應(yīng)性較強(qiáng)。本次勘察使用動力觸探的目的是對探地雷達(dá)和瑞雷波初步確定的異常地帶進(jìn)行土的性質(zhì)測定,甄別真假異常,測試并估算軟弱土層地段的承載力,供設(shè)計(jì)部門參考。</p><p>　　2 　數(shù)據(jù)處理及解釋技術(shù)</p><p>　　2. 1 　雷達(dá)探測干擾異常的識別</p><p>　　現(xiàn)場周圍各種電磁性干擾在時(shí)間剖面上形成的異常波組

6、較明顯,其主要特征是呈比較規(guī)則的弧形狀,強(qiáng)振幅,常伴有多次反射。干擾異常,一是由分段探測時(shí)相鄰施工段豎起的鋼管、鋼筋墻等鐵器引起的,這一類最常見;二是由送料槽、抽水泵及其供電電纜、高壓線等電磁性物質(zhì)引起的。如圖1 所示為橫過探測現(xiàn)場的高壓線引起的弧型異常。</p><p>　　圖1 　雷達(dá)圖像拱形異常及干擾特征</p><p>　　2. 2 　雷達(dá)探測物探異常的拾取就本工區(qū)而言,主要有2

7、種類型: </p><p>　　拱形低能量異常,該異常在探地雷達(dá)時(shí)間剖面上呈凹陷狀,反射波能量顯著降低,電磁波頻率相應(yīng)下降,有明顯的續(xù)至波顯示。推斷該異常為淺部軟弱土層的綜合反映(圖1) 。</p><p>　　(2) 雙曲線形異常,該異常與干擾引起的弧形異常不同(圖2) ,其主要圖像特征是在異常中心反射波能量明顯降低,有明顯的多次反射,反映地層的同相軸在異常中心處錯(cuò)斷,而異常中心兩側(cè)反射

8、波的能量強(qiáng),同相軸連續(xù),異常分布范圍較窄。后經(jīng)動力觸探驗(yàn)證,推斷該異常是由土洞引起。</p><p>　　圖2 　雙曲線形異常雷達(dá)圖像</p><p>　　2. 3 　瑞雷波法數(shù)據(jù)處理流程及異常特征</p><p>　　瑞雷波法的數(shù)據(jù)處理主要經(jīng)過如下流程:切除干擾波→拾取面波→譜分析→頻散曲線計(jì)算→頻散曲線打印→正、反演計(jì)算→ 層位劃分→ 動參數(shù)計(jì)算→計(jì)算機(jī)成圖→

9、成果解釋。從各頻散曲線上看,同一剖面的相鄰點(diǎn)曲線形態(tài)具有較好的相似性,瑞雷波速度v R 一般在170～250 m/ s 范圍內(nèi)。頻散曲線存在多個(gè)分層拐點(diǎn),相鄰測點(diǎn)之間拐點(diǎn)對應(yīng)深度可水平方向追溯。部分測點(diǎn)出現(xiàn)了分層波速顯著下降的拐點(diǎn),單支頻散曲線在拐點(diǎn)處明顯的錯(cuò)斷、不連續(xù),如圖3 所示。</p><p>　　圖3 　瑞雷波法曲線異常</p><p>　　2. 4 　輕型動力觸探試驗(yàn)(DPT)

10、 </p><p>　　先用輕便鉆具鉆至試驗(yàn)土層,然后對所需試驗(yàn)土層(探地雷達(dá)與瑞雷波法初步確定的異常部位) 連續(xù)進(jìn)行觸探。穿芯錘落距為50 cm , 使其自由下落, 將探頭豎直打入土層中,每打入土層30 cm 的錘擊數(shù)即為N 10 。據(jù)廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院大量的統(tǒng)計(jì)資料研究表明,廣州地區(qū)一般粘性土和新近沉積粘性土輕型動力觸探N 10 與粘性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值f k 的關(guān)系式為[ 10 ] f k = 24 + 4.

11、 5 N 10 　　據(jù)驗(yàn)證證實(shí),應(yīng)用探地雷達(dá)與瑞雷波法初步確定的13 個(gè)異常地段,有10 個(gè)地段在相應(yīng)的部位承載力介于65～114 kPa , 承載力明顯偏低于正常地段,需做工程處理。另據(jù)開挖等方式驗(yàn)證,其余3 個(gè)異常地段在相應(yīng)深度部位為夾砂的不均勻體。</p><p>　　3 　勘察方法綜合評價(jià)</p><p>　　在本次探測中探地雷達(dá)與瑞雷波法探測技術(shù)很好地發(fā)揮了優(yōu)勢互補(bǔ)。在地表有淺積

12、水或水泥板的地方,檢波器較難插入地表,與地表的耦合性較差, 或者當(dāng)附近施工機(jī)械的振動干擾較強(qiáng)時(shí),瑞雷波探測的施測難度都較大,而探地雷達(dá)探測受地表普通介質(zhì)或振動的影響較小。另一方面,地表及周圍的電磁性物質(zhì)對探地雷達(dá)探測時(shí)的影響較大,對瑞雷波法卻幾乎沒有影響。</p><p>　　對地基淺部地質(zhì)隱患,探地雷達(dá)與瑞雷波法均能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并圈出異常。由于雷達(dá)波在濕的砂粘土中衰減較快(衰減系數(shù)達(dá)到200～300 dB/m)

13、,以致對中—深部地質(zhì)隱患,高頻地質(zhì)雷達(dá)探測效果不明顯。本次勘察中,在有土洞及軟弱夾層分布的地段,探地雷達(dá)的有效探測深度約為6 m 。在合適的激發(fā)2接收條件下,瑞雷波法可在較深的范圍內(nèi)識別異常目標(biāo)。</p><p>　　綜上所述,探地雷達(dá)和瑞雷波法能夠快速對勘察場地進(jìn)行掃面性探測,勘探精度較高,原位測試又能在探測異常地段針對性地進(jìn)行異常驗(yàn)證,三者結(jié)合就能夠很好地解決探測灰?guī)r地區(qū)淺部地層土洞及軟弱夾層的勘察任務(wù)。再者