綜合物探在地鐵隧道工程建設中的應用

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

2、分布有厚度不等的不良地質體(主要以土洞、軟弱夾層為主),為此須對隧道基底進行勘察,查明這些地質隱患在基底以下5 m 范圍內的空間分布,以便施工時做特殊處理。特殊的空間位置、勘察的時效性及對勘察結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)驗并結合現(xiàn)場情況,我們研究采用探地雷達和瑞雷波法交互探測技術進行探測,并結合原位測試,準確、及時、高效率地提供了勘察成果,共查出土洞及軟弱夾層多處,從而為消除地質隱患、確保工程質量

3、提供了依據(jù)。</p><p>　　1 　測試方法及其原理</p><p>　　探地雷達和瑞雷波探測都是基于波的反射特征來反映地下介質結構的變化[ 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問題的一種方法。當?shù)叵麓嬖谕炼椿蜍浫鯅A層等不均勻體時,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>　　動力觸探技術在國內外應用極為廣泛,是一種主要的原位測試方法,其優(yōu)點是

5、快速、經(jīng)濟,能連續(xù)測試土層,且操作簡單,適應性較強。本次勘察使用動力觸探的目的是對探地雷達和瑞雷波初步確定的異常地帶進行土的性質測定,甄別真假異常,測試并估算軟弱土層地段的承載力,供設計部門參考。</p><p>　　2 　數(shù)據(jù)處理及解釋技術</p><p>　　2. 1 　雷達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,強振幅,常伴有多次反射。干擾異常,一是由分段探測時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 　雷達圖像拱形異常及干擾特征</p><p>　　2. 2 　雷達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,該異常在探地雷達時間剖面上呈凹陷狀,反射波能量顯著降低,電磁波頻率相應下降,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斷,而異常中心兩側反射

8、波的能量強,同相軸連續(xù),異常分布范圍較窄。后經(jīng)動力觸探驗證,推斷該異常是由土洞引起。</p><p>　　圖2 　雙曲線形異常雷達圖像</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→頻散曲線計算→頻散曲線打印→正、反演計算→ 層位劃分→ 動參數(shù)計算→計算機成圖→

9、成果解釋。從各頻散曲線上看,同一剖面的相鄰點曲線形態(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。頻散曲線存在多個分層拐點,相鄰測點之間拐點對應深度可水平方向追溯。部分測點出現(xiàn)了分層波速顯著下降的拐點,單支頻散曲線在拐點處明顯的錯斷、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(DPT)

10、 </p><p>　　先用輕便鉆具鉆至試驗土層,然后對所需試驗土層(探地雷達與瑞雷波法初步確定的異常部位) 連續(xù)進行觸探。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)廣東省建筑設計研究院大量的統(tǒng)計資料研究表明,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 與粘性土承載力標準值f k 的關系式為[ 10 ] f k = 24 + 4.

11、 5 N 10 　　據(jù)驗證證實,應用探地雷達與瑞雷波法初步確定的13 個異常地段,有10 個地段在相應的部位承載力介于65～114 kPa , 承載力明顯偏低于正常地段,需做工程處理。另據(jù)開挖等方式驗證,其余3 個異常地段在相應深度部位為夾砂的不均勻體。</p><p>　　3 　勘察方法綜合評價</p><p>　　在本次探測中探地雷達與瑞雷波法探測技術很好地發(fā)揮了優(yōu)勢互補。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, 或者當附近施工機械的振動干擾較強時,瑞雷波探測的施測難度都較大,而探地雷達探測受地表普通介質或振動的影響較小。另一方面,地表及周圍的電磁性物質對探地雷達探測時的影響較大,對瑞雷波法卻幾乎沒有影響。</p><p>　　對地基淺部地質隱患,探地雷達與瑞雷波法均能準確地發(fā)現(xiàn)并圈出異常。由于雷達波在濕的砂粘土中衰減較快(衰減系數(shù)達到200～300 dB/m)

13、,以致對中—深部地質隱患,高頻地質雷達探測效果不明顯。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識別異常目標。</p><p>　　綜上所述,探地雷達和瑞雷波法能夠快速對勘察場地進行掃面性探測,勘探精度較高,原位測試又能在探測異常地段針對性地進行異常驗證,三者結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。再者