地鐵施工擾動區(qū)探測及注漿效果評價

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摘要：現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展，城市人口數(shù)量和規(guī)模在不斷增加和擴大，隨之而來的交通問題日益嚴重，地鐵工程建設(shè)為城市交通注入了新的活力，緩解了城市地面交通壓力，方便了城市人們的工作和生活，然而，地鐵建設(shè)勢必會對地上建筑形成一定的擾動，影響地面建筑，為有效控制地鐵施工及運營中的不良影響，對擾動區(qū)進行探測和注漿十分必要。

關(guān)鍵詞：地鐵建設(shè)；擾動區(qū)；注漿

地下工程施工對地層及周邊建筑的影響：一方面，地下工程在施工過程中可能會破壞地層穩(wěn)定，造成路面塌陷等次生地質(zhì)災(zāi)害；另一方面，施工會對周邊建筑物產(chǎn)生擾動，影響其安全。為了保證安全，減小地下工程施工對地質(zhì)條件和周邊建筑物的影響，采用注漿方式來對地下工程進行處理是一種重要的途徑。然而擾動區(qū)以及注漿區(qū)的分布以及深度不具有確定性，加之地下結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以地鐵施工擾動區(qū)的探測是目前地鐵施工較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前使用較多的探測方法為地震勘探法，但是該技術(shù)具有一定的局限性，因此在此基礎(chǔ)上又開發(fā)了新型的勘探方法，即SSP技術(shù)，該技術(shù)能夠快速高效的獲取地震波在地層中的傳播狀態(tài)，并分析出其波速，加以解釋。不同于傳統(tǒng)的勘探方法，SSP技術(shù)對其他勘探技術(shù)的不足予以補充，在此基礎(chǔ)上準(zhǔn)確分析定位地鐵施工擾動區(qū)，并對注漿效果進行計算，體現(xiàn)。在勘探過程中具有勘探深度大、反映直觀的特性，并且其分辨率高出傳統(tǒng)勘探技術(shù)許多，不會對地表路面建筑造成影響，工作效率也相對較高。

一、SSP技術(shù)概述

SSP技術(shù)是建立在地震散射理論之上的一種新型技術(shù)，主要用于地層結(jié)構(gòu)的勘探，通過對地下地震波的激發(fā)，保證地震波能夠有效傳播。由于地震波在不同的結(jié)構(gòu)中的傳播狀態(tài)會發(fā)生轉(zhuǎn)變，因而一旦遇到松散以及空洞等狀態(tài)就會發(fā)生反射以及散射，接收器接收到散射波以及反射波就可以了解到地層結(jié)構(gòu)的變化狀態(tài)。SSP技術(shù)的地質(zhì)模型屬于非均勻模型，適用于變化較為劇烈的地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘查。因而在地鐵施工擾動去的勘探以及注漿體效果的測評中較為適用。從地質(zhì)模型角度看，SSP技術(shù)的適用性較強，能夠清晰的反應(yīng)地鐵施工區(qū)域地下土層結(jié)構(gòu)變化，并且能夠直接對土體力學(xué)性狀進行反映，更能夠符合巖土工程所需。依照探測波高低異常分布，可以直接將注漿狀態(tài)以及擾動區(qū)分布反映出來。SSP的數(shù)據(jù)處理包含如下3項核心技術(shù)：

（一）波場分離技術(shù)。該技術(shù)是散射方法保證勘探結(jié)果可靠性的一項重要技術(shù)。地震記錄中有用信號散射波的能量較弱，面波、聲波等干擾能量較強，只有提高散射波的信噪比，才能得到準(zhǔn)確的勘探結(jié)果。散射方法采用基于 變換和基于 變換的濾波技術(shù)進行波場分離，前者以視速度為標(biāo)準(zhǔn)進行濾波，后者綜合視速度和走時的雙重差異濾波。

（二）速度分析技術(shù)。速度分析技術(shù)是由地震記錄獲得地震速度分布的技術(shù)，它是散射方法一項獨有的非常重要的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。一方面地震波速分布越準(zhǔn)確，由雙程時得到的界面位置就越準(zhǔn)確；另一方面，地層波速分布是地質(zhì)解釋，尤其是注漿效果檢測解釋中的重要且可靠的參數(shù)。地震散射方法以Radon積分變換為基礎(chǔ)，對共炮點記錄以速度掃描的方式沿雙曲線路徑作能量積分，當(dāng)積分使用的速度與地層實際波速一致，反射波能量最強。通過速度分析得到炮點附近的地層速度結(jié)構(gòu)，綜合所有炮點的速度結(jié)構(gòu)可得到二維或三維的地震波速分布，即得到地層波速分布圖像。

（三）偏移成像技術(shù)。此技術(shù)是由地震記錄得到地質(zhì)界面的分布及波阻抗變化定性特征的技術(shù)。通過偏移成像技術(shù)獲得介質(zhì)的散射強度分布，散射強度可表示波阻抗變化，正值表示波阻抗升高，負值則表示波阻抗降低。散射強度絕對值較大的界面對應(yīng)地質(zhì)界面位置，以介質(zhì)的散射強度為參數(shù)繪制成圖，可得到地質(zhì)界面偏移圖像，確定地質(zhì)界面的位置和形態(tài)，以及地質(zhì)界面的力學(xué)性質(zhì)，即地質(zhì)界面兩側(cè)波阻抗的變化。

SSP技術(shù)主頻比傳統(tǒng)地震勘探方法高，SSP所使用檢波器拖纜的頻帶為0—16000Hz，信號主頻為1000—4000Hz，儀器采樣率最高可達1.25MHz/道，可采用錘擊震源或電磁震源作為震源，探測深度超過30m。若接收檢波器道間距0.25m，激發(fā)間距0.5m，探測的垂直和水平分辨率可達30cm。

二、探測過程分析

以天津地鐵二號線第4標(biāo)段咸陽路站作為實際案例進行分析，天津市地鐵二號線第4標(biāo)段咸陽路站地處黃河道交通干道地段，具有現(xiàn)場周邊環(huán)境復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)要求高、工期長等特點。施工過程中有很大的不確定因素。地鐵站兩側(cè)原有建筑物距離較近，常因基坑開挖導(dǎo)致開裂和沉降；地下管線因土體變形而被破壞；地下水位高又是軟土地基，支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定不可忽視。在線路沿線進行測線布置，對地鐵二號線施工擾動區(qū)進行探測，并評價后期灌注加固效果。線路兩側(cè)探測長度設(shè)定為450米，兩側(cè)探測區(qū)域設(shè)置6個剖面。探測區(qū)域地表建筑主要集中在探測線中部200米處，因此將該區(qū)域作為重點探測單位。因此將檢測器間距調(diào)整為0.25米，并將敲擊點間距調(diào)整為0.5米。而在其他探測區(qū)域處，由于地表建筑集中度不大，因而將敲擊點間距調(diào)整為1米，檢波器間距設(shè)定為0.5米。

在施工前需要進行必要的地質(zhì)勘查，根據(jù)報告結(jié)果顯示地質(zhì)條件：本工程地下土質(zhì)主要為淤泥質(zhì)粘土，含水率高。-2.75m～-10.09m為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，為主要含水層。-10.43m～-17.71m，粉質(zhì)粘土—粉砂，底板處于隔水層，以下存在微承壓水。另外，地下水位相對較高，且透水性受到透鏡體發(fā)育影響而不均。綜合分析，地質(zhì)條件相對較差，另外由于隧道跨度要求相對較大，因此施工難度大，為了避免地鐵施工的不利影響，工程方采用了注漿加固的方式，但是為了了解注漿加固效果，采用了SSP技術(shù)進行具體探測。

三、探測分析

（一）原理

地下施工會破壞施工區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因而會造成土體的松動，土體松動必然會是的土體波速下降。通過注漿加固的方式可以改善土體因施工而導(dǎo)致的疏松，提高彈性模量，提高探測過程中的波速提高。波速提高越明顯證明加固效果越好，所以通過SSP可以準(zhǔn)確的判定擾動區(qū)域以及加固的效果。

（二）探測結(jié)果分析

本次探測深度超過30m，根據(jù)探測需要，選取深度15m以內(nèi)的資料進行成圖。從結(jié)果中可以看出，剖面內(nèi)波速大小變化劇烈，說明地鐵施工對土層的擾動大、注漿效果明顯。

地層波速圖中標(biāo)注了高速異常區(qū)和低速異常區(qū)。其中柱狀的紅色高速異常區(qū)為注漿形成的加固體，剖面中發(fā)現(xiàn)4處柱狀高速異常體，土體波速越高，注漿效果越好。藍色的低速異常體為地鐵施工擾動區(qū)，剖面內(nèi)共發(fā)現(xiàn)7處擾動區(qū)，這些擾動區(qū)的尺度不大，但是松散程度高，特別是在注漿高速體附近出現(xiàn)的擾動區(qū)，很可能包含空洞，建議對這些低速區(qū)逐個進行注漿處理，以消除隱患。

低速異常區(qū)發(fā)育的部位與形態(tài)表明，低速區(qū)的成因可分為兩類。一類靠近隧道頂部發(fā)育，形態(tài)圓潤，這是由于隧道超挖引起的；另一類分布在注漿孔周圍，形態(tài)孤立、呈雞窩狀，它們伴隨注漿體產(chǎn)生，這是由于注漿引起的土體液化形成的。剖面探測結(jié)果剖面的地層波速和地鐵施工擾動區(qū)分布顯示地層正常波速在 900m/s左右，地層密實、穩(wěn)定。剖面內(nèi)淺部波速較高，地層穩(wěn)定，未見注漿加固痕跡，此段內(nèi)沒有注漿處理。深度大于7m的范圍內(nèi)擾動區(qū)較發(fā)育。這些擾動區(qū)靠近隧道發(fā)育，形態(tài)圓潤，是由于超挖引起的。剖面中低速區(qū)尺度不大，長度多在5m左右。探測完成后，通過對比發(fā)現(xiàn)探測得到的注漿加固體位置與注漿孔位置一致。對各剖面規(guī)模較大的地鐵施工擾動區(qū)注漿加固，注漿的結(jié)果表明注漿位置和注漿量與 SSP探測得到的擾動區(qū)位置和規(guī)模基本對應(yīng)。

參考文獻：

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