沖擊映像法在大型沉管隧道基礎檢測中的應用

袁有為，王艷寧

（天津市市政工程設計研究院 天津市 300457）

沖擊映像法在大型沉管隧道基礎檢測中的應用

袁有為，王艷寧

（天津市市政工程設計研究院 天津市 300457）

沉管法隧道的基礎處理方法有很多，大致可分為刮鋪法、樁基法、噴砂法、砂流法、灌囊法和注漿法，其中的噴砂法、砂流法、灌囊法和注漿法屬于后填法，即先將管段沉放好，再設法將管段與基槽之間的空隙填實，如何保證基礎處理的均勻性與密實性是整個沉管工程的關鍵點之一。依托天津濱海新區(qū)中央大道海河隧道工程，對國內(nèi)外最為先進的沖擊映像法檢測技術進行了論述，闡明了這種方法的基本原理和操作流程，對于類似工程具有參考價值。

沉管隧道；基礎；沖擊映像法；檢測

1　概述

沉管法是指在干塢內(nèi)或大型駁船上先預制管段，再浮運到指定位置下沉、對接、固定，進而建成水下隧道或水下構(gòu)筑物的施工方法。采用沉管法施工的隧道叫沉管隧道。天津海河隧道路線全長4132m，隧道部分全長3323m，暗埋段全長2988m。穿越海河段采用沉管法施工工藝，沉管段全長255m，由三節(jié)預制管段組成，單節(jié)管段長85m。

海河隧道沉管段基礎處理采用厚60cm碎石墊層與40cm厚的注漿漿液層組成，其中碎石墊層，在基槽浚挖后采用碎石刮鋪船刮鋪完成，注漿基礎在完成管段沉放對接后進行。

碎石墊層主要采用20～80mm級配碎石。在采用大型絞吸船與抓斗船隧道浚挖基槽完成后，實施碎石的刮鋪，管底碎石墊層采用碎石刮鋪船，通過漏斗下料，測量控制高程與位置，潛水員進行探摸檢查，移動整平架整平的施工工藝。砂漿層基礎為40cm厚鈉基膨潤土砂漿，配比為水泥∶細砂∶粉煤灰∶鈉基膨潤土∶水=1∶6∶1.4∶0.2∶2，其中，水泥采用普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為1級，細砂細度模數(shù)為2.28，鈉基膨潤土造漿率大于9.0m3/t；漿液的擴散半徑大于5m，抗壓強度設計值大于1.0MPa。

為實時掌握注漿過程中漿液密實度、擴散半徑等性能指標，本工程采用國內(nèi)外最為先進的沖擊映像法進行注漿效果檢測。

檢測工作分為注漿前檢測和注漿后檢測。注漿前檢測—作為注漿過程中及注漿后結(jié)果的對比數(shù)據(jù)；注漿后檢測—對壓力注漿的充填效果進行綜合評價，以保證結(jié)構(gòu)和基底受力均勻，減少不均勻沉降。

2　沖擊映像法基本原理

沖擊彈性波法類似于石油勘探用的反射法地震勘探，當我們打擊沉管隧道的底板表面時就會產(chǎn)生彈性波（面波、縱波和橫波），彈性波遇到界面（沉管隧道底板底面和注漿的結(jié)合面）就會產(chǎn)生反射，反射的強弱反映注漿充填情況。當注漿與沉管底板緊密結(jié)合時，界面兩邊的介質(zhì)（混凝土底板和混凝土注漿）差別較小，形成弱反射界面，反射波相對較弱，相反地，當混凝土注漿與沉管底面之間有間隙時，間隙內(nèi)介質(zhì)為水，與混凝土底板的差別很大，就形成一個很強的反射面，反射回來的彈性波就很強，因此，通過分析反射波的強弱，就能推測沉管隧道底板與注漿的結(jié)合情況（圖4）。但是，與石油上的地震勘探不同，混凝土底板與地層相比非常?。s1.4m），但是彈性波的傳播速度卻很大（3000m/s以上），彈性波傳播所需要的時間很短，擊打時產(chǎn)生的各種波（面波、縱波直達波、縱波反射波、橫波-縱波轉(zhuǎn)換波等）相互混合在一起，憑觀察無法把各種波區(qū)別開來，需要高精度的數(shù)據(jù)處理手段進行處理。

3　現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

3.1儀器規(guī)格

地震儀（圖5）：Geod數(shù)字地震儀；記錄通道：24道；模數(shù)轉(zhuǎn)換：24bit；高截頻：20000Hz；低截頻：1.75Hz。生產(chǎn)廠家：美國Geospace。

檢波器（圖5）：動圈式垂直成分速度型檢波器；固有頻率：100Hz；生產(chǎn)廠家：美國Geospace。為保證檢波器和地面的耦合，加工了檢波器與地面連接的混凝土墩，面積10×10cm，內(nèi)部混凝土，由三個螺釘與地面連接。

3.2采集參數(shù)

檢波器間距：0.5m；排列長：5.5m；震源偏移距：距測線0.5m；激發(fā)方式：重錘敲擊；道數(shù)：12道；采樣間隔：62.5us；記錄長度：256ms；勘探點密度：1點/0.5m。

3.3測線布置與數(shù)據(jù)采集操作

測線布置：圖6、圖7為測線布置圖，沖擊映像布置按照0.5m間隔的網(wǎng)格布置檢波器位置；面波測線檢波器間隔0.5m，激發(fā)偏移距2.0m。

3.4數(shù)據(jù)采集操作步驟

現(xiàn)場準備：檢查測試儀器是否齊全完好，并對需要進行測試的場地進行清理。檢波器設置：以確定的勘測點為基準點，每間隔0.5m布置一個檢波器，將檢波器及加工的連接部分平整放置于底板上（圖9）。激發(fā)：使用質(zhì)量3～4kg左右的錘子用力敲擊結(jié)構(gòu)底板作為震源（圖10）。

采集信號：激發(fā)產(chǎn)生的震動能量以面波的形式

沿地表面一定深度的地層向四面?zhèn)鞑ィ怪彼俣葯z波器接收到信號并傳送給小型地震儀，記錄完畢后，進行下次錘擊，依次類推，直至完成該點的檢測任務（圖11、圖12）。

3.5采集工程

管段東、西段各設置一套檢測系統(tǒng)，每個系統(tǒng)按照0.5m間距布設檢波器進行沖擊映像法及高密度面波勘探。

3.6原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量保證

從數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩個方面壓制噪音以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集時，盡量避免移動檢波器，每個測線的記錄，保持在不同注漿量同樣狀態(tài)下進行；采集時盡量避免人員的走動、機械的運轉(zhuǎn)等噪音。數(shù)據(jù)分析采用波形處理及小波處理相結(jié)合的方式進行判斷。通過以上措施最大限度地保證了數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

4　檢測結(jié)果

現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，通過波形的可視化處理及小波處理相結(jié)合的方式，沖擊映像法能夠及時地掌握注漿效果的分布狀況，通過高密度面波勘探可以定量化地評價注漿效果，主要結(jié)果見圖13。

其中西側(cè)管段沖擊映像法中判斷為密實（Line-1）及不密實（Line-2）的兩段高密度面波擬剪切波速度分布，比較注漿前及注漿后的剖面擬剪切波速度分布可以看到，注漿前結(jié)構(gòu)分為混凝土、飽和土、碎石、淤泥層；注漿后混凝土下部飽和土、碎石波速明顯提高。比較Line-1及Line-2的高密度面波結(jié)果，可以認為，注漿效果均達到良好，Line-2的剪切波速度略低于Line-1。

經(jīng)檢測，海河隧道沉管段基礎最終累積沉降1.4cm，遠遠小于設計值10cm，達到了設計及相關規(guī)范要求。

5　結(jié)論

沖擊映像法在沉管法隧道基礎檢測中可以現(xiàn)場快速地反映出漿液的擴散、填充情況，有利于注漿過程中對漿液動態(tài)控制。利用沖擊映像法、表面波探測相結(jié)合的方式對壓力注漿充填效果進行綜合評價，把握壓力注漿的充填效果，以保證基底受力均勻，減少不均勻沉降對管段結(jié)構(gòu)主體和接頭的影響。

［1］ 王艷寧，熊剛.沉管隧道技術的應用與現(xiàn)狀分析［J］.現(xiàn)代隧道技術，2007（8）：1-4

［2］ 陳韶章，陳越，張彌.沉管隧道設計與施工［M］.北京：科學出版社，2002.

［3］ 管敏鑫，嚴金秀，唐英.沉管隧道技術在我國的應用［J］.巖石力學與工程學報，1999，18（增）：1000-1004.

［4］ 上海市建設和管理委員會科學技術委員會.外環(huán)沉管隧道工程［M］.上海：上?？茖W技術出版社，2005.

［5］ 郭建文.海河沉管隧道注漿基礎施工工藝試驗研究與應用［J］.鐵道標準設計，2013（6）：105-108.

［6］ 李秀華.中央大道海河沉管隧道基礎注漿施工技術［J］.國防交通工程與技術，2013（4）：55-59.

Application of Impact Image Method in Inspection of Large-scale Immersed Tube Tunnel Foundation

YUAN You-wei，WANG Yan-ning

（Tianjin Municipal Engineering Design&Research Institute，Tianjin 300457，China）

The methods for foundation treatment of immersed tube tunnel are widely applied，roughly including scratching and paving method，pile foundation method，sand blasting method，sand flow method，capsular irrigation method and slip casting method.Among which，sand blasting method，sand flow method，capsular irrigation method and slip casting method belong to back-filling methods，that is，place the immersed tube section well，and then try to fill the gap of tube section and foundation ditch.How to guarantee the uniformity and denseness of foundation treatment is one of key points for the whole immersed tube engineering.Relying on Haihe tunnel engineering in central road of Tianjin Binhai New Area，the discussion on the most advanced inspection technology of impact image method at home and abroad is made，the basic principle and operation procedure of this kind of method are elaborated，thus providing reference value for similar engineering.

Immersed tube tunnel；Foundation；Impact image method；Inspection

U455

B

1673-6052（2016）09-0058-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.09.015