基于三維流速矢量聲納技術(shù)在地鐵施工水文檢測(cè)中應(yīng)用

田闖

摘? ? 要：軌道交通建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)主要集中在地下工程施工環(huán)節(jié)，而地下工程施工需要解決的核心問(wèn)題即是水的問(wèn)題。各種不同地質(zhì)條件下，處理好地下水壓力、滲、漏等問(wèn)題，基本可杜絕大部分施工風(fēng)險(xiǎn)。三維流速矢量聲納技術(shù)就是基于對(duì)地下流動(dòng)水體在各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行量化，可準(zhǔn)確判斷水的來(lái)源、去向、流速、流量，從而為地鐵施工地下水治理提供技術(shù)支持和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：三維流速矢量聲納技術(shù);檢測(cè);地下水治理;技術(shù)支持

1? 引言

三維流速矢量聲納技術(shù)雖然有眾多優(yōu)點(diǎn)，但該技術(shù)也有一定的局限性，如受地面環(huán)境限制，無(wú)法按需求布設(shè)聲測(cè)孔;如受地質(zhì)條件的多樣性及施工工況復(fù)雜性影響，止水結(jié)構(gòu)迎、背水面在水頭差的作用下存在臨界止水平衡，上述工況下三維流速矢量聲納技術(shù)可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)或地質(zhì)止水效果產(chǎn)生誤判，增加施工過(guò)程中的滲、漏水風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)以南寧地鐵車站止水結(jié)構(gòu)檢測(cè)及暗挖聯(lián)絡(luò)通道施工為例，淺談三維流速矢量聲納技術(shù)在滲漏檢測(cè)中的應(yīng)用，并對(duì)其檢測(cè)效果進(jìn)行驗(yàn)證分析。

2? 三維流速矢量聲納技術(shù)檢測(cè)原理

聲納滲流探測(cè)技術(shù)，是利用聲波在水中與其他介質(zhì)不同的傳播特性，通過(guò)聲納探測(cè)器，接收聲波并進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)水流速度場(chǎng)的測(cè)量。如果被測(cè)水體存在滲流，則必然在測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生滲流場(chǎng)。聲納探測(cè)器陣列能夠精細(xì)地測(cè)量出聲波在流體中能量傳遞的大小與分布，依據(jù)陣列測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)空分布，即可顯示出滲流聲源發(fā)出的方向，同時(shí)利用滲流聲源方向上的聲納探測(cè)器與探頭頂部聲納探測(cè)器的距離和相位之差，分析可得滲流場(chǎng)的水流流速。

3? 地下水檢測(cè)應(yīng)用

3.1? 車站概況

軌道交通3號(hào)線金湖廣場(chǎng)站位處南寧市金湖路與民族大道交叉路口北側(cè)，站長(zhǎng)150m，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.1m，基坑深度30.8m，該站為地下四層雙柱三跨結(jié)構(gòu)，采用明挖順筑法施工。車站支護(hù)體系采用1200mm地下連續(xù)墻（65幅）+內(nèi)支撐體系，地連墻平均深度約42m，嵌入泥質(zhì)粉砂巖7-8m。車站主體基坑地層從上到下依次為：①1圓礫填土、②3-2粉質(zhì)粘土、③1粉土、④1-1粉砂、⑤1-1圓礫、⑦2-3泥質(zhì)粉砂巖，砂層及圓礫層厚度達(dá)8.5m。車站底板位于⑦2-3泥質(zhì)粉砂巖中。該地質(zhì)條件下，地下水變化、土體受擾動(dòng)等對(duì)地面沉降具有顯著影響。該站周邊高大建筑眾多，基坑施工風(fēng)險(xiǎn)巨大。為準(zhǔn)確掌握圍護(hù)結(jié)構(gòu)閉水效果，在基坑開挖前及開挖過(guò)程中，采用了三維流速矢量聲納技術(shù)對(duì)地連墻滲、漏點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，有效避免基坑開挖過(guò)程滲、漏水的發(fā)生。

3.2? 三維流速矢量聲納法布點(diǎn)檢測(cè)

金湖廣場(chǎng)站主體地連墻施工完成，在對(duì)其閉水效果進(jìn)行初步評(píng)估后，在疑似存在滲、漏及質(zhì)量缺陷范圍采用三維流速矢量聲納法進(jìn)行檢測(cè)?；诎踩紤]，后續(xù)對(duì)所有地連墻接縫進(jìn)行了滲、漏檢測(cè)。

前期地連墻施工時(shí)未預(yù)留聲納檢測(cè)孔，后期于地連墻接縫距離墻外壁0.5m～1.5m補(bǔ)打檢測(cè)孔，探孔深入巖層以下2m?；觾?nèi)水位降低至開挖底板以下時(shí)，內(nèi)外水頭差約25m～30m。人為創(chuàng)造滲流條件，有利于對(duì)地連墻接縫位置地下水文情況進(jìn)行檢測(cè)。

3.3? 數(shù)據(jù)采集分析

各測(cè)量孔滲透流速聲納測(cè)量數(shù)據(jù)包括：原位測(cè)量孔內(nèi)每米滲透流速、滲流方向、滲漏流量及滲透系數(shù)的分布數(shù)據(jù)。

單孔平均滲漏流速大于2.0E-04cm/s為滲漏流速超標(biāo)孔，表中標(biāo)記紅色坐標(biāo)位置的滲漏點(diǎn)滲漏流速大于參照標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)采取措施補(bǔ)強(qiáng)加固孔，并對(duì)加固后的滲漏效果進(jìn)行驗(yàn)證復(fù)測(cè)。根據(jù)聲納滲流數(shù)據(jù)，繪制流速等值線如圖1所示。

聲納檢測(cè)結(jié)果與基坑施工前滲漏風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果基本一致，基坑開挖施工前采取注漿措施進(jìn)行堵漏加固處理。處理完成后，根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果，基坑開挖滲漏風(fēng)險(xiǎn)基本消除。

4? 基坑開挖完成后止水效果驗(yàn)證

4.1? 暗挖通道地下水文情況檢測(cè)分析

4.1.1? 暗挖通道施工概況

軌道交通3號(hào)線青竹立交站-青秀山站區(qū)間（青-青區(qū)間）長(zhǎng)749.77m，區(qū)間中部設(shè)一條聯(lián)絡(luò)通道，該聯(lián)絡(luò)通道長(zhǎng)26m（左右線間距），埋深33m，位于青秀山西北部青秀湖公園半坡位置，根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)，該聯(lián)絡(luò)通道輔助降水采用暗挖法施工。根據(jù)地勘報(bào)告，聯(lián)絡(luò)通道所處地層為⑦2-3及⑦3-3泥質(zhì)粉砂巖，地質(zhì)、水文情況較好，適合采用暗挖法施工。青-青區(qū)間左、右線貫通后，于聯(lián)絡(luò)通道范圍開孔檢測(cè)地下水情況，發(fā)現(xiàn)水量較大，且具備承壓特點(diǎn)，與原地勘設(shè)計(jì)誤差較大。遂決定在區(qū)間內(nèi)部及地面補(bǔ)勘并采用三維流速矢量聲納法探明地下水補(bǔ)給方式、流向、流量等特性，以作為暗挖施工前對(duì)地下水處理的依據(jù)。

4.1.2? 三維流速矢量聲納法布點(diǎn)進(jìn)行水文檢測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，為準(zhǔn)確判斷地下水文情況，聲納檢測(cè)采用地面與區(qū)間相結(jié)合方式，利用地面降水井、左線區(qū)間隧道探孔對(duì)地下水補(bǔ)給、流向、流量等指標(biāo)進(jìn)行判斷。

地面聲納檢測(cè)孔布置聲納檢測(cè)，該聯(lián)絡(luò)通道位于青秀湖半坡位置，聲納布孔無(wú)法對(duì)稱于聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)均勻布設(shè)，只能利用原有降水井對(duì)地下水文變化情況進(jìn)行檢測(cè)。本次聯(lián)絡(luò)通道頂部地面位置共布置6個(gè)測(cè)量孔，孔深為24m～45m，受限于降水施工，抽取1、2、4、5、6孔位進(jìn)行檢測(cè)，聲納檢測(cè)孔平面布置如圖2。

根據(jù)圖2可知，2#孔流量最大，為6.67E+02cm3/s;3#孔流量最小，為4.62E+01cm3/s。2#、5#、6#相對(duì)流速較大，特別是2#在68m高程有2.1E-03cm/s的滲透流速;6#在72m高程有1.52E-03cm/s的滲透流速，具有很明顯的裂隙滲漏通道特征，其主滲流方向來(lái)自東北方向的青秀湖，為需要重點(diǎn)加固處理的位置。

4.2? 區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道暗挖及地質(zhì)素描

地表、聯(lián)絡(luò)通道聲納檢測(cè)結(jié)果基本一致，根據(jù)聲納檢測(cè)及地勘情況分析，認(rèn)為聯(lián)絡(luò)通道范圍主要為地下裂隙水，由青秀湖補(bǔ)給，水量約7方/小時(shí)。通過(guò)地面降水、區(qū)間引排可滿足暗挖施工。暗挖過(guò)程每個(gè)斷面進(jìn)行地質(zhì)素描，驗(yàn)證聲納檢測(cè)是否與實(shí)際相符。

由地質(zhì)素描圖可知，青青區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道距左線1.5m斷面范圍地質(zhì)情況變化明顯，起拱線范圍以上，⑦2-3變?yōu)閵A層。2.5m至26m范圍，起拱線以上1m范圍，⑦2-3、⑦3-3逐漸變?yōu)閵A層。雖然泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及泥巖本身透水性差，但巖層變化區(qū)域存在裂隙發(fā)育，導(dǎo)致地下水沿裂隙滲流至聯(lián)絡(luò)通道，對(duì)施工造成了一定影響。開挖過(guò)程，該范圍地下水滲流較大，在采用提前鉆探、提前引排等措施后，成功完成了該段聯(lián)絡(luò)通道暗挖作業(yè)。

4.3? 聯(lián)絡(luò)通道滲漏水與檢測(cè)情況對(duì)應(yīng)性分析

根據(jù)地質(zhì)素描圖及實(shí)際暗挖施工情況，聯(lián)絡(luò)通道斷面地質(zhì)情況變化以及裂隙發(fā)育，主要位于起拱線范圍以上約1m范圍，按時(shí)鐘點(diǎn)位劃分，主要位于10點(diǎn)～3點(diǎn)范圍。滲漏水點(diǎn)主要集中在斷面右側(cè)3點(diǎn)鐘位置，地下水流向由青竹立交站往青秀山站方向。實(shí)際施工情況與聲納檢測(cè)對(duì)地下水文狀態(tài)判斷基本相符，驗(yàn)證了聲納檢測(cè)對(duì)地下水文變化判斷描述的準(zhǔn)確性。

5? 總結(jié)

南寧軌道交通建設(shè)于3號(hào)線開始把三維流速聲納檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用在地鐵施工中，通過(guò)實(shí)際效果判斷，在地下水存在水頭差流動(dòng)的前提下，基本能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)并描述地下水文情況，為采取處置措施提供技術(shù)支持。但在止水結(jié)構(gòu)處于臨界平衡狀態(tài)時(shí)，三維流速聲納檢測(cè)結(jié)果顯示止水性能良好，但無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)止水穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，在后期施工擾動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)?？傮w來(lái)說(shuō)，三維流速矢量聲納技術(shù)應(yīng)用于深基坑、地下結(jié)構(gòu)施工，有利于對(duì)地下水文情況預(yù)判，能夠預(yù)防并避免較大涌水情況的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] SL713—2015.水工混凝土結(jié)構(gòu)缺陷聲納滲流檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] T/CDSCA305.23.2017.水下工程聲納滲流檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] Q/320111NJDB 001-2016.三維流速矢量聲納測(cè)量方法[S].

[4] 止水帷幕缺陷聲納滲流施工工法》江蘇省工法.