靜力觸探法精細(xì)化探測(cè)深埋管線的研究與應(yīng)用

文/董光輝 解亞雄 姚龍龍

擬建地鐵沿線周邊環(huán)境調(diào)查，特別是埋深＞10 m的管線屬性信息調(diào)查是地鐵建設(shè)前期勘察過(guò)程中最重要的工作之一，關(guān)系到地鐵的選線、設(shè)計(jì)和鄰近建（構(gòu)）筑物的安全保護(hù)。在地鐵建設(shè)勘察設(shè)計(jì)階段，遇到地鐵車站或區(qū)間等結(jié)構(gòu)必須穿越埋深10 m 以上的管線時(shí)，無(wú)法采用常規(guī)的雷迪管線探測(cè)儀進(jìn)行精細(xì)化探測(cè)，但只有獲取了深埋管線的精確三維信息結(jié)果，設(shè)計(jì)者方可出具施工圖指導(dǎo)施工［1］。

鑒于以上需要，本文提出采用靜力觸探法進(jìn)行深埋管線的精細(xì)化探測(cè)。

1 靜力觸探法探測(cè)

1.1 常規(guī)操作

靜力觸探技術(shù)(CPT)是巖土工程勘察專業(yè)，特別軟土鉆孔勘察中較為常用的一種原位測(cè)試技術(shù)；主要是在巖土勘察鉆大孔徑孔之前，利用靜力觸探獲得軟土的天然地基承載力及判斷是否接觸到硬質(zhì)物體。常規(guī)操作流程：架設(shè)好靜力觸探儀器設(shè)備后，進(jìn)行接桿下鉆，一般鉆到巖土大孔徑孔同深的位置［2］。

1.2 精細(xì)化探測(cè)

精細(xì)化探測(cè)為常規(guī)探測(cè)工作的深化，是指在軌道交通施工圖設(shè)計(jì)或施工階段，因設(shè)計(jì)、施工需要，要求進(jìn)一步提高探測(cè)精度或針對(duì)常規(guī)物探因場(chǎng)地條件、探測(cè)手段所限未能探明的關(guān)鍵對(duì)象，采用特定的高精度探測(cè)方法對(duì)地下管線和地下障礙物進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)的過(guò)程。

相對(duì)于常規(guī)操作精細(xì)化探測(cè)表現(xiàn)在：

1）不同于常規(guī)操作1 個(gè)孔位即可；精細(xì)化探測(cè)每排需要布置至少6個(gè)以上孔位，至少3排斷面；

2）鉆桿下鉆時(shí)，鉆桿的垂直度要求精度高，可利用水平尺隨時(shí)調(diào)整，條件允許時(shí)，可使用全站儀調(diào)平，利用豎絲隨時(shí)觀測(cè)調(diào)整；

3）需要精確測(cè)量出各孔位平面和高程數(shù)值；

4）數(shù)據(jù)處理比常規(guī)操作復(fù)雜，需要和地鐵各結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)。

2 工程案例

2.1 工程概況

某城市地鐵3 號(hào)線施工圖設(shè)計(jì)階段，某區(qū)間需要穿越一個(gè)地下3層的冷凍室，線路左右線為上下設(shè)置，但進(jìn)出冷凍室區(qū)間平行設(shè)置。在該冷凍室下方距離23 m 位置有埋深16.20 m(到管頂）、外直徑1.5 m 的給水管，平行于給水管是埋深15.60 m（到管底）、外直徑1.0 m 污水管，給水管和污水管平面間距是5.5 m。在給水管和污水管下方，區(qū)間隧道設(shè)計(jì)頂部距離管線底分別為0.4、2.55 m。此處地下土層為黏性土。

以上是根據(jù)管線竣工屬性信息數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)推算。為了更精確地獲得2 根深埋管線的信息，采用靜力觸探法進(jìn)行精細(xì)化探測(cè)，采用井中磁梯度野外測(cè)試方法進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)證。

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 準(zhǔn)備工作

在準(zhǔn)備好KE—U310型靜探儀靜力觸探儀器相關(guān)的設(shè)備后，首先取得路政管理的許可，擱置隔離墩在安全距離范圍內(nèi)進(jìn)行鉆桿鉆孔工作。

2.2.2 探測(cè)

第一步，根據(jù)竣工資料或淺埋段探測(cè)的管線點(diǎn)，在管線半徑范圍內(nèi)放樣出管線和地鐵中線相交位置，兩側(cè)各3.5 m位置放樣出管線中線位置。

第二步，分別在3處位置，垂直于管線中線方向鉆孔，每排斷面根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件間隔1/4管徑鉆孔至少6個(gè)點(diǎn)位，放樣出每個(gè)斷面的孔位。

第三步，在每個(gè)孔位上架設(shè)好鉆機(jī)并與顯示器調(diào)試連接，鉆前對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行水平尺調(diào)平工作，每壓入3 m進(jìn)行一次鉆機(jī)水平調(diào)整，隨時(shí)關(guān)注顯示器上波形變化，判斷出接觸到的管頂位置埋深數(shù)據(jù)并記錄。

第四步，測(cè)量出每個(gè)孔位的高程數(shù)值。

第五步，根據(jù)勘察和測(cè)得的孔位高程數(shù)據(jù)，精確算得每個(gè)孔位的埋深數(shù)據(jù)，結(jié)合鉆孔的各個(gè)孔位觸探到管面的埋深數(shù)據(jù)，把3個(gè)斷面的圓在CAD軟件中畫(huà)出，找到中心進(jìn)行擬合后，分析得到管頂?shù)穆裆顢?shù)值，繼而根據(jù)管頂?shù)穆裆顢?shù)值和孔位高程數(shù)值，推算出管底的高程數(shù)值，與設(shè)計(jì)的地鐵結(jié)構(gòu)高程數(shù)值進(jìn)行比較，同時(shí)推算出管頂位置離孔位的平面距離。

第六步，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量最終管頂位置的平面和高程值，整理成果報(bào)告，得出管底和結(jié)構(gòu)物之間的豎向和平面的距離。

2.2.3 復(fù)測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，采用井中磁梯度技術(shù)在中線附近3.5 m范圍內(nèi)復(fù)核井位2處。見(jiàn)圖1。

圖1 井中磁梯度野外測(cè)試

2.3 勘測(cè)結(jié)果

勘測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和表2。

表1 給水管線現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探和磁梯度測(cè)試復(fù)核埋深m

表2 污水管線現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探和磁梯度測(cè)試復(fù)核埋深m

續(xù)表2

通過(guò)分析表1和表2數(shù)據(jù)，在CAD中三點(diǎn)畫(huà)圓，得到最終6 個(gè)在5 cm 誤差范圍內(nèi)的探測(cè)點(diǎn)，三維立面中分析獲取管頂精確三維埋深信息，探測(cè)精度滿足相關(guān)規(guī)范要求［3］，與設(shè)計(jì)區(qū)間隧道頂部換算的埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，區(qū)間可以順利穿越給水和污水這兩條管線，給施工圖設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)論及建議

1）根據(jù)竣工資料或已有管線資料等大概放樣出管線走向，精度越高越有利于布孔。

2）鉆孔前根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告判斷土層是否適宜鉆孔，較深雜填土等區(qū)域不適宜采用此法。

3）鉆孔時(shí)每加桿一節(jié)必須利用水平尺嚴(yán)格進(jìn)行鉆桿的垂直度檢核和校正。

4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件適當(dāng)加孔進(jìn)行精細(xì)化探測(cè)，提高數(shù)據(jù)分析的可靠性。

5）計(jì)算是在三維立面中分析獲取的管頂精確三維埋深信息，根據(jù)各精細(xì)化探點(diǎn)在圓中位置，分析計(jì)算出管頂處精確埋深數(shù)值，根據(jù)管外徑求得管底處精確埋深，繼而根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息判斷，地鐵結(jié)構(gòu)是否在管線安全距離外，進(jìn)行避讓。