探地雷達(dá)在承壓水條件下盾構(gòu)進(jìn)出洞環(huán)箍注漿質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

周雪蓮

上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200433

隨著地下工程向著越來越深的方向發(fā)展，深層承壓水的突涌風(fēng)險成為了工程建設(shè)期間的突出問題。在近年來的地下工程建設(shè)中，出現(xiàn)的重大險情和安全事故，大部分都跟承壓水有直接關(guān)系。地下工程建設(shè)技術(shù)一直在進(jìn)步，經(jīng)驗一直在積累，但是對于深層地下承壓水的認(rèn)識仍不足以確保工程建設(shè)的安全。

環(huán)箍注漿的實質(zhì)是當(dāng)盾構(gòu)機位于加固土體中時，在管片外側(cè)進(jìn)行二次注漿，漿液凝結(jié)硬化后充填加固體、盾構(gòu)外殼與管片之間的空隙，提供一定的承載力并起到穩(wěn)定管片襯砌的作用，同時可以與周圍加固土體或凍土形成環(huán)向封閉結(jié)構(gòu)，在承壓含水層盾構(gòu)進(jìn)洞過程中有效防止?jié)B漏水沿著襯砌界面涌入盾構(gòu)機內(nèi)部。在實際工程中，針對承壓含水層盾構(gòu)進(jìn)出洞襯砌環(huán)箍注漿效果及漿液在管片背后分布情況的研究較少[1-5]。本文結(jié)合實際工程案例，配合探地雷達(dá)無損探測技術(shù)對環(huán)箍注漿施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，為類似工程項目的實施提供借鑒。

1 工程概況

上海市軌道交通14號線12標(biāo)陸家嘴站—浦東南路站區(qū)間上行線起始里程為SK22＋359.532，終點里程為SK23＋200.980，上行線隧道長度841.448 m；下行線起始里程為XK22＋372.932，終點里程為XK23＋199.572，下行線隧道長度838.149 m。區(qū)間隧道縱坡為“V”字坡，坡度為2.8%，隧道頂部埋深14.8～22.8 m。陸家嘴站—浦東南路站區(qū)間采用2臺盾構(gòu)機，從浦東南路站西端頭井始發(fā)，掘進(jìn)至陸家嘴站西端頭井接收（圖1）。

圖1 陸家嘴站—浦東南路站區(qū)間平面

盾構(gòu)機外徑6 760 mm，管片外徑6 600 mm，管片厚度35 mm，每環(huán)寬1.2 m。

2 工程重難點

本區(qū)間盾構(gòu)進(jìn)洞掘進(jìn)范圍內(nèi)涉及土層為⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉質(zhì)黏土、⑥暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土（圖2），具有明顯的觸變、流變特性，在盾構(gòu)掘進(jìn)時土體結(jié)構(gòu)極易被破壞，同時會有一定的回彈變形。盾構(gòu)推進(jìn)時應(yīng)注意控制施工速度，避免對土體產(chǎn)生過大的擾動，以減少施工后的沉降和不均勻沉降。同時，距離承壓含水層⑦層較近，易造成涌水涌砂事故，使盾構(gòu)進(jìn)出洞面臨高承壓水滲漏風(fēng)險。

圖2 陸家嘴站—浦東南路站區(qū)間地層剖面

3 施工工藝

3.1 物探原理

探地雷達(dá)是利用高頻電磁波的反射來探測有電性差異的界面或目標(biāo)體的一種非破壞性的物探技術(shù)，即通過發(fā)射天線發(fā)射入射波，隨后接收天線進(jìn)行反射波接收，通過對反射波進(jìn)行處理形成圖像后，結(jié)合地球物理解釋模型等判定界面或目標(biāo)體的性質(zhì)（圖3）。

圖3 雷達(dá)探測時電磁波傳播示意

3.2 物探設(shè)備

為達(dá)到最佳的檢測效果，本次采用RTS（實時采樣）和HDR（高動態(tài)范圍）新技術(shù)雙頻探地雷達(dá)——CrossOver CO1760。本次所檢隧道管片混凝土厚度為35 cm，考慮分辨率需求及操控方便等因素，采用50～100 MHz屏蔽天線進(jìn)行試驗探測。

3.3 測線布設(shè)

本次試驗期間，隧道仍在掘進(jìn)施工中，下部鋪設(shè)軌道及電瓶車通行，頂部有盾構(gòu)機專用高壓電纜、進(jìn)漿及出漿管等設(shè)施，限制了測線的布置范圍。根據(jù)隧道現(xiàn)場情況及地質(zhì)條件，以盾構(gòu)進(jìn)洞時681—683環(huán)（圖4）左右兩側(cè)A1、A3標(biāo)準(zhǔn)環(huán)作為雷達(dá)探測位置，并進(jìn)行實時監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果采用如圖5所示的坐標(biāo)系表示。

圖4 陸家嘴站—浦東南路站下行線加固示意

圖5 用于表示監(jiān)測結(jié)果的坐標(biāo)系

3.4 檢測流程

1）環(huán)箍施工完畢48 h后，對漿液介電常數(shù)進(jìn)行測定，將探地雷達(dá)架設(shè)50～100 MHz屏蔽天線，然后沿盾尾以外、管片內(nèi)側(cè)順序移動，連續(xù)測設(shè)，形成完整的環(huán)箍注漿探測圖像區(qū)域。

2）開啟探地雷達(dá)系統(tǒng)及軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和存儲，同時設(shè)置探測參數(shù)，進(jìn)行探測圖像數(shù)據(jù)的導(dǎo)出及處理，室內(nèi)計算介電常數(shù)，分析各種異常情況的可能原因。

3）進(jìn)行探測結(jié)果分析：管片材質(zhì)均勻，衰減緩慢，界面清晰，而環(huán)箍注漿加固體的介電常數(shù)為6.5～7.5，波速為0.5 m/ns，土層介電常數(shù)為35～37，波速為0.4 m/ns，不同土層引起不同程度的衰減；當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)的反射波界面，且反射界面明顯時，則表明有明顯的材質(zhì)分層現(xiàn)象。

4）整理探測結(jié)果報告，針對加固區(qū)空洞及滲漏水位置，標(biāo)明并提出補充加固建議。

4 物探成果分析

4.1 檢測結(jié)果圖像

根據(jù)物探結(jié)果（圖6）可以清晰看見管片厚度為0.35 m，環(huán)箍注漿范圍與原狀土的反射界面存在明顯差異，注漿漿液經(jīng)過48 h凝結(jié)硬化后，形成均勻的環(huán)箍，厚度約為0.2 m，原狀土衰減差異明顯，內(nèi)部波長不一。可以根據(jù)以上檢測結(jié)果分析環(huán)箍注漿效果。

4.2 注漿厚度理論值

現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，同步注漿量為2.5 m3/環(huán)，環(huán)箍注漿量為7 m3/環(huán)，注漿壓力為0.2～0.3 MPa。經(jīng)計算，同步注漿后漿液外圈直徑為6.798 m，同步注漿厚度為0.099 m；環(huán)箍注漿后漿液外圈直徑為7.324 m，環(huán)箍注漿厚度為0.263 m。

圖6 檢測結(jié)果圖像

4.3 檢測結(jié)果分析

通過分析探地雷達(dá)檢測結(jié)果（圖7～圖9）可知：681環(huán)襯砌同步注漿厚度為0.16～0.25 m，最小值在A1環(huán)；682環(huán)襯砌同步注漿及環(huán)箍注漿厚度為0.45～0.65 m，最小值在A3環(huán)；683環(huán)襯砌同步注漿厚度為0.17～0.27 m，最小值在A1環(huán)。

圖7 681環(huán)襯砌同步注漿檢測結(jié)果示意

圖8 682環(huán)襯砌同步注漿及環(huán)箍注漿檢測結(jié)果示意

圖9 683環(huán)襯砌同步注漿檢測結(jié)果示意

4.4 注漿厚度結(jié)果對比

由于盾構(gòu)滲漏水一般發(fā)生在薄弱部位，因此取實際檢測值中的最小值進(jìn)行對比分析。

1）同步注漿厚度。同步注漿厚度理論值約為0.09 m，實際值為0.16 m，則擴散率約為1.78（0.16/0.09）。

2）同步注漿及環(huán)箍注漿總厚度。注漿總厚度理論值為0.362 m，實際值為0.450 m，則擴散率約為1.24（0.450/0.362）。

由此可知，在承壓含水層中進(jìn)行環(huán)箍注漿可以明顯降低漿液擴散率，進(jìn)一步提高漿液的濃度，使得襯砌周圍形成厚厚的一層泥漿體，將襯砌與盾構(gòu)機之間、襯砌與周圍凍土之間的間隙有效填充，防止承壓水沿管片界面滲入盾構(gòu)機內(nèi)部，形成有效的“瓶塞”效應(yīng)。此外，通過環(huán)箍注漿可以有效彌補前期同步注漿過程中注漿厚度不足的情況。

5 實施效益

本文以上海市軌道交通14號線12標(biāo)陸家嘴站盾構(gòu)進(jìn)洞施工為例，通過對盾構(gòu)機盾尾后方區(qū)間范圍管片環(huán)箍注漿的專項檢測，可得出以下結(jié)論：

1）探地雷達(dá)檢測設(shè)備及檢測方法能夠?qū)λ淼拉h(huán)箍注漿質(zhì)量進(jìn)行有效檢測，管片、注漿層（水泥砂漿層）和加固土層等各個電性反射界面清楚連續(xù)，探測深度和精度都能達(dá)到要求，效果良好，為施工質(zhì)量評判提供了科學(xué)依據(jù)。

2）將探地雷達(dá)檢測設(shè)備應(yīng)用于隧道盾構(gòu)的環(huán)箍注漿質(zhì)量檢測，可掌握襯砌與盾構(gòu)機之間、襯砌與周圍加固土間的間隙填充情況，判斷是否形成有效“瓶塞”效應(yīng)，防止承壓水沿管片界面滲入盾構(gòu)機內(nèi)部。

3）探地雷達(dá)技術(shù)可以進(jìn)行環(huán)箍注漿質(zhì)量的無損檢測，不僅受環(huán)境影響小，而且能保證施工質(zhì)量。

6 結(jié)語

從市政施工長遠(yuǎn)來看，深層地下空間開發(fā)必將成為一種趨勢，而當(dāng)下上海市已有多個深層地下施工項目面臨高承壓水下盾構(gòu)進(jìn)出洞問題。通過不斷完善探地雷達(dá)無損探測技術(shù)并將其應(yīng)用于盾構(gòu)進(jìn)出洞環(huán)箍注漿質(zhì)量檢測，可以有效保證施工質(zhì)量，解決行業(yè)難題，并為類似項目提供參考及借鑒。