綜合孔中物探在地連墻滲漏檢測中的應(yīng)用

盛燦軍

(中鐵二十四局集團有限公司 上海 200433)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)迅速發(fā)展，大深度地下空間的利用日益成為城市建設(shè)開發(fā)的一個重要領(lǐng)域[1]。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國以地鐵為主導(dǎo)的地下軌道交通、以綜合管廊為主導(dǎo)的地下市政工程開發(fā)快速崛起[2]。地下連續(xù)墻技術(shù)因其工效高、工期短、適用于多種地基條件等特點，在地下空間工程中得到廣泛應(yīng)用。伴隨施工技術(shù)的日益完善，地下連續(xù)墻的深度也在不斷增加[3]。地下連續(xù)墻作為圍護結(jié)構(gòu)雖能發(fā)揮很好的作用，但其主要施工過程均在地下進(jìn)行，施工工藝復(fù)雜、難度大，往往因各種原因造成墻體及接縫處損傷。因此，有必要采用適當(dāng)?shù)臋z測手段，探明地下連續(xù)墻是否有滲漏水情況，提前做好堵漏補強措施，保障工程施工安全。

目前，地下連續(xù)墻滲漏點的識別和檢測技術(shù)取得了一定的進(jìn)展。聲納滲流檢測技術(shù)[4]、淺層地震勘探法[5]、沖擊回波法[6]、超聲波法[7－9]常用于地下連續(xù)墻成槽質(zhì)量檢測中。這些方法大都是在地面進(jìn)行，方法簡便易行、效率高但是較難揭示深部地下連續(xù)墻的滲漏異常。隨后，孔中物探技術(shù)被應(yīng)用到地下連續(xù)墻滲漏點檢測和識別研究，取得了較好進(jìn)展?？缈纂姶挪▽游龀上馵10]、跨孔雷達(dá)方法[11]、高密度電阻率 CT成像方法[12]、微測井電法[13]都成功應(yīng)用于地下連續(xù)墻檢測中，能夠探明地連墻滲漏點異常。但是目前的理論研究、模型試驗和工程驗證中局限于單種方法的探測，由于地質(zhì)的復(fù)雜性和物探方法的多解性，單一探測方法難以對地連墻缺陷做出準(zhǔn)確預(yù)報，亟需對多種鉆孔勘探技術(shù)綜合應(yīng)用效果進(jìn)行研究。綜合物探方法已經(jīng)在煤炭采空區(qū)探測[14]、深部資源開發(fā)[15]、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查[16]、隧道超前預(yù)報[17]等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但在地連墻滲漏檢測中應(yīng)用較少。本文采用跨孔電阻率CT方法、跨孔彈性波CT方法和鉆孔雷達(dá)方法對地連墻接縫的滲漏進(jìn)行檢測，借助不同物探方法的特性，相互配合、相互印證。

本文利用綜合鉆孔精細(xì)探測技術(shù)來檢測上海市域機場聯(lián)絡(luò)線1＃風(fēng)井基坑地下連續(xù)墻接縫滲漏點。在地連墻接縫的坑內(nèi)坑外兩側(cè)打下合適深度的鉆孔，借助這些鉆孔開展跨孔電阻率CT探測方法、跨孔彈性波CT探測方法與鉆孔雷達(dá)探測方法，結(jié)果顯示地下連續(xù)墻接縫存在可能滲漏點，配合抽水試驗，認(rèn)為應(yīng)在重點部位進(jìn)行隔水補強，最后基坑開挖驗證綜合鉆孔精細(xì)探測方法的結(jié)果。

2 工程概況及問題分析

2.1 工程概況

上海市軌道交通市域線機場聯(lián)絡(luò)線工程起于虹橋樞紐，接入滬通鐵路上海東站。線路長度68.6 km(其中高架橋梁段長度約7.9 km，地面段長度約4.1 km，地下隧道段長度約56.6 km)，是國內(nèi)首條與國鐵網(wǎng)絡(luò)互通互聯(lián)的市域鐵路示范工程。1＃風(fēng)井為盾構(gòu)始發(fā)井，圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計范圍為DK6＋490.1～DK6＋646.5(156.4 m)。該風(fēng)井鄰近滬昆高鐵路基段，保護要求高，場區(qū)位置俯瞰圖如圖1a所示。場區(qū)地質(zhì)勘查結(jié)果剖面如圖1b所示，依據(jù)相關(guān)水文地質(zhì)勘察報告，場區(qū)潛水年平均水位埋深為0.5～0.7 m，承壓水水位埋深3～12 m。

圖1 上海市域機場聯(lián)絡(luò)線一號風(fēng)井示意

1＃風(fēng)井基坑鄰近滬昆高鐵路基段，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻＋內(nèi)支撐支護形式，除二～五號基坑靠近西邊滬昆鐵路側(cè)采用1.5 m厚地下連續(xù)墻外，其余地下連續(xù)墻均為1.2 m厚，圍護深度40～56 m，開挖深度16.657～25.533 m，沿基坑深度方向采用鋼筋混凝土支撐＋鋼支撐進(jìn)行支護，并采取分坑措施共分5段，各基坑詳細(xì)信息如表1所示。

表1 各基坑基本信息 m

2.2 問題分析

1＃風(fēng)井基坑工程四周環(huán)境復(fù)雜，場地四周存在大量已拆遷房屋遺留的淺基礎(chǔ)?；?xùn)|側(cè)為楊新豎河，距離為11.4 m；基坑西側(cè)為滬昆高鐵，距滬昆高鐵路基坡腳的最近距離約為10.6 m，距高鐵線路中線距離約20 m，給工程帶來巨大的困難，若地連墻存在漏水點，可能給高鐵運行帶來嚴(yán)重安全隱患。

1＃風(fēng)井地下連續(xù)墻深度達(dá)60 m，且存在較高滲漏水風(fēng)險的接縫數(shù)目多，可能存在的滲漏水通道尺寸較小，傳統(tǒng)的檢測方法無法達(dá)到探測要求，需要小尺度結(jié)構(gòu)精細(xì)探測，因此采用跨孔電阻率 CT、跨孔彈性波CT和鉆孔雷達(dá)等地球物理方法進(jìn)行綜合探測，精細(xì)探明地連墻縫存在的主要可能滲漏水點，為施工方采取相應(yīng)措施提供依據(jù)和指導(dǎo)。

3 探測過程

一號風(fēng)井共設(shè)置5個基坑，鑒于篇幅所限，本文以四號基坑為例說明綜合孔中物探方法的特點和優(yōu)勢。四號基坑寬17.7 m，深22.972～23.809 m，地連墻接縫采用RJP止水帷幕，加固深度同墻底，地連墻底部設(shè)置5 m厚的N-jet封底隔水層。

3.1 測線布置

1＃風(fēng)井四號基坑鉆孔設(shè)置與測線布置如圖2所示。地連墻縫標(biāo)記為F，外側(cè)鉆孔標(biāo)記為W，內(nèi)側(cè)鉆孔標(biāo)記為N。共布置跨孔電阻率CT測線9條、跨孔彈性波CT測線8條、鉆孔雷達(dá)測線7條。為確保探測效果和效率，保證每條跨墻電阻率CT測線和跨墻彈性波CT測線跨且只跨1條地連墻縫，跨孔之間距離不小于5 m且不大于11 m，鉆孔深度約為40 m。

圖2 1#風(fēng)井四號基坑(楊新豎河側(cè))測線布置

3.2 跨孔電阻率CT探測過程

測線布置如圖2a所示，進(jìn)行跨孔電阻率CT探測時，每個鉆孔放置25個電極，電極點間距為1 m，每對鉆孔需要探測兩次，中間有10 m的重疊，保證覆蓋地連墻接縫所有位置。本次探測共在9對鉆孔中完成18次跨孔電阻率CT數(shù)據(jù)采集，共采集11 250組數(shù)據(jù)。通過對采集的電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，并對每對鉆孔的兩組探測結(jié)果圖進(jìn)行拼接處理，得到視電阻率分布情況，根據(jù)介質(zhì)電性差異，能夠找到地下連續(xù)墻滲漏點。

3.3 跨孔彈性波CT探測過程

測線布置如圖2b所示，進(jìn)行跨孔彈性波CT探測時，在其中一個鉆孔放入炮頭，且通過提拉方式移動炮頭，每隔2 m激發(fā)一次彈性波，本次探測需要提拉20次左右；另一鉆孔放置檢波器，接收彈性波透射信號，檢波器間距為2 m，平均每個鉆孔放置20個檢波器，布設(shè)于每個地連墻接縫處?？缈椎卣餋T探測剖面需要完成透射射線數(shù)20×20，8組跨孔彈性波CT剖面共采集射線對3 200對。對采集的彈性波數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移成像處理，通過剖面上介質(zhì)波速差異，能夠找到地下連續(xù)墻滲漏點。

3.4 鉆孔雷達(dá)探測過程

測線布置如圖2c所示，探測時對每個鉆孔分別放置收發(fā)一體鉆孔雷達(dá)天線，測量鉆孔共計9個，天線在鉆孔中均速緩慢下降、上升，并通過線纜連接至測距輪，天線在同一鉆孔中的上升和下降均可得到一組雷達(dá)信號隨深度變化的數(shù)據(jù)，經(jīng)過全變分算法處理得到電阻率剖面圖，通過對比分析電阻率差異，可找到地下連續(xù)墻滲漏處。

4 地下連續(xù)墻探測結(jié)果分析及抽水試驗驗證

4.1 探測結(jié)果與分析

探測結(jié)果如圖3所示。在跨孔電阻率CT成像剖面中展示了15處主要異常。其中，地面10 m范圍以內(nèi)的低阻異?？赡苁艿乇矸e水影響，不納入考慮范圍之內(nèi)?？缈讖椥圆–T成像結(jié)果中發(fā)現(xiàn)3處主要異常，在鉆孔雷達(dá)成像中發(fā)現(xiàn)4處主要異常。

圖3 四號基坑(靠楊新豎河側(cè))探測結(jié)果

對三種物探方法進(jìn)行綜合考量，認(rèn)為四號基坑靠楊新豎河側(cè)地連墻縫共存在6處較大滲漏點，分別為:F4-1存在1處范圍較大的異常，深度范圍為33～43 m；地墻縫F4-3存在2處范圍較大的異常，深度范圍分別為11～18 m和33～40 m；地墻縫F4-4存在2處范圍較大的異常，深度范圍分別為14～22 m和32～38 m；地墻縫F4-5存在1處范圍較大的異常，深度范圍為32～43 m，如表2所示。

如圖4所示，三種探測方法均揭示了位于地連墻接縫F4-3處深度范圍為11～18 m的滲漏點，同時跨孔電阻率法單獨揭示了位于33～40 m的滲漏異常，這是因為相較于其他兩種方法，該方法對水體響應(yīng)非常敏感。由于單種物探方法的多解性和地連墻的特殊性，任何單一的探測方法都可能存在誤差。使用綜合孔中探測方法，跨孔電阻率CT、跨孔彈性波CT和鉆孔雷達(dá)探測方法之間可以從電性差異、波阻抗差異等不同角度相互印證、相互配合，減小誤差，能夠得到比單一物探方法更可靠的結(jié)果。

圖4 三種探測結(jié)果對比

4.2 抽水試驗對比與建議

抽水試驗設(shè)置如圖5所示，其中BG4為觀測井，J4-1、J4-2、J4-3為抽水井。在抽水井內(nèi)安放水泵，合理布置電源，接通排水系統(tǒng)。分別為減壓井J4-1～J4-3安裝水泵，水泵額定出水量10 m3/h，試驗過程中安裝球閥，以控制穩(wěn)定流量。校正水位計，試驗抽水持續(xù)約5.17 h，J4-1累計出水量21.3 m3，J4-2累計出水量24.7 m3，J4-3累計出水量22.1 m3，BG4井中水位降幅約為12.44 m。測定觀測井BG4水位恢復(fù)情況并記錄。

圖5 抽水試驗井布置

由圖6可知，停止抽水后BG4水位約10 h恢復(fù)10%，約43 h恢復(fù)80%，約67 h后恢復(fù)至未抽水時水平。根據(jù)水位恢復(fù)情況，認(rèn)為基坑地下連續(xù)墻存在個別滲漏點，與物探結(jié)果一致。在探測結(jié)果的指導(dǎo)下，為確保不放過任何一個疑似滲漏異常，保障基坑開挖過程安全穩(wěn)定，在對應(yīng)地連墻接縫位置進(jìn)行了高壓旋噴隔水補強工藝作業(yè)，經(jīng)補強后的基坑開挖結(jié)果如圖7所示。

圖6 四號基坑坑內(nèi)觀測井水位恢復(fù)百分比曲線

圖7 基坑開挖現(xiàn)場

5 結(jié)束語

本文采用綜合孔中物探方法對上海市域機場聯(lián)絡(luò)線工程一號風(fēng)井基坑地下連續(xù)墻滲漏點進(jìn)行了探測和聯(lián)合解譯，在四號基坑楊新豎河側(cè)地連墻體中探明了6處滲漏異常，與抽水試驗結(jié)果相吻合，并依據(jù)試驗結(jié)果指導(dǎo)隔水補強，保證工程順利安全開挖，是綜合孔中物探方法在工程上的一次成功應(yīng)用。

(1)孔中物探方法被證實在基坑地連墻滲漏異常檢測中實用有效，其中，跨孔電阻率CT法和鉆孔雷達(dá)法對地下水體的響應(yīng)更為明顯，但也更加容易因為淺地表覆水而影響淺部探測效果；跨孔彈性波CT探測主要針對構(gòu)造進(jìn)行探測，但可能會遺漏較小的滲漏點。

(2)綜合孔中物探方法具有信息互補、相互印證的優(yōu)勢，通過融合分析和聯(lián)合解譯，能夠取長補短，避免單一物探方法的多解性問題，提高對滲漏異常判識的準(zhǔn)確率。

(3)針對地連墻隱患檢測難題，未來可考慮在地連墻施工時預(yù)留探測孔于墻縫兩側(cè)，及時檢測接縫質(zhì)量缺陷，優(yōu)化施工工藝，更好地推動技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。