電磁法在地連墻墻縫滲漏檢測(cè)中的應(yīng)用

【摘要】文中結(jié)合某地鐵車站地下連續(xù)墻（簡(jiǎn)稱地連墻）墻縫堵漏施工實(shí)例，根據(jù)直流電和瞬變電磁傳播理論，于鉆孔或地面電極（可移動(dòng)激發(fā)）激發(fā)直流和瞬變電磁場(chǎng)，在水面、地面及井中采用電極陣列接收響應(yīng)波形，每次激發(fā)實(shí)現(xiàn)8次信號(hào)測(cè)量。通過(guò)軟件，處理分離有用和無(wú)用信號(hào)，對(duì)有用信號(hào)進(jìn)一步解析，綜合電、聲測(cè)井結(jié)果確定滲漏發(fā)生情況和精確定位滲漏發(fā)生的位置。

【關(guān)鍵詞】地連墻；直流電場(chǎng)；瞬變電磁；墻縫滲漏

【中圖分類號(hào)】TU201.2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）11-0066-03

0 引言

地鐵較發(fā)達(dá)城市在既有線的前提下開(kāi)展施工，致使基坑開(kāi)挖深度越來(lái)越深，深基坑工程對(duì)基坑初期支護(hù)、降排水的要求也越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)施工工期和施工安全的把控提出了更高要求?；咏邓畬?duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、止水措施的施工質(zhì)量要求較高，其施工質(zhì)量對(duì)施工工期及現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全保障影響極大。

目前對(duì)止水帷幕范圍的漏水點(diǎn)監(jiān)測(cè)無(wú)法具體到某個(gè)點(diǎn)位，無(wú)法指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)漏水點(diǎn)進(jìn)行有效處理。開(kāi)挖時(shí)對(duì)基坑開(kāi)挖進(jìn)度、開(kāi)挖產(chǎn)生的額外費(fèi)用及施工安全產(chǎn)生不良影響，給施工現(xiàn)場(chǎng)造成巨大安全隱患。因此應(yīng)研究出一種便于迅速準(zhǔn)確找到漏水點(diǎn)的方法，能夠幫助施工現(xiàn)場(chǎng)快速、便捷地尋找漏水點(diǎn)的大致位置，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)對(duì)漏水點(diǎn)位置進(jìn)行處理，保證現(xiàn)場(chǎng)有序施工。

本文研究基礎(chǔ)為瞬變電磁技術(shù)和直流電場(chǎng)滲漏水檢測(cè)技術(shù)[1]。研究一種方便現(xiàn)場(chǎng)施工的滲漏水檢測(cè)方法，以更好地服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)施工。

1 工程概況

某市地鐵6號(hào)線工程一工區(qū)現(xiàn)狀場(chǎng)地為蘆葦?shù)睾屠召?gòu)站。車站西側(cè)為住宅小區(qū)、東側(cè)為待開(kāi)發(fā)地塊。車站周邊環(huán)境較空曠，鄰近道路交通狀況良好。車站長(zhǎng)531.5 m，采用明挖法施工，標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)21 m，西側(cè)北段距住宅小區(qū)圍墻20 m，北端為交通道路，其他環(huán)境較簡(jiǎn)單，基坑開(kāi)挖深度為17.04 m（標(biāo)準(zhǔn)段），兩端盾構(gòu)井深18.641～19.704 m，支護(hù)形式為地連墻+4道鋼支撐及1道換撐。第一道為鋼筋混凝土支撐，地連墻隔斷第一承壓水層，采用高壓旋噴樁分倉(cāng)降水。地連墻墻厚0.8 m，墻長(zhǎng)（自地面）標(biāo)準(zhǔn)段31.5～33 m，盾構(gòu)井段35 m，插入比0.82～0.88，隔斷第一承壓水層⑧2粉砂、⑧22黏質(zhì)粉土，未隔斷第二承壓水層⑩2?2粉砂。開(kāi)挖期間地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，承擔(dān)全部的水壓力、土壓力以及施工荷載。

2 地下連續(xù)墻施工工藝

2.1 地連墻施工工藝流程

結(jié)合工程實(shí)際情況及地下連續(xù)墻施工隊(duì)伍的施工經(jīng)驗(yàn)，地下連續(xù)墻擬采用液壓導(dǎo)桿式抓斗成槽機(jī)施工，采用順開(kāi)施工方式連續(xù)施工，連續(xù)墻接頭采用鎖口管接頭方式施工。

2.2 護(hù)壁泥漿的制備與使用

1）泥漿的組成。地下連續(xù)墻工程采用膨潤(rùn)土配制護(hù)壁泥漿，主要配制材料有：①膨潤(rùn)土：商品膨潤(rùn)土；②水：自來(lái)水；③分散劑：純堿（Na2CO3）；④增黏劑：CMC（高黏度、粉末狀）。

2）泥漿的循環(huán)使用。①護(hù)壁泥漿應(yīng)進(jìn)行循環(huán)利用，需定期監(jiān)測(cè)其性能參數(shù)；②回收后的泥漿如未能滿足規(guī)定的性能參數(shù)，可通過(guò)振動(dòng)篩與旋流器進(jìn)行處理，隨后輸送至沉淀池進(jìn)行沉淀處理。沉淀后需再次檢測(cè)其性能參數(shù)。如有必要可補(bǔ)充摻入材料進(jìn)行再生處理，再生后的泥漿將被存放于儲(chǔ)漿池中以備后用。

3）泥漿系統(tǒng)的布置。在現(xiàn)場(chǎng)安裝一臺(tái)3 m3立式高速泥漿攪拌機(jī)，并配置四臺(tái)泵將新鮮泥漿輸送至施工槽孔，輸漿管道應(yīng)沿導(dǎo)墻附近布置?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置儲(chǔ)漿池以儲(chǔ)備泥漿，其位置應(yīng)位于場(chǎng)地一側(cè)，容積至少為設(shè)計(jì)混凝土方量的1.5倍。槽段排出的泥漿需經(jīng)過(guò)除砂凈化或沉淀處理后，返回儲(chǔ)漿池中儲(chǔ)存。泥漿池最大槽段6 m，單幅泥漿池容量槽段體積為185.472 m3。

4）泥漿的拌制。采用泥漿拌漿機(jī)進(jìn)行拌制，配料嚴(yán)格按照配合比，準(zhǔn)確計(jì)量并按投料順序進(jìn)行投料。

5）泥漿的使用與管理。①泥漿拌制好后，在貯漿池內(nèi)靜置不小于24 h，以使膨潤(rùn)土充分水化、膨脹，確保泥漿質(zhì)量。②泥漿密度應(yīng)維持在1.03～1.10范圍內(nèi)，循環(huán)系統(tǒng)中的泥漿密度控制在1.05～1.25，松散地層可適當(dāng)增大密度。在混凝土灌注前，泥漿密度需保持在1.05～1.1之間。③在施工過(guò)程中，必須加強(qiáng)泥漿的管理，定期檢測(cè)泥漿的性能并調(diào)整配合比。新配制的泥漿需對(duì)除砂率外的所有指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。④成槽作業(yè)期間，每推進(jìn)2～3 m或每3 h應(yīng)測(cè)定一次泥漿的密度和黏度。在清槽前后，各測(cè)一次密度、黏度及含砂率并在混凝土灌注前再次測(cè)量密度。⑤取樣點(diǎn)應(yīng)位于槽段的底部、中部及頂部。失水量、泥皮厚度及pH值應(yīng)在每個(gè)槽段的中部和底部各測(cè)一次。如發(fā)現(xiàn)指標(biāo)不符合要求，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3 明挖基坑滲漏水情況及分析

工程開(kāi)挖后，多個(gè)地連墻接縫發(fā)生滲漏，部分位置滲漏嚴(yán)重。根據(jù)超聲波圖、現(xiàn)場(chǎng)施工情況及原始施工記錄地連墻墻縫滲漏水原因進(jìn)行分析，得到以下分析結(jié)果。

1）地連墻連接幅施工前未對(duì)先行幅接縫徹底清刷，使其接縫位置夾泥現(xiàn)象嚴(yán)重，澆筑混凝土不密實(shí)。

2）抓槽完成后槽底部清理不徹底，致使比重較大、黏度高的泥漿在槽底堆積嚴(yán)重。在進(jìn)行水下混凝土澆筑時(shí)，混凝土大漏斗雖將大量泥漿翻帶至頂部，但因底部泥漿沉積較多導(dǎo)致接縫位置存在夾泥現(xiàn)象。

3）地連墻接縫處成槽垂直度無(wú)法保證，連接幅施工時(shí)不能將接茬處的泥土完全清除致使接茬處夾泥。

4）泥漿性能較差，抓槽完成后至混凝土澆筑過(guò)程較長(zhǎng)甚至有可能隔夜，致使泥漿沉積嚴(yán)重，產(chǎn)生較多泥漿在接縫處沉淀，混凝土無(wú)法澆筑密實(shí)，內(nèi)部夾帶泥土。

5）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖深度較大，鋼支撐架設(shè)不及時(shí)，致使地連墻結(jié)構(gòu)變形，產(chǎn)生裂縫。

6）各盤混凝土初凝時(shí)間不同，鎖口管拔出時(shí)間不盡相同，開(kāi)拔時(shí)間過(guò)早，會(huì)使混凝土流向下一個(gè)連接幅，導(dǎo)致施工縫混凝土不密實(shí)。

7）成槽后進(jìn)行水下混凝土澆筑時(shí)，未按照水下混凝土澆筑時(shí)要求的導(dǎo)管埋深進(jìn)行控制，出現(xiàn)導(dǎo)管拔除混凝土面或埋深較淺，導(dǎo)致連續(xù)墻夾泥。

8）鎖口管背后回填不密實(shí)導(dǎo)致混凝土繞流，使施工縫處混凝土澆筑不密實(shí)。

9）水下混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土供應(yīng)不及時(shí)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)未能連續(xù)澆筑，使連續(xù)墻出現(xiàn)冷縫，導(dǎo)致滲漏[2-3]。

4 技術(shù)原理

根據(jù)直流電和瞬變電磁傳播理論，于鉆孔或地面用電極（可移動(dòng)激發(fā)）激發(fā)直流和瞬變電磁場(chǎng)，在水面、地面及井中采用電極陣列接收響應(yīng)波形。每次激發(fā)實(shí)現(xiàn)8次信號(hào)測(cè)量，通過(guò)軟件分離有用和無(wú)用信號(hào)，對(duì)有用信號(hào)進(jìn)一步解析，綜合電、聲測(cè)井結(jié)果確定滲漏發(fā)生情況和精確定位滲漏發(fā)生位置。

使用不接地回線或接地電流源向地下發(fā)射一次脈沖，稱為一次場(chǎng)。一次場(chǎng)由閉合穩(wěn)定電流產(chǎn)生，若在固定的時(shí)間點(diǎn)中斷電流，脈沖也相應(yīng)消失。根據(jù)電磁學(xué)原理，地下的導(dǎo)電介質(zhì)將產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向相反的渦流場(chǎng)以阻止一次場(chǎng)的消失，這個(gè)渦流場(chǎng)叫二次場(chǎng)[4]。

二次場(chǎng)渦流內(nèi)容涵蓋了地下結(jié)構(gòu)有效的信息，在第一次脈沖磁場(chǎng)間歇時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作可使用接地電極和線圈觀察二次場(chǎng)。通過(guò)對(duì)收集到的信息進(jìn)行篩選和分析，以達(dá)到探知下方地質(zhì)的結(jié)果。這個(gè)過(guò)程所研究的時(shí)間和場(chǎng)效應(yīng)稱之為時(shí)間域電磁法[5]。因?yàn)槎螆?chǎng)和一次場(chǎng)都是瞬態(tài)場(chǎng)，所以該方法也可稱為瞬變電磁法[6-8]。

瞬變電磁法主要工作內(nèi)容是探測(cè)地下地質(zhì)體電阻率的分布，針對(duì)不同的位置，分析電阻率非正常數(shù)據(jù)。瞬變電磁工作內(nèi)容由發(fā)射、電磁感應(yīng)以及接收信號(hào)三個(gè)部分組成，其檢測(cè)裝置由發(fā)射以及接收回線組成。

5 瞬變電磁法檢測(cè)特點(diǎn)

瞬變電磁法探測(cè)速度較快，抗干擾能力強(qiáng)且探測(cè)深度大，針對(duì)地鐵施工深基坑能有效進(jìn)行全面的探測(cè)且簡(jiǎn)單易操作，適合對(duì)地下滲漏結(jié)構(gòu)的探測(cè)。

當(dāng)檢測(cè)位置附近有較大的金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響，此時(shí)瞬變電磁法檢測(cè)數(shù)據(jù)不能作為施工的依據(jù)，需要選擇其他物探方式。瞬變電磁法對(duì)淺層的垂向分層能力不強(qiáng)，雖然采用小邊長(zhǎng)同點(diǎn)裝置可以達(dá)到很高的橫向分辨率，但由于采樣時(shí)間不能提前太早，因此對(duì)淺層的垂向分層能力受到限制。

6 施工過(guò)程及步驟簡(jiǎn)述

6.1 施工過(guò)程

1）測(cè)量28口觀察井超聲數(shù)據(jù)，確定井深、套管深度、實(shí)際井深和聲波速度特征。測(cè)量W75―W74―W73地連墻縫的自然電位、人工直流電位和瞬變電磁分布特征。

2）選定測(cè)量位置和發(fā)射井，主要應(yīng)用SG-18井、QG-18井構(gòu)建發(fā)射井和接收井，W75―W74―W73接縫作為滲漏檢測(cè)目標(biāo)。

3）布設(shè)接收電極陣列、回路電極、參考電極并接線。接收電極4排-15個(gè)，間隔1 m，中心位置在W74―W73接縫位置左側(cè)0.5 m，最近電極排距墻2 m，回路電極5個(gè)，距墻16 m，參考電極距回路電極1 m，在QG-18井中布設(shè)水中接收電極。

4）電極布設(shè)完畢，開(kāi)始在SG-18井中布設(shè)發(fā)射電極開(kāi)始測(cè)量。確定SG-18井作為發(fā)射井，QG-18旁水泥管井作為接收井，地面電極作為接收陣列連續(xù)測(cè)量。SG-18井發(fā)射電極下入深度23.5 m，每隔30 s上提發(fā)射電極0.5 m直到出水。發(fā)射電壓16 V，發(fā)射電流4.8 A。構(gòu)建QG-18井為發(fā)射井，QG-18旁水泥管井作為接收井，地面電極作為接收陣列連續(xù)測(cè)量。QG-18井深13.5 m，每隔0.5 m采樣1次，電壓16 V、電流3.5 A，直至出水，QG-18井作為發(fā)射井采集完畢。

5）QG-18井作為發(fā)射井，采集瞬變數(shù)據(jù)，每隔2 m采樣1次，過(guò)程為正向?qū)ā蜿P(guān)斷→反向?qū)ā聪蜿P(guān)斷。QG-18井瞬變電磁數(shù)據(jù)采集完畢。SG-18井作為發(fā)射井測(cè)量瞬變電磁場(chǎng)分布特征，每隔10 m采樣1次，過(guò)程為正向?qū)ā蜿P(guān)斷→反向?qū)ā聪蜿P(guān)斷，共計(jì)2次測(cè)量完成。

6.2 施工步驟簡(jiǎn)述

以QG-18、SG-18為例，瞬變電磁與直流電場(chǎng)滲漏檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)墻縫漏水施工步驟：①分別在QG-18井、SG-18井內(nèi)下入電極供電，分別測(cè)量基坑內(nèi)電位分布；②井內(nèi)供電，兩排一組的坑內(nèi)電極同時(shí)測(cè)量自然電位、人工電位，反向加電壓測(cè)量；③井內(nèi)供電、臨井電極測(cè)量和坑內(nèi)地面測(cè)量（一組）；④井內(nèi)供電、移動(dòng)供電電極，坑內(nèi)兩排電極同時(shí)測(cè)量；⑤井內(nèi)移動(dòng)供電電極，坑內(nèi)兩組同時(shí)測(cè)量；⑥井內(nèi)移動(dòng)供電電極，臨井和坑內(nèi)同時(shí)測(cè)量；⑦每移動(dòng)0.5 m測(cè)量一次；⑧連續(xù)測(cè)量記錄，等時(shí)移動(dòng)發(fā)射電極，每次移動(dòng)0.5 m；⑨更換發(fā)射井在臨井和地面同時(shí)測(cè)量；⑩每移動(dòng)一個(gè)2 m深度，測(cè)量一次。如圖1所示。

7 結(jié)語(yǔ)

靠近地連墻邊存在2 m×2 m×1.5 m的大坑，是造成右側(cè)電極自然電位和人工電位異常的主要原因。W74―W75下面滲漏，W73―W74下面不滲漏。

1）金屬套管的存在對(duì)直流電位測(cè)量具有很大影響。發(fā)射電極在金屬套管中移動(dòng)時(shí)，地面和臨井測(cè)量到的電位變化很小。

2）水泥管中電流能夠流動(dòng)到外面。發(fā)射電極移動(dòng)時(shí)，坑內(nèi)和臨井測(cè)量到的電位均有比較大的變化。

3）W75―W74地連墻縫。測(cè)量的人工電位具有明顯異常，該縫地下部分連接較差，具有滲漏特征。

4）W74―W73地連墻縫。測(cè)量的人工電位沒(méi)有明顯異常，該縫地下部分連接較好，沒(méi)有發(fā)生滲漏。

5）金屬套管對(duì)直流電屏蔽明顯，建議今后滲漏檢測(cè)時(shí)，在地連墻外新鉆鉆孔以構(gòu)建發(fā)射井。

6）瞬變電磁法操作簡(jiǎn)單，對(duì)地鐵深基坑施工具有非常高的效率，能有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，但不能取代其他勘探手段。當(dāng)?shù)叵碌刭|(zhì)體以及探測(cè)空間范圍內(nèi)遇到金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，其所收集分析的數(shù)據(jù)無(wú)法使用，此時(shí)應(yīng)采用其他勘探方法如直流電法。

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