1、孔间地质 CT 探测法在地铁施工中的应用 吴洪强 北京城建勘测设计研究院有限责任公司天津分公司 摘 要： 北京地铁某车站施工前对车站上方土体进行孔间地质 CT 探测, 探明了该部位土体情况, 对暗挖施工的顺利进行提供了重要的指导, 保证了暗挖施工安全。关键词： 地铁; 地质; CT; 探测; 地质; 不良体; 敏感区; 作者简介：吴洪强/男, 1987 年出生, 工程师, 北京城建勘测设计研究院有限责任公司天津分公司, 从事地铁线路安全风险咨询工作。收稿日期：2017-05-24Received： 2017-05-24北京地铁某车站上方的道路曾发生过多次坍塌, 对车站施工影响极大。车站附近地下
2、管线错综复杂, 埋深较大, 通过前期管线调查, 部分管线渗漏严重, 极有可能在局部形成空洞、水囊等不良地质;传统的地质雷达探测因探测深度限制, 无法对车站上方土体进行全面探测, 经过工程分析, 采用了孔间地质 CT 探测的方法, 解决了这一问题, 确保了车站工程施工安全。1 工程概况北京地铁某车站位于北京市三环, 城市繁华地区, 周边均为高大商住建筑, 车站与既有线路换乘。2 工程地质条件车站地质围岩主要为粉细砂、中粗砂层及圆砾卵石层。车站主要处于潜水层内, 底板位于承压水层内, 该层地下水分布连续, 见图 1。图 1 车站工程地质 下载原图3 车站周边管线及地质敏感区特点1) 车站位于北京城
3、市主干道下, 该段道路曾发生过多次坍塌, 对暗挖施工影响极大。2) 车站附近地下管线极多, 错综复杂, 站内共计超过 110 条管线。其中主要包括雨污水、给水、通讯、热力、燃气、电力管线等。管线埋深较大, 通过现场实地调查, 管线渗漏严重, 极有可能存在局部空洞、水囊等不良地质。4 探测目的工程开工前对施工范围内的空洞采用地质雷达法进行了首次普查, 报告中明确指出:1) 车站及南侧区域范围内管线密集, 对地质雷达法探测产生非常严重的干扰, 不能确保探测精度;2) 探测发现地面以下 5 m 处存在空洞, 由于探测深度的限制, 未能探知 5 m 以下空洞的准确状况;3) 经过现场实地调查, 该区域
4、内的管线状态较差, 极易造成周围土体浸泡产生不良地质, 曾多次发生因管线断裂造成的地面塌陷且该区域雨污水等重要管线埋深较深, 均超过地质雷达探测深度。首次普查结果不能全面反映车站周边空洞及环境真实情况。地质雷达法技术本身的局限性、物探的多解性和地下隐蔽工程的复杂性及管线密集等都可能造成探测结果的误差。鉴于以上原因, 为提供更全面、真实的地质资料, 以便采取有效处理措施, 消除安全隐患, 确保地铁工程施工安全和周边环境安全, 须对该区域采取地层复测, 也为空洞处理方案的制定提供依据。5 探测施工工艺5.1 探测范围车站整个主体结构区域。主体上导洞起拱线处至地面范围内, 约地面以下 16 m左右。
5、5.2 探测方法孔间地质 CT 属于地下物探方法, A 孔发射 B 孔接收, 接收信号更直接。弹性波CT 通过扇形测试获取大量的首波走时数据, 然后通过求解大型矩阵方程来获取两孔之间速度剖面图像, 根据速度剖面图像可直观准确地判定隐患大小分布;这些都使得孔间地质 CT 比地质雷达的探测精度、探测距离、抗干扰能力要强许多, 适合本次物探的实际工作条件。5.3 探测原理孔间弹性波层析成像 (CT) 是在两孔之间一孔激发, 另一孔单道或多道接收, 形成扇形观测系统, 通过改变激发点和接收排列的位置, 组成密集交叉的射线网络, 然后根据射线的疏密程度及成像精度划分规则的成像单元, 运用射线追踪理论,
6、采用的反演计算方法形成被测区域的波速图像, 根据图像中的波速分布情况来划分岩体质量、确定地质构造及软弱岩带的空间分布。5.4 仪器设备弹性波 CT 使用 Seis24 综合工程探测系统, 该系统由数据采集系统和数据处理系统两部分组成。数据采集系统包括测量主机、大功率激发设备和 24 道压电晶体型串式采样器;数据处理系统为随机自带的弹性波 CT 数据处理软件。5.5 实施流程5.5.1 钻孔布置采用与降水井结合的方式进行探测, 孔间距最大不超过 15 m, 见图 2。图 2 钻孔布置 下载原图5.5.2 钻孔工作在降水井无砂管与泥浆护壁之间埋深 13 cm PVC 套管, 周边填滤料, 确保周边
7、与滤料接触, 见图 3。探孔埋设完毕后, 降水继续施工恢复路面。待降水井施工完成进行地质 CT 探测。图 3 探测孔与降水井关系 下载原图5.5.3 地质 CT 探测1) 探测工作量。单孔探测范围 16 m, 弹性波 CT 探测接收发射点距均为 1 m, 设计剖面 42 条, 总计 19 200 个射线对。2) 数据采集。现场项目经理负责数据采集过程的控制及原始资料的验收;数据采集合格后, 由项目经理授权人签字方可进入下一流程, 见图 4。图 4 数据采集控制流程 下载原图3) 报告编写。项目经理授权人控制报告的形成过程, 负责组织报告的编写。原始数据回放并经随机软件计算处理后, 剔除个别干扰
8、数据点, 再利用专业软件绘制出各条剖面图并进行最终的资料解释工作, 见图 5。图 5 报告形成过程流程 下载原图4) 工作周期。为提高探测效率, 计划分为两组工作人员, 采取边钻孔边探测的工作安排, 正常情况下每天可完成 78 条剖面的探测, 因此野外探测工作时间预计为 25 d 左右, 室内数据处理及报告编写预计 10 d, 整个工作周期预计为35 d。5) 预期提交成果。地质 CT 成像图和解释图;地质 CT 勘查报告。6 探测结果及分析通过对数据处理分析, 在本次探测剖面范围内, 发现岩土体异常区主要有 2 处, 岩土体异常区发育深度主要集中在路面以下 15.020.0 m 范围, 异常
9、地质表现为岩土体疏松区, 地层极不均匀, 见图 6 和图 7。图 6 临近既有地铁线车站的地质不良体 下载原图图 7 DN1 100 mm 污水管地质不良体 下载原图7 结语城市地铁上方管线密集, 个别渗漏且多既有结构, 这就造成了在建地铁线路上方存在空洞、水囊等地质不良体, 给地铁暗挖施工造成影响, 增大施工风险。施工前, 对线路上方进行地质探测, 能提前掌握地质情况, 在施工前采取措施处理地质不良体, 施工中提高警惕, 加强控制, 确保暗挖施工安全。参考文献1唐晓勇, 谢涛, 张海东.CT 成像技术在芹菜垭隧道超前地质预报中的应用J.施工技术, 2010, 39 (9) :54-56. 2李永涛, 陶喜林, 余建河, 等.井间电磁波 CT 技术在长江大堤岩溶探测中的应用J.CT 理论与应用研究, 2009, 18 (1) :55-62.
