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1、綜合物探在地鐵隧道工程建設(shè)中的應(yīng)用摘要:介紹了在地鐵隧道工程建設(shè)中使用探地雷達(dá)與瑞雷波法結(jié)合輕便動(dòng)力觸探技術(shù)檢測軟弱地基的經(jīng)驗(yàn)和幾點(diǎn)認(rèn)識,并討論了該勘察方法的應(yīng)用條件和優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞:地下鐵道;地基勘察;探地雷達(dá);瑞雷波法 在廣州某地鐵段建設(shè)中前期的鉆探勘察證實(shí),地鐵沿線的地層中分布有厚度不等的不良地質(zhì)體(主要以土洞、軟弱夾層為主),為此須對隧道基底進(jìn)行勘察,查明這些地質(zhì)隱患在基底以下5m范圍內(nèi)的空間分布,以便施工時(shí)做特殊處理。特殊的空間位置、勘察的時(shí)效性及對勘察結(jié)果高精度的要求對傳統(tǒng)的勘察方法提出了挑戰(zhàn)。根據(jù)以往在該地區(qū)的勘察經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場情況,我們研究采用探
2、地雷達(dá)和瑞雷波法交互探測技術(shù)進(jìn)行探測,并結(jié)合原位測試,準(zhǔn)確、及時(shí)、高效率地提供了勘察成果,共查出土洞及軟弱夾層多處,從而為消除地質(zhì)隱患、確保工程質(zhì)量提供了依據(jù)。1 測試方法及其原理探地雷達(dá)和瑞雷波探測都是基于波的反射特征來反映地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化[1~6]。本次探測所選用的儀器是加拿大SSI公司生產(chǎn)的PulseEKKOⅣ型和PulseEKKO100探地雷達(dá)儀。瑞雷波法(瞬態(tài)法)是以一定偏移距在測線一端通過使用重錘在地面激振而產(chǎn)生瑞雷波,在被檢測地段以等間距布設(shè)檢波器,利用儀器記錄從檢波器上拾取的瑞雷波,經(jīng)專門軟件的處理,計(jì)算得出頻散曲線,通過對該頻散曲線的分析,來解
3、決淺層工程地質(zhì)問題的一種方法。當(dāng)?shù)叵麓嬖谕炼椿蜍浫鯅A層等不均勻體時(shí),就會(huì)影響瑞雷波的傳播速度,使頻散曲線產(chǎn)生畸變異常,分析此異常在曲線的部位即可確定土洞埋深及范圍[7~9]。動(dòng)力觸探技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用極為廣泛,是一種主要的原位測試方法,其優(yōu)點(diǎn)是快速、經(jīng)濟(jì),能連續(xù)測試土層,且操作簡單,適應(yīng)性較強(qiáng)。本次勘察使用動(dòng)力觸探的目的是對探地雷達(dá)和瑞雷波初步確定的異常地帶進(jìn)行土的性質(zhì)測定,甄別真假異常,測試并估算軟弱土層地段的承載力,供設(shè)計(jì)部門參考。2 數(shù)據(jù)處理及解釋技術(shù)2.1 雷達(dá)探測干擾異常的識別現(xiàn)場周圍各種電磁性干擾在時(shí)間剖面上形成的異常波組較明顯,其主要特征是呈比較規(guī)則的
4、弧形狀,強(qiáng)振幅,常伴有多次反射。干擾異常,一是由分段探測時(shí)相鄰施工段豎起的鋼管、鋼筋墻等鐵器引起的,這一類最常見;二是由送料槽、抽水泵及其供電電纜、高壓線等電磁性物質(zhì)引起的。如圖1所示為橫過探測現(xiàn)場的高壓線引起的弧型異常。圖1 雷達(dá)圖像拱形異常及干擾特征2.2 雷達(dá)探測物探異常的拾取就本工區(qū)而言,主要有2種類型:3拱形低能量異常,該異常在探地雷達(dá)時(shí)間剖面上呈凹陷狀,反射波能量顯著降低,電磁波頻率相應(yīng)下降,有明顯的續(xù)至波顯示。推斷該異常為淺部軟弱土層的綜合反映(圖1)。(2)雙曲線形異常,該異常與干擾引起的弧形異常不同(圖2),其主要圖像特征是在異常中心反射波能量明
5、顯降低,有明顯的多次反射,反映地層的同相軸在異常中心處錯(cuò)斷,而異常中心兩側(cè)反射波的能量強(qiáng),同相軸連續(xù),異常分布范圍較窄。后經(jīng)動(dòng)力觸探驗(yàn)證,推斷該異常是由土洞引起。圖2 雙曲線形異常雷達(dá)圖像2.3 瑞雷波法數(shù)據(jù)處理流程及異常特征瑞雷波法的數(shù)據(jù)處理主要經(jīng)過如下流程:切除干擾波→拾取面波→譜分析→頻散曲線計(jì)算→頻散曲線打印→正、反演計(jì)算→層位劃分→動(dòng)參數(shù)計(jì)算→計(jì)算機(jī)成圖→成果解釋。從各頻散曲線上看,同一剖面的相鄰點(diǎn)曲線形態(tài)具有較好的相似性,瑞雷波速度vR一般在170~250m/s范圍內(nèi)。頻散曲線存在多個(gè)分層拐點(diǎn),相鄰測點(diǎn)之間拐點(diǎn)對應(yīng)深度可水平方向追溯。部分測點(diǎn)出現(xiàn)了分層
6、波速顯著下降的拐點(diǎn),單支頻散曲線在拐點(diǎn)處明顯的錯(cuò)斷、不連續(xù),如圖3所示。圖3 瑞雷波法曲線異常2.4 輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)(DPT)先用輕便鉆具鉆至試驗(yàn)土層,然后對所需試驗(yàn)土層(探地雷達(dá)與瑞雷波法初步確定的異常部位)連續(xù)進(jìn)行觸探。穿芯錘落距為50cm,使其自由下落,將探頭豎直打入土層中,每打入土層30cm的錘擊數(shù)即為N10。據(jù)廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院大量的統(tǒng)計(jì)資料研究表明,廣州地區(qū)一般粘性土和新近沉積粘性土輕型動(dòng)力觸探N10與粘性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk的關(guān)系式為[10]fk=24+4.5N10 據(jù)驗(yàn)證證實(shí),應(yīng)用探地雷達(dá)與瑞雷波法初步確定的13個(gè)異常地段,有10個(gè)地段在相應(yīng)的
7、部位承載力介于65~114kPa,承載力明顯偏低于正常地段,需做工程處理。另據(jù)開挖等方式驗(yàn)證,其余3個(gè)異常地段在相應(yīng)深度部位為夾砂的不均勻體。3 勘察方法綜合評價(jià)在本次探測中探地雷達(dá)與瑞雷波法探測技術(shù)很好地發(fā)揮了優(yōu)勢互補(bǔ)。在地表有淺積水或水泥板的地方,檢波器較難插入地表,與地表的耦合性較差,或者當(dāng)附近施工機(jī)械的振動(dòng)干擾較強(qiáng)時(shí),瑞雷波探測的施測難度都較大,而探地雷達(dá)探測受地表普通介質(zhì)或振動(dòng)的影響較小。另一方面,地表及周圍的電磁性物質(zhì)對探地雷達(dá)探測時(shí)的影響較大,對瑞雷波法卻幾乎沒有影響。對地基淺部地質(zhì)隱患,探地雷達(dá)與瑞雷波法均能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并圈出異常。由于雷達(dá)波在濕的砂
8、粘土中衰減