軌道交通典型障礙物物探定位研究

徐良，張洋，李偉，趙捷

（1.常州市測繪院，江蘇常州 213002； 2.江蘇省地質礦產局第二地質大隊，江蘇常州 213002）

軌道交通典型障礙物物探定位研究

徐良1*，張洋1，李偉2，趙捷1

（1.常州市測繪院，江蘇常州 213002； 2.江蘇省地質礦產局第二地質大隊，江蘇常州 213002）

為準確測定地下樁基、橋梁基礎的位置及深度，保障城市軌道交通建設的順利進行，以常州軌道交通1號線小廟路橋橋梁基礎為例，采用三種物探方法對橋梁基礎位置進行探測，并結合測量技術精準測定其位置，為常州市軌道交通設計和施工提供了基礎保障，有效解決了工程遇到的問題。

軌道交通；物探；橋梁基礎；位置

1　引 言

城市空間建筑密度大，道路密集，地下管網錯綜復雜，更有許多老的樁基、橋梁基礎等建構筑物在城市更新的過程中遺留在地下［1］。這些地下障礙物的存在導致城市軌道交通盾構條件非常苛刻，盾構的掘進區間往往緊貼著地下障礙物，給城市軌道交通建設造成了困難，也對城市軌道交通障礙物物探調查提出了更高的要求［2，3］。

在城市軌道交通某些關鍵節點，設計上需要準確確定地下障礙物的位置、深度，以便進行精準設計，在極端的條件下為盾構貫通創造條件。這就需要物探調查采取多手段、多方法進行相互驗證，然后結合精確定位測量技術得出障礙物的準確位置信息，從而保障城市軌道交通順利有序的進行。

2　物探方法介紹

2.1地質雷達探測法

地質雷達法通過特定儀器向地下發送脈沖形式的高頻、甚高頻電磁波，當電磁波在介質中傳播時遇到存在電性差異的地下目標體，如空洞、分界面等時，便發生反射，返回到地面后由接收天線接收［4］。通過對接收到的波進行處理和分析，根據其波形、雙程時間、強度等參數即可推斷地下目標體的空間位置、幾何形態、結構及電性，從而達到對地下隱蔽目標物的探測。它是觀測、研究大功率高頻電磁脈沖在地下電性界面上產生的回波特性的工程電法勘探方法，具有快速、高效、準確、成本低、無破壞等優點。

2.2地震映像探測法

地震映像探測法是在地面或水面上以小偏移距激發與接收地震信號，逐步移動觀測點，對地下地層或地下目的物進行連續掃描，是一種能適應各種工作環境、簡易、快速的工程物探勘查方法。它的野外施工操作方法類似于地質雷達法，但其勘探深度遠遠大于地質雷達法［5，6］。通過對比總結，可知該方法具有以下優點:①數據采集方法簡單，共偏移距單道（或2道～3道）采集，需要2人～3人施工操作即可，工作效率較高；②采用小偏移距、小道距采集，受地形影響很小，因此適用于各種復雜的工作環境；③在近震源的面波區采集，錘擊震源即可采集到能量較強的彈性波；④和常規地震勘探中的反射波法和折射波法不同，可對地下三度體進行探測，能解決常規地震勘查方法解決不了的問題；⑤主要應用彈性波的動力學特征對波場進行解釋，資料處理過程簡單［7］。

2.3高密度電法

高密度電法是以巖、土導電性的差異為基礎，研究人工施加穩定電流場的作用下地下傳導電流分布規律的一種電探方法。它綜合了電測深法和電剖面法的特點，既可通過調整極距的大小，同時測量地質環境中不同深度、不同位置處電阻率分布規律，也可通過調整單位極距大小，實現淺層地質高分辨率測量［8］。因此，概括起來該方法具有以下優點:①電極數量多，且可一次性完成電極布置，減少了因電極設置而引起的故障和干擾；②數據測量和采集自動化程度高，減少工作量，提高工作效率；③可實現溫納、微分、偶極等多種排列裝置測量功能；④可視化程度較高，能實時顯示被測地質斷面視電阻分布規律；⑤可使用相關軟件將測量數據自動繪制成彩色的2D或3D地質斷面圖，顯示結果更為直觀。總體而言，高密度電法是一種效率高、信息豐富、成本低的綜合電法勘探法。

3　工程實例

在常州市軌道交通1號線軌道線路中，有一處歷史遺留老橋，現狀為城市主干道，原有的河流被填埋，但在道路改造時橋梁基礎遺留在了地下，如圖1所示。此處盾構雙線掘進，設計兩盾構外側間距為22.10 m，為保證盾構能無障礙通過，需準確測定老橋兩側橋臺基礎的精確位置。

圖1　橋梁影像圖及平面圖

圖2　測線布置圖

為準確探測小廟路橋橋臺邊界位置，采用地質雷達探測、地震映像探測、高密度電法三種方法布設了如圖2所示的雷達測線23～27、映像測線3和高密度電法測線3。通過對三種探測方法的結果進行對比分析，得出小廟路橋橋臺邊界的精確位置，從而保障盾構雙線掘進的順利進行。

3.1地質雷達探測

地質雷達探測采用EKKO PRO型探地雷達，選用100 MHz雷達天線探測，并選用200 MHz雷達天線進行復核。選取測線24進行舉例說明，測線24長度為33.0 m，測線方向如圖3所示，采集方式為等間距點采集，點距為0.1 m，采集時窗100 ns。通過實驗得到雷達測線24的GPR探測剖面如圖3所示。

圖3　GPR探測剖面及解釋成果

從圖3我們可以看出，在測線8.5 m、23 m處存在半支明顯的繞射弧，其余地方均無此現象發生。橋臺基礎主要為鋼筋混凝土等，其內部的填充物和密實度等均與周圍地層差異較大，因此它們的介電常數也不同，雷達天線向地下發射電磁波時，電磁波在橋臺和地層這兩種不同介質的界面處發生反射，再結合現場調查資料，確定8.5 m、23 m這兩處為小廟路橋橋臺邊界所在位置。

3.2地震映像探測

地震映像探測采用SWS-7S型多功能地震儀，選用28 Hz垂直地震檢波器接收，偏移距1.0 m，采集點距0.2 m，震源采用錘擊方式。將野外測試所獲得的地震波記錄進行回放、編輯整理，通過濾波、增益等一系列處理后，得到探測成果剖面如圖4所示。

圖4　地震映像探測剖面及解釋成果

由圖4可以看出，地震映像剖面上第21道（即測線4.0 m的位置）～第101道（即測線 20.0 m的位置）之間的反射波組與兩側的反射波組形態差異較大，分析原因主要為橋臺處介電常數與周圍地層差別變化，反射波發生異常。因此在測線4.0 m～20 m處存在較為明顯的分界面。結合現場情況分析，確定測線4.0 m和20.0 m處為小廟路橋兩側橋臺邊界的位置。

3.3高密度電法探測

高密度電法探測采用WGMD-9型高密度電法儀，電極距1.0 m，測線長度30.0 m，采用180 V直流電壓供電，排列方式為溫納排列。野外采集數據經過分析、反演后，得出斷面圖如圖5所示。

圖5中，通過對物探數據分析，在測線 9.0 m、25.0 m處電阻率明顯比背景環境電阻率高，達到2 000 Ωm以上，電阻率在此處發生高阻異常。電阻率在地下發生異常，故推斷此異常是由地下橋臺基礎引起的，再結合已有地質資料情況分析，確定上述兩處為小廟路橋橋臺邊界所在位置。

圖5　地震映像探測剖面及解釋成果

3.4小結

通過三種不同物探方法相互驗證，我們最終確定了橋臺邊界的實地準確位置。經現場采用精密定位測量儀器徠卡TM30（測距精度 0.6 PPm+1 mm測角精度:±0.5″）對物探確定的橋臺邊界位置進行坐標采集，最終在設計圖紙上準確標定該橋臺邊界位置，如圖6所示，該結果為軌道交通設計和施工提供了翔實的參考依據。

圖6　小廟路橋橋臺邊界位置示意圖

4　結 論

（1）在城市復雜地帶開展障礙物調查一定要采取多種手段相互驗證。單一的物探方法有其原理的局限性。

（2）物探方法只能現場確定障礙物的最或是位置，還必須結合專業的測量手段，才能將物探確定的障礙物位置準確標定到設計圖紙。

（3）多原理的物探手段和先進的測繪技術結合，能精確標定地下障礙物的位置、埋深等信息，為城市軌道交通等地下工程提供更科學的技術支持。

［1］潘瑞林.物探在城市軌道交通勘察中的應用及發展［J］.鐵道勘察，2015（4）：27～31.

［2］劉傳逢，張云霞.物探技術在城市地下空間開發中的應用［J］.城市勘測，2015（2）：168～172.

［3］CJJ7-2007.城市工程地球物理探測規范［S］.

［4］唐揚.物探技術在地鐵項目勘察中的綜合應用［J］.市政技術，2015（5）：111～113，116.

［5］肖順，張永命，任建平.地震映像法在超深管線探測中的應用［J］.城市勘測，2014（1）：170～172.

［6］林萬順，張琦偉，汪德云等.物探技術在南水北調下穿北京五棵松地鐵工程中的試驗研究［J］.工程勘察，2011 （3）：86～91.

［7］占文鋒，王強，賀學海.綜合物探技術在跨地鐵建筑場地地基勘察中的應用［J］.施工技術，2015（7）：55～59.

［8］孫中科，章飛亮.物探測井技術在南寧地鐵勘察中的應用分析［J］.中國西部科技，2014（2）：24～26.

The Study of Geophysical Prospecting Orientation for Rail Transit Typical Obstacle

Xu Liang1，Zhang Yang1，Li Wei2，Zhao Jie1
（1.Changzhou Surveying&Mapping Institute，Changzhou 213002，China；2.The 2nd Geological Brigade of Jiangsu Geology&Mineral Exploration Bureau，Changzhou 213002，China）

In order to measure the location and depth of underground pile foundation and bridge foundation accurately，ensure the smooth operation of the urban rail transit.Xiao miao lu bridge foundation of changzhou rail transit Line 1 was taken as an example，it was detected with three geophysical prospecting methods and was measured its location combined with the measurement technology.The results provide the basis for design and construction of changzhou urban rail transit，which can solve the engineering problems effectively.

rail transit；geophysical prospecting；bridge foundation；location

1672-8262（2016）04-168-04

P631

B

2016—04—22

徐良（1976—），男，高級工程師，主要從事城市規劃測量及監測等技術工作。

住房和城鄉建設部軟科學研究項目研究開發項目（K82013165）