綜合物探法在常州軌道交通2號(hào)線的應(yīng)用

胡導(dǎo)云，潘伯鳴，張洋

(1.常州市軌道交通發(fā)展有限公司，江蘇 常州 213022； 2.常州市測繪院，江蘇 常州 213002；3.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

1 引 言

軌道交通是城市公共交通的重中之重，由于其施工的特殊性，往往在盾構(gòu)施工過程中緊貼城市建筑物的樁基、橋梁基礎(chǔ)等地下障礙物。如何能準(zhǔn)確測定地下障礙物的埋深、位置、輪廓，為軌道交通提供便利的盾構(gòu)施工條件則顯得尤為重要。

常州軌道交通2號(hào)線在地下穿越了城市建筑的密集區(qū)域，穿越區(qū)域存在著大量地下障礙物，嚴(yán)重威脅著軌道交通的施工安全，采用單一物探方法可能會(huì)導(dǎo)致地下障礙物探測定位的不準(zhǔn)確。為保證軌道交通工程施工的安全性及準(zhǔn)確性，根據(jù)該工程的實(shí)際情況，采取多手段、多方法的物探技術(shù)進(jìn)行相互驗(yàn)證[1]，再結(jié)合精確定位的測量技術(shù)確定地下障礙物的精準(zhǔn)位置，為盾構(gòu)掘進(jìn)提供優(yōu)良條件。

2 項(xiàng)目背景

常州軌道交通2號(hào)線為東西方向布設(shè)，穿越了常州鐘樓區(qū)、天寧區(qū)和經(jīng)開區(qū)，全線包含地下車站共有14座，高架車站1座。地下線路長度為18.2 km，高架段長 1.2 km。沿線穿越多條城市主干道路和高架路、滬寧城際鐵路、京杭運(yùn)河等交通樞紐地區(qū)，兩側(cè)高樓林立。因?yàn)楣こ讨饕獮榈叵露軜?gòu)施工，所以查明軌道交通沿線下穿的建筑物地下基礎(chǔ)以及地下建(構(gòu))筑物等影響工程設(shè)計(jì)、施工的地下障礙物，包括建筑物、橋梁、涵洞、駁岸、碼頭等基礎(chǔ)及地下停車場、隧道等建(構(gòu))筑物就顯得尤為必要。

3 物探原理及方法

常州市軌道交通2號(hào)線場地處于長江三角洲太湖沖積平原，地形較為平坦，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較穩(wěn)定，沿線地層自上而下的分布情況主要為填土、素填土、粉質(zhì)黏土、黏土、粉砂等。地層以下除地表為雜填土之外，下伏地層多為黏土層，而本次探測的主要地下障礙物為地下建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)，其密度、縱波波速、橫波波速、介電常數(shù)等物理性質(zhì)參數(shù)與周圍的土層差異顯著，這些差異就是采用物探技術(shù)測定地下障礙物的基礎(chǔ)與前提條件[2]。各種主要介質(zhì)的物性參數(shù)如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)不同介質(zhì)的物性差異十分明顯。

各種介質(zhì)物性參數(shù)表 表1

由于城市軌道交通盾構(gòu)施工條件非常苛刻，在施工前必須充分地收集相關(guān)的建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)資料。在此基礎(chǔ)上，通過技術(shù)試驗(yàn)，選擇地質(zhì)雷達(dá)、地震映像及高密度電法等方法進(jìn)行探測工作，通過綜合物探方法進(jìn)行對(duì)比及相互佐證[4]，能夠提高地下障礙物探測結(jié)果的可靠性。通過高精度的測量定位，能夠精確標(biāo)定地下障礙物的位置，為軌道交通工程設(shè)計(jì)方案的最終確定提供數(shù)據(jù)資料，也為地下施工制訂相關(guān)保護(hù)和避讓措施提供依據(jù)。

4 工程實(shí)例分析

常州市軌道交通2號(hào)線沿線穿越多處地表水體，如市河、南運(yùn)河、古運(yùn)河等。為保證軌道交通施工能無障礙通過，需準(zhǔn)確探測地表水體箱涵的邊界位置。以市河箱涵邊界探測為例，采用地質(zhì)雷達(dá)探查法測定箱涵邊界位置，輔以高密度電法、地震映像法，并結(jié)合現(xiàn)場測量和鉆探驗(yàn)證綜合判定箱涵邊界位置，從而保障盾構(gòu)施工掘進(jìn)的順利進(jìn)行。

為探測市河箱涵邊界位置，如圖1所示布置了雷達(dá)測線32～34、地震映像測線11和高密度測線2。

圖1 測線布置圖

4.1 地質(zhì)雷達(dá)探測法

采用EKKO PRO型探地雷達(dá)向地下發(fā)送脈沖形式的高頻、甚高頻電磁波，當(dāng)電磁波在傳播時(shí)遇到存在電性差異的地下空洞、分界面等便發(fā)生反射[5，6]，返回至地面后選用 100 MHz雷達(dá)天線接收，再對(duì)波進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而推斷箱涵邊界的具體位置。其中雷達(dá)測線33，長度 26.6 m，測線方向如圖1所示，采集方式為等間距點(diǎn)采集，點(diǎn)距 0.10 m，采集時(shí)窗 140 ns。雷達(dá)測線33的GPR探測剖面如圖2所示。

圖2 GPR探測剖面及解釋成果

圖2中，在測線8.8m、16.8m處存在半支明顯的繞射弧，因箱涵主要由鋼筋混凝土等構(gòu)成，其介電常數(shù)與周圍地層差異較大[7]，當(dāng)雷達(dá)天線發(fā)射的電磁波遇到箱涵和地層這兩種不同介質(zhì)時(shí)即發(fā)生反射，同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場情況分析，確定 8.8 m、16.8 m為箱涵邊界位置。

4.2 地震映像探測法

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(diǎn)距 0.3 m，震源采用錘擊方式。將現(xiàn)場儀器測量得到的地震波記錄進(jìn)行回放、編輯整理、濾波、增益等處理后[6]得到探測成果剖面如圖3所示。

由圖3可以看出，地震映像剖面上第47道(即測線 13.8 m的位置)至第71道(即測線 21.0 m的位置)之間的反射波組與兩側(cè)的反射波組形態(tài)差異較大，存在較為明顯的分界面。結(jié)合現(xiàn)場情況分析，確定測線 13.8 m和 21.0 m處為箱涵兩側(cè)邊界的位置。

圖3 地震映像法剖面及解釋成果

4.3 高密度電法

采用WGMD-9超級(jí)高密度電法儀，以巖、土導(dǎo)電性的差異為基礎(chǔ)，綜合電測深法和電剖面法的特點(diǎn)，通過調(diào)整極距的大小，測量地質(zhì)環(huán)境中不同深度、不同位置處電阻率分布規(guī)律[8]。測點(diǎn)間距 0.5 m，測線總長度 59.5 m。將外業(yè)采集到的電阻率剖面進(jìn)行處理后，得到探測成果剖面如圖4所示。

圖4 高密度電法探測剖面及解釋成果

從圖4可以看出，高密度探測成果圖剖面上 29.0 m～36.5 m處，存在較為明顯的高阻區(qū)域，結(jié)合現(xiàn)場情況分析，確定該處為箱涵位置，與其他兩種方法的探測結(jié)果一致。

4.4 小結(jié)

采用了以上介紹的多種物探方法進(jìn)行互相的驗(yàn)證，并經(jīng)綜合分析、調(diào)查資料和測量定位，最終確定了箱涵邊界的準(zhǔn)確位置。同時(shí)，探測工作由點(diǎn)到面，逐步準(zhǔn)確獲取了線路影響區(qū)域內(nèi)的所有地下障礙物情況，為常州市軌道交通2號(hào)線的設(shè)計(jì)和施工提供了翔實(shí)的參考依據(jù)。

現(xiàn)場采用精密定位測量儀器對(duì)物探確定的箱涵邊界位置進(jìn)行精確的平面和高程定位。軌道交通2號(hào)線盾構(gòu)施工下穿該箱涵期間，對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，并對(duì)箱涵進(jìn)行了加密監(jiān)測。實(shí)踐表明盾構(gòu)能順利下穿該箱涵，下穿過程中箱涵和周邊環(huán)境未發(fā)生明顯位移和沉降。

5 結(jié) 論

單一的物探方法確定地下障礙物的具體位置往往有其原理的局限性，因此，在城市建筑物密集地帶開展障礙物探測一定要采取多種方法相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，能精準(zhǔn)確定其具體位置、埋深等信息。常州市軌道交通2號(hào)線地下障礙物探測工程充分結(jié)合了多種物探方法的優(yōu)點(diǎn)，有效查明了軌道交通線路沿線的地下障礙物，為地鐵施工提供了有力保障。