淺談城市地鐵巖土工程勘察的新技術(shù)

何 云

(西咸新區(qū)軌道交通投資建設(shè)有限公司，陜西 西安 710054)

1 城市地鐵巖土工程勘察概述

在上世紀(jì)50年代至80年代，北京地鐵1號線在勘察的過程中，逐步開始對相關(guān)的工程勘測技術(shù)進(jìn)行使用，還為后續(xù)天津,廣州,上海等城市地鐵建設(shè)的巖土工程勘察工作打下了堅實的基礎(chǔ)。上世紀(jì)80年代到上世紀(jì)末，由于各主要城市進(jìn)行地鐵建設(shè)，在此過程中累積了大量的地鐵巖土工程勘察的技術(shù)和經(jīng)驗。依照這些經(jīng)驗，國家逐步開始對巖土勘察的工作進(jìn)行規(guī)范，使土壤地鐵巖土勘察工作更為標(biāo)準(zhǔn)化。城市地鐵巖土工程勘察任務(wù)如下。

1.1 對實際土層的“反算”

所謂“反算”就是勘察隊伍要對需要勘察的地區(qū)進(jìn)行必要的檢測，然后根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的推論。將得出的結(jié)論與當(dāng)?shù)氐那闆r進(jìn)行比較，如果大致符合的話，就證明實驗的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，在勘察中能夠發(fā)揮作用，就可以進(jìn)行之后的建設(shè)施工工作。如果得出的結(jié)論和現(xiàn)場的實際情況不符，就需要選擇其他的勘測手段和技術(shù)方法。

1.2 對土層病害的預(yù)測

巖土工程病害產(chǎn)生的原因復(fù)雜多樣，這就需要對巖土工程勘察的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析，才能對土層將要發(fā)生的病害進(jìn)行必要的預(yù)測。例如，條形基礎(chǔ)的房屋建筑墻體開裂，導(dǎo)致其發(fā)生的原因可能有：地基沉降不均或地基處理不滿足設(shè)計要求，基坑維護(hù)不合理等。因此，只有對這些可能導(dǎo)致病害的原因進(jìn)行全面了解，并根據(jù)勘察的數(shù)據(jù)來對其深入分析，才能達(dá)成對巖土病害的預(yù)測

1.3 取得工程設(shè)計的必要參數(shù)

巖土工程勘察是為設(shè)計服務(wù)的基礎(chǔ)專業(yè)，分不同階段通過地質(zhì)測繪，勘探，原位測試，室內(nèi)實驗等巖土工程勘察方法方式，研究，評價建設(shè)場地的工程地質(zhì)條件，并從巖土工程角度、結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗與工程經(jīng)驗為設(shè)計專業(yè)提供不同條件下的處理建議或意見。如地質(zhì)構(gòu)造，巖土分層，不良地質(zhì)作用，水文地質(zhì)特征與發(fā)育情況，巖土力學(xué)參數(shù)，以及其他規(guī)范所要求的數(shù)據(jù)資料等。為設(shè)計專業(yè)的設(shè)計質(zhì)量提供切實可靠的基礎(chǔ)資料保障。

2 當(dāng)前城市地鐵巖土工程勘察過程中應(yīng)用的新技術(shù)

2.1 數(shù)字化勘察技術(shù)分析

2.1.1 BIM建模技術(shù)

bim技術(shù)主要是通過三維地質(zhì)插件、Revit2016和通用勘察軟件等形成模型，并且不斷的優(yōu)化三維地質(zhì)建模插件，最終讓模型與現(xiàn)實較為接近，比如說在上海某地鐵線路進(jìn)行巖土工程勘察的過程中，就使用了bim技術(shù)。這種技術(shù)讓該地鐵巖土工程勘察的效率進(jìn)一步提高。由此可見在巖土工程勘察項目當(dāng)中，對bim技術(shù)進(jìn)行有效的使用具有非常大的意義。

2.1.2 巖土三維勘察設(shè)計系統(tǒng)

巖土三維勘察設(shè)計系統(tǒng)主要是Itas CAD系統(tǒng)。Itas CAD系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中主要通過以Micro Station為基礎(chǔ)操作界面,集成了很多其他插件，可以實現(xiàn)可視化、運(yùn)算和預(yù)警能力、動態(tài)化的展示,與此同時還可以有效地借鑒Itasc系統(tǒng)的相關(guān)經(jīng)驗。 Itas CAD系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中具有很強(qiáng)的地質(zhì)三維建模能力,符合當(dāng)前的使用需要，與此同時在工作的過程中，它的工作模塊很多，主要有數(shù)據(jù)信息管理模塊，三維建模和數(shù)據(jù)分析模塊，輔助繪圖模塊，查詢統(tǒng)計以及計算分析等諸多功能，符合勘測應(yīng)用的環(huán)境。 比如說,杭州市在地鐵巖土工程勘察的過程中就使用了該系統(tǒng)，巖土三維勘察設(shè)計系統(tǒng)在使用的過程中進(jìn)行了三維地層建模,取得了較好的效果。

2.2 勘察測試過程中的新技術(shù)分析

2.2.1 瞬態(tài)平面熱源技術(shù)分析

瞬間平面熱源技術(shù)主要指的是通過瞬間平面熱源儀器來完成地鐵巖土工程勘察的工作，首先需要保證瞬間平面熱源儀器的探頭功率恒定，探頭的電阻會由于溫度的升高而出現(xiàn)一定的變化，在電阻變化的過程中可以對電阻探頭電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)變，這時探頭會在樣品當(dāng)中產(chǎn)生一個溫度場，而溫度場并不穩(wěn)定，在此溫度條件下可以加熱樣品。瞬態(tài)平面熱源儀器會對探頭的溫度變化進(jìn)行記錄，這樣就可以利用樣品的溫度變化率對熱物理指標(biāo)進(jìn)行探測。比如說在天津地鐵勘測的過程中就使用了這種技術(shù)，這種技術(shù)在使用的過程中不單單能夠為使用者提供非常準(zhǔn)確的參數(shù)，還能夠提高工作效率節(jié)省，大量工作時間。

2.2.2 井間電磁波CT探測技術(shù)分析

井下電磁波CT技術(shù)主要通過無線電波來勘測地質(zhì)體的情況，可以成像，可以對破碎帶和巖溶的形態(tài)、位置、空間分布等情況進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄。

在操作的過程中首先在兩個鉆孔當(dāng)中分別設(shè)定接收和發(fā)射的頻率，設(shè)定在0.5～32MHz之間，接著對個深度區(qū)域的相應(yīng)場景進(jìn)行記錄，做好反演工作，對兩個鉆孔之間的介質(zhì)電磁波吸收系數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，最后通過相關(guān)數(shù)據(jù)對破碎帶和孔間巖溶的形態(tài)，空間分布位置等情況進(jìn)行確認(rèn)。比如說在昆明地鐵巖溶區(qū)勘探的過程中就使用這種技術(shù)，這種技術(shù)在地下溶巖勘查的過程中具有較好的效果。

2.2.3 跨孔地震CT探測技術(shù)分析

跨孔地震CT探測技術(shù)主要通過地震波來分析地質(zhì)體的情況，對洞穴發(fā)育的情況進(jìn)行勘測，首先地震波在第一孔中發(fā)射，并且通過檢波器接收第二孔當(dāng)中獲得的電波，接著地震記錄儀會對相關(guān)數(shù)據(jù)信息及時記錄并作出保存。與此同時需要有效的處理分析相關(guān)數(shù)據(jù)，接著疊加地震波傳播路徑，最后對地震波進(jìn)行分析，通過這樣的方式可以有效的對巖基巖深度范圍當(dāng)中的兩孔之間測線上巖體的洞穴發(fā)育情況進(jìn)行準(zhǔn)確的了解。在無錫地鐵1號線建設(shè)的過程中，就使用了這種技術(shù)來進(jìn)行巖溶區(qū)勘察，獲得了較好的效果，由此可以發(fā)現(xiàn)通過跨孔地震CT探測技術(shù)能夠有效的探測地下巖溶的情況，應(yīng)用前景非常廣闊。

2.2.4 地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)分析

地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)主要是對高頻電磁波進(jìn)行發(fā)射來對地下介質(zhì)分布的情況進(jìn)行勘測，首先因為地質(zhì)雷達(dá)能夠?qū)Πl(fā)射天線進(jìn)行移動，并且對地下進(jìn)行高頻電磁波的發(fā)射，由于物理當(dāng)中電磁波會在不同電性界面產(chǎn)生反射。在此過程中反射天線同步工作的接收天線會對這些電磁波進(jìn)行接收，準(zhǔn)確的將其記錄下來，了解反射電磁波的振幅、波長以及所需的時間，通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析方法，能夠有效的對主機(jī)中地下斷面的掃描圖像進(jìn)行展示，最后通過仔細(xì)識別和對比，可以對地下介質(zhì)的分布情況進(jìn)行準(zhǔn)確的了解。比如說青島地鐵1號線的勘察項目就對這種技術(shù)進(jìn)行了使用，可以發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)在地鐵巖土工程勘察過程中具有很好強(qiáng)的適應(yīng)性。

2.2.5 鉆孔電視成像技術(shù)分析

鉆孔電視成像技術(shù)主要是通過鉆孔電視成像儀來對地鐵巖石工程勘查工作進(jìn)行分析。在此過程中，鉆孔電視成像儀主要是通過絞車，連接線，高清攝像探頭，主機(jī)等共同組成。首先通過電纜在井下放入高清攝像探頭，接著通過探頭的后置光源進(jìn)行照射，并且采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過電腦進(jìn)行相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換，接著將這些數(shù)據(jù)通過電纜來完成傳輸，通過相關(guān)軟件和硬件設(shè)備向使用者的顯示屏當(dāng)中傳入數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確的對探頭探測區(qū)域的實時圖像進(jìn)行觀察，比如說在武漢地鐵相關(guān)項目勘測的過程中就使用了這種技術(shù)。這種技術(shù)能夠在地鐵巖溶勘察的過程中。獲得較好的效果。

2.2.6 綜合物探技術(shù)分析

綜合物探技術(shù)主要是通過兩種或兩種以上的方式進(jìn)行物探操作，了解地鐵巖土工程勘察。比如說在深圳地鐵16號線當(dāng)中就使用了管波探測和跨孔彈性波CT共同結(jié)合的方式進(jìn)行勘測，這樣的方式能夠有效的將單一物探技術(shù)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的局限性解決，還能夠為后續(xù)的城市地鐵建設(shè)提供相應(yīng)的經(jīng)驗積累。

3 結(jié) 語

城市地鐵沿途勘測工作非常復(fù)雜，具有較高的專業(yè)性，而地鐵巖土工程勘測技術(shù)是將地鐵工程建設(shè)過程中巖土層出現(xiàn)問題及時發(fā)現(xiàn)，并且進(jìn)行解決的重要方式，所以一定要對地鐵巖土工程勘測的各種技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，吸收國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗，不斷的與實際情況相結(jié)合，只有如此才能保證我國巖土工程勘測的水平進(jìn)一步提高。