探地雷達在承壓水條件下盾構(gòu)進出洞環(huán)箍注漿質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

周雪蓮

上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200433

隨著地下工程向著越來越深的方向發(fā)展，深層承壓水的突涌風(fēng)險成為了工程建設(shè)期間的突出問題。在近年來的地下工程建設(shè)中，出現(xiàn)的重大險情和安全事故，大部分都跟承壓水有直接關(guān)系。地下工程建設(shè)技術(shù)一直在進步，經(jīng)驗一直在積累，但是對于深層地下承壓水的認識仍不足以確保工程建設(shè)的安全。

環(huán)箍注漿的實質(zhì)是當盾構(gòu)機位于加固土體中時，在管片外側(cè)進行二次注漿，漿液凝結(jié)硬化后充填加固體、盾構(gòu)外殼與管片之間的空隙，提供一定的承載力并起到穩(wěn)定管片襯砌的作用，同時可以與周圍加固土體或凍土形成環(huán)向封閉結(jié)構(gòu)，在承壓含水層盾構(gòu)進洞過程中有效防止?jié)B漏水沿著襯砌界面涌入盾構(gòu)機內(nèi)部。在實際工程中，針對承壓含水層盾構(gòu)進出洞襯砌環(huán)箍注漿效果及漿液在管片背后分布情況的研究較少[1-5]。本文結(jié)合實際工程案例，配合探地雷達無損探測技術(shù)對環(huán)箍注漿施工質(zhì)量進行檢測，為類似工程項目的實施提供借鑒。

1 工程概況

上海市軌道交通14號線12標陸家嘴站—浦東南路站區(qū)間上行線起始里程為SK22＋359.532，終點里程為SK23＋200.980，上行線隧道長度841.448 m；下行線起始里程為XK22＋372.932，終點里程為XK23＋199.572，下行線隧道長度838.149 m。區(qū)間隧道縱坡為“V”字坡，坡度為2.8%，隧道頂部埋深14.8～22.8 m。陸家嘴站—浦東南路站區(qū)間采用2臺盾構(gòu)機，從浦東南路站西端頭井始發(fā)，掘進至陸家嘴站西端頭井接收（圖1）。

圖1 陸家嘴站—浦東南路站區(qū)間平面

盾構(gòu)機外徑6 760 mm，管片外徑6 600 mm，管片厚度35 mm，每環(huán)寬1.2 m。

2 工程重難點

本區(qū)間盾構(gòu)進洞掘進范圍內(nèi)涉及土層為⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉質(zhì)黏土、⑥暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土（圖2），具有明顯的觸變、流變特性，在盾構(gòu)掘進時土體結(jié)構(gòu)極易被破壞，同時會有一定的回彈變形。盾構(gòu)推進時應(yīng)注意控制施工速度，避免對土體產(chǎn)生過大的擾動，以減少施工后的沉降和不均勻沉降。同時，距離承壓含水層⑦層較近，易造成涌水涌砂事故，使盾構(gòu)進出洞面臨高承壓水滲漏風(fēng)險。

圖2 陸家嘴站—浦東南路站區(qū)間地層剖面

3 施工工藝

3.1 物探原理

探地雷達是利用高頻電磁波的反射來探測有電性差異的界面或目標體的一種非破壞性的物探技術(shù)，即通過發(fā)射天線發(fā)射入射波，隨后接收天線進行反射波接收，通過對反射波進行處理形成圖像后，結(jié)合地球物理解釋模型等判定界面或目標體的性質(zhì)（圖3）。

圖3 雷達探測時電磁波傳播示意

3.2 物探設(shè)備

為達到最佳的檢測效果，本次采用RTS（實時采樣）和HDR（高動態(tài)范圍）新技術(shù)雙頻探地雷達——CrossOver CO1760。本次所檢隧道管片混凝土厚度為35 cm，考慮分辨率需求及操控方便等因素，采用50～100 MHz屏蔽天線進行試驗探測。

3.3 測線布設(shè)

本次試驗期間，隧道仍在掘進施工中，下部鋪設(shè)軌道及電瓶車通行，頂部有盾構(gòu)機專用高壓電纜、進漿及出漿管等設(shè)施，限制了測線的布置范圍。根據(jù)隧道現(xiàn)場情況及地質(zhì)條件，以盾構(gòu)進洞時681—683環(huán)（圖4）左右兩側(cè)A1、A3標準環(huán)作為雷達探測位置，并進行實時監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果采用如圖5所示的坐標系表示。

圖4 陸家嘴站—浦東南路站下行線加固示意

圖5 用于表示監(jiān)測結(jié)果的坐標系

3.4 檢測流程

1）環(huán)箍施工完畢48 h后，對漿液介電常數(shù)進行測定，將探地雷達架設(shè)50～100 MHz屏蔽天線，然后沿盾尾以外、管片內(nèi)側(cè)順序移動，連續(xù)測設(shè)，形成完整的環(huán)箍注漿探測圖像區(qū)域。

2）開啟探地雷達系統(tǒng)及軟件，進行數(shù)據(jù)收集和存儲，同時設(shè)置探測參數(shù)，進行探測圖像數(shù)據(jù)的導(dǎo)出及處理，室內(nèi)計算介電常數(shù)，分析各種異常情況的可能原因。

3）進行探測結(jié)果分析：管片材質(zhì)均勻，衰減緩慢，界面清晰，而環(huán)箍注漿加固體的介電常數(shù)為6.5～7.5，波速為0.5 m/ns，土層介電常數(shù)為35～37，波速為0.4 m/ns，不同土層引起不同程度的衰減；當出現(xiàn)連續(xù)的反射波界面，且反射界面明顯時，則表明有明顯的材質(zhì)分層現(xiàn)象。

4）整理探測結(jié)果報告，針對加固區(qū)空洞及滲漏水位置，標明并提出補充加固建議。

4 物探成果分析

4.1 檢測結(jié)果圖像

根據(jù)物探結(jié)果（圖6）可以清晰看見管片厚度為0.35 m，環(huán)箍注漿范圍與原狀土的反射界面存在明顯差異，注漿漿液經(jīng)過48 h凝結(jié)硬化后，形成均勻的環(huán)箍，厚度約為0.2 m，原狀土衰減差異明顯，內(nèi)部波長不一。可以根據(jù)以上檢測結(jié)果分析環(huán)箍注漿效果。

4.2 注漿厚度理論值

現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，同步注漿量為2.5 m3/環(huán)，環(huán)箍注漿量為7 m3/環(huán)，注漿壓力為0.2～0.3 MPa。經(jīng)計算，同步注漿后漿液外圈直徑為6.798 m，同步注漿厚度為0.099 m；環(huán)箍注漿后漿液外圈直徑為7.324 m，環(huán)箍注漿厚度為0.263 m。

圖6 檢測結(jié)果圖像

4.3 檢測結(jié)果分析

通過分析探地雷達檢測結(jié)果（圖7～圖9）可知：681環(huán)襯砌同步注漿厚度為0.16～0.25 m，最小值在A1環(huán)；682環(huán)襯砌同步注漿及環(huán)箍注漿厚度為0.45～0.65 m，最小值在A3環(huán)；683環(huán)襯砌同步注漿厚度為0.17～0.27 m，最小值在A1環(huán)。

圖7 681環(huán)襯砌同步注漿檢測結(jié)果示意

圖8 682環(huán)襯砌同步注漿及環(huán)箍注漿檢測結(jié)果示意

圖9 683環(huán)襯砌同步注漿檢測結(jié)果示意

4.4 注漿厚度結(jié)果對比

由于盾構(gòu)滲漏水一般發(fā)生在薄弱部位，因此取實際檢測值中的最小值進行對比分析。

1）同步注漿厚度。同步注漿厚度理論值約為0.09 m，實際值為0.16 m，則擴散率約為1.78（0.16/0.09）。

2）同步注漿及環(huán)箍注漿總厚度。注漿總厚度理論值為0.362 m，實際值為0.450 m，則擴散率約為1.24（0.450/0.362）。

由此可知，在承壓含水層中進行環(huán)箍注漿可以明顯降低漿液擴散率，進一步提高漿液的濃度，使得襯砌周圍形成厚厚的一層泥漿體，將襯砌與盾構(gòu)機之間、襯砌與周圍凍土之間的間隙有效填充，防止承壓水沿管片界面滲入盾構(gòu)機內(nèi)部，形成有效的“瓶塞”效應(yīng)。此外，通過環(huán)箍注漿可以有效彌補前期同步注漿過程中注漿厚度不足的情況。

5 實施效益

本文以上海市軌道交通14號線12標陸家嘴站盾構(gòu)進洞施工為例，通過對盾構(gòu)機盾尾后方區(qū)間范圍管片環(huán)箍注漿的專項檢測，可得出以下結(jié)論：

1）探地雷達檢測設(shè)備及檢測方法能夠?qū)λ淼拉h(huán)箍注漿質(zhì)量進行有效檢測，管片、注漿層（水泥砂漿層）和加固土層等各個電性反射界面清楚連續(xù)，探測深度和精度都能達到要求，效果良好，為施工質(zhì)量評判提供了科學(xué)依據(jù)。

2）將探地雷達檢測設(shè)備應(yīng)用于隧道盾構(gòu)的環(huán)箍注漿質(zhì)量檢測，可掌握襯砌與盾構(gòu)機之間、襯砌與周圍加固土間的間隙填充情況，判斷是否形成有效“瓶塞”效應(yīng)，防止承壓水沿管片界面滲入盾構(gòu)機內(nèi)部。

3）探地雷達技術(shù)可以進行環(huán)箍注漿質(zhì)量的無損檢測，不僅受環(huán)境影響小，而且能保證施工質(zhì)量。

6 結(jié)語

從市政施工長遠來看，深層地下空間開發(fā)必將成為一種趨勢，而當下上海市已有多個深層地下施工項目面臨高承壓水下盾構(gòu)進出洞問題。通過不斷完善探地雷達無損探測技術(shù)并將其應(yīng)用于盾構(gòu)進出洞環(huán)箍注漿質(zhì)量檢測，可以有效保證施工質(zhì)量，解決行業(yè)難題，并為類似項目提供參考及借鑒。