鉆孔地震波CT在盾構施工隧道勘探中的應用

孫廣金，鐘美娥

（中建材巖土工程江蘇有限公司，江蘇 南京210001）

0 引言

在城市交通建設施工過程中，盾構施工穿過城市構筑物的情況越來越多，而部分構筑物由于修建年代久遠，其樁基礎的實際位置與設計圖可能存在出入。為保障盾構施工過程安全，選擇合理的盾構路徑與施工方案，須準確探明原有樁位信息。基于射線理論的彈性波CT利用彈性波能量信息，通過專門的反演計算，能夠得到測區內巖土體速度分布圖像,進而繪制出深部地質構造，探測范圍大，探測圖像形象、直觀，在工程地質勘察中有著不可替代的作用。

1 工程概況

江北新區濱江水環境提升利用系統工程一期項目，擬在濱江大道西側采用盾構施工隧道。引水河泵站位于濱江大道西側，出水自流涵從泵站東南向穿過濱江路流入長江。據原有設計資料，自流涵過路部分的老基礎為鉆孔灌注樁，樁長16 m，樁徑400 mm,樁間距2 m，樁底標高（絕對）-14 m左右。由于修建年代久遠，灌注樁的實際施工位置與設計圖可能存在出入。

2 物探方法與技術參數

本次物探原擬在長約24 m、寬約11 m的范圍內探測樁位。瞬態面波采用5 Hz低頻檢波器，測線數量43條,單條測線長11.5 m,測線總長494.5 m， 測線位置見圖1。鉆孔地震波CT采用MiniSeis24淺層地震儀，鉆孔18個，剖面71個，剖面圖見圖2[1-2]。

圖1 瞬態面波測線位置

圖2 CT剖面布置

3 物探成果分析

3.1 瞬態面波物探成果及分析

場地內淺部地層地基以低頻的面波數據來分析，其中未處理的河道、軟土（包括粉細砂）部分橫波速度小于250 m/s，已處理地基部分波速在250～300 m/s，樁基部分波速大于300 m/s，三個區域具體如圖3所示。由于面波達到的深度有限，-10 m以下的波速僅供參照。

圖3 暗涵中軸線處面波縱切面

圖4 為面波探測的三維圖，其中X軸沿河道軸線，正方向為東；Y軸正方向北，Z軸為標高。面波波速低于250 m/s的巖土屬于軟土，以此區分土體與處理過的地基，下部為高速區，上部為低速砂性土區。由圖4可以看出，地表為大約1 m厚高速雜填土層，暗涵下方自地表深度6～16 m地基已被加固。

圖4 面波三維視

3.2 地震波CT物探成果及分析

深部地層依照CT剖面分析，原狀土的波速一般低于2 000 m/s。本場地共有71個CT剖面，在波速剖面中，顏色相差較小、分布較為均勻的剖面，說明剖面的激發與接收孔之間介質比較均勻。鑒于全場分析，人工樁不可能全場均勻，則均勻的介質為原狀砂性土。在剖面中色差較大，且出現低速的區間，則可能存在障礙物，使波速發生繞射等，相對于激發與接收點，速度降低。

部分樁位縱剖面圖如圖5所示，其中河道中軸線南側1 m處樁位樁身在-2～-6 m可見分離，其下由于樁施工過程中混凝土漿的壓力作用，樁與樁之間的細砂層壓密，樁位分離不清；河道中軸線北側1 m處的土層在標高-2～-8 m可見樁位，-10～-14 m樁身“脫節”，-14～-18 m樁端擴徑，樁間細砂被壓實，樁身分離不清。

圖5 部分樁位縱剖面

由CT物探成果可以看出，區域內的樁位不明顯。樁身橫斷面不規則，在不同深度上，樁徑變化很大，單排樁的樁與樁之間基本無間隙。淺層基礎從地表下6 m左右開始，處理至地表下11.5～12 m。樁基礎深度自淺基礎開始，深度不一，樁底標高-5～-18 m。CT物探成果與面波探測得到的淺層（-10 m以內）樁位分布相符，一定程度上驗證了CT成果的可靠性。

由于CT剖面在平面上呈交叉分布，地下障礙物的空間分布不夠直觀，不利于分析，為此對剖面上的數據進行計算，使得物性值展示在三維空間進行分析。圖6為標高2～-20m孔間CT探測三維圖。以縱波速度2 000 m/s區分原狀土與處理過的地基。由圖6可以看出，樁基部分在河道軸線兩側，北側部分較為明顯，但樁與樁之間已相連。

綜合以上物探成果，給出了推薦的盾構施工位置，如圖7所示。

圖6 CT探測三維

圖7 推薦盾構施工位置

4 結語

鉆孔地震CT技術具有分辨率高、可靠性好、圖像直觀的特點，可以從地質體外部測量數據反演獲得精確直觀的地質體內部圖像。工程實踐表明，采用鉆孔地震波CT對原有樁基分布進行探測，能夠克服常規工程勘察的不足，準確有效地探明樁位分布，提供安全可靠的盾構施工依據，可供類似工程參考。