盾構隧道壁后注漿質量無損檢測研究

蕭健澄

(廣州鐵路(集團)公司，廣東 廣州 510600)

盾構法施工經過多年的發展，無論是施工技術還是施工機械方面均已相當成熟，盾構技術已開始應用于客運專線工程項目中，特別是以盾構法施工穿江越河的嘗試不斷增多。

壁后注漿是盾構法隧道施工中必不可少的重要環節之一。漿液固結硬化后起到充填盾構外殼與管片間的空隙，并提供一定承載力，穩定管片襯砌的作用。然而，在實際工程中，管片背后注漿由于漿液的流動性、泌水性、滲透性和穩定性，以及隧道所處地層特性等原因，漿液在管片背后分布情況難以預測，存在壁后注漿的實際效果難以控制等技術難題，缺乏切實可靠的控制手段。

為保證過江隧道主體結構的安全，選擇試驗段對隧道的壁后注漿厚度進行檢測是十分必要的，但目前國內尚沒有成熟的壁后注漿效果檢測手段。針對這一問題，本文以現場實際試驗為手段，采用探地雷達對試驗段進行壁后注漿厚度無損檢測。試驗探測過程中，采用不同類型雷達、不同中心頻率天線進行探測，分析其探測效果，為隧道全線的壁后注漿檢測提供技術支撐。

1 工程概況

獅子洋隧道位于廣深港客運專線東涌站至虎門站間，穿越珠江入海口的獅子洋，為單洞雙線結構。一般地段兩線間距為22 m，隧道土建工程按列車速度目標值350 km/h設計。隧道全長10.8 km，其中盾構段9.34 km、明挖段1.46 km，最大水頭約67 m。盾構隧道內徑9.80 m、外徑10.80 m，刀盤直徑11.18 m。隧道穿越地層較復雜，軟土層、軟硬不均地層、全斷面軟巖、硬巖等地層交錯。

2 檢測原理及設備

2.1 檢測原理

探地雷達是一種確定地下介質分布的廣譜電磁技術，它利用發射天線將高頻電磁波(10～5 000 MHz)以寬頻帶短脈沖形式送入介質內部，經目標體的反射后回到表面，由接收天線接收回波信號。電磁波在介質中傳播時，遇到不同電性介質的分界面時即產生反射或散射，其傳播路徑、電磁場強度及波形隨所通過的介質的電性性質及幾何形態而變化，根據接收的反射回波的雙程走時、幅度、相位等信息，進行信號處理和解析，從而推斷地下介質的形態和性質，識別地下目標體。

雷達探測剖面圖常以脈沖反射波的波形形式記錄，波形的正負峰分別以黑、白表示，或者以灰階或彩色表示。這樣，同相軸或等灰線、等色線即可形象地表征出地下反射面或目標體。在波形記錄圖上各測點均以測線的鉛垂方向記錄波形，構成雷達成像剖面，根據雷達剖面圖像，可以判斷反射界面或目標體。其探測原理如圖1所示(A為不同介質中反射幅)。

圖1 雷達探測原理

通過對管片的連續掃描，探地雷達發送的電磁波在管片、壁后注漿層及圍巖中傳播，因各結構層的介電性質和幾何形態不一樣，其電磁響應均不一樣，通過對響應信息的采集和分析，可判斷各結構層的界面及其分布，以雷達剖面圖直觀呈現，從而獲得不同部位壁后注漿厚度，實現對隧道壁后注漿效果的評價。

2.2 檢測設備

為達到最佳的檢測效果，本次試驗選用美國勞雷公司生產的SIR-20型雙通道高速地質雷達和加拿大Sensor＆ Software公司生產的Noggin250型Pulse EKKO-PRO探地雷達，并采用不同中心頻率天線進行掃描試驗，對檢測效果進行比較。

本次所檢隧道管片混凝土厚度為50 cm，考慮分辨率需求及操控方便等因素，SIR-20型雷達采用400，900 MHz天線進行試驗探測，Noggin250型雷達采用250，500 MHz天線進行試驗探測。

3 測線布置

本次試驗期間，由于隧道仍在掘進施工中，右邊墻上有盾構機專用高壓電纜、進漿及出漿管等設施，對雷達信號有很強的電磁干擾，限制了試驗測線的布置。

根據隧道現場情況及地質條件，選取了100 m軟土地層和100 m軟硬不均地層試驗段作為雷達試驗探測線，布置了如圖2所示的3條測線，各測線采用的天線采集如表1所示，圖3為拱頂探測數據采集情況。

表1 測線采集天線頻率 MHz

圖2 測線布置位置

4 探測結果

圖3 拱頂測線雷達儀數據采集

通過對采集數據的分析，采用了包括水平濾波、垂直濾波、自動補償增益調節等處理方法，壓制干擾波，突出各結構層的反射波信息。從同相性、振幅顯著性增強、波形特征及時差變化規律等方面進行識別，得到相應的雷達剖面圖。結果顯示，SIR-20型雙通道高速地質雷達探測，因管片內鋼筋高度密集，對雷達天線發射的電磁波有很強的屏蔽作用，雷達圖無法分辨管片與圍巖的界面和管片與其背后空隙的界面，難以對注漿情況作出判斷，如圖4所示。Noggin250型探地雷達探測，500 MHz天線探測的雷達圖像，管片與注漿層之間的反射清楚，反射界面也較強，注漿的外邊界反射同相軸均勻，無錯斷現象，總體上能反映出注漿層的厚度變化，如圖5所示。250 MHz天線效果較500 MHz天線差。

圖4 SIR-20型雷達剖面

圖5 Noggin250型雷達剖面

根據Noggin250型探地雷達500 MHz天線探測的雷達圖像分析顯示，試驗段檢測范圍內管片壁后注漿較均勻，拱頂位置注漿層的厚度在19～20 cm范圍內變化，而底邊墻及底部位置處的注漿層厚度在19～21 cm范圍內變化，均已達到設計要求。

5 結論

通過對獅子洋隧道局部試驗區間范圍管片壁后注漿的專項檢測可得出以下結論:

1)通過不同雷達及頻率天線的探測試驗比較，采用Noggin250型500 MHz天線探地雷達方法進行獅子洋隧道壁后注漿質量檢測，管片、注漿層(水泥砂漿層)和圍巖等各個電性反射界面清楚連續，探測深度和精度都能達到要求，探測方法可行。

2)探地雷達探測管片壁后注漿質量時可以取得良好效果，與其他物探檢測方法相比，利用探地雷達檢測盾構隧道注漿效果，具有省時、省力且更為科學的優勢。通過對探地雷達實測圖像進行分析處理，可較為準確地確定注漿體分布、缺陷及其厚度。實踐表明，在探測工作中選取適當的探地雷達和天線頻率，采用多頻段工作頻率進行組合探測，更有利于精確確定探測目標體的分布和缺陷位置。

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