地鐵施工擾動區探測及注漿效果評價

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摘要：現代經濟的發展，城市人口數量和規模在不斷增加和擴大，隨之而來的交通問題日益嚴重，地鐵工程建設為城市交通注入了新的活力，緩解了城市地面交通壓力，方便了城市人們的工作和生活，然而，地鐵建設勢必會對地上建筑形成一定的擾動，影響地面建筑，為有效控制地鐵施工及運營中的不良影響，對擾動區進行探測和注漿十分必要。

關鍵詞：地鐵建設；擾動區；注漿

地下工程施工對地層及周邊建筑的影響：一方面，地下工程在施工過程中可能會破壞地層穩定，造成路面塌陷等次生地質災害；另一方面，施工會對周邊建筑物產生擾動，影響其安全。為了保證安全，減小地下工程施工對地質條件和周邊建筑物的影響，采用注漿方式來對地下工程進行處理是一種重要的途徑。然而擾動區以及注漿區的分布以及深度不具有確定性，加之地下結構較為復雜，所以地鐵施工擾動區的探測是目前地鐵施工較為關鍵的環節。目前使用較多的探測方法為地震勘探法，但是該技術具有一定的局限性，因此在此基礎上又開發了新型的勘探方法，即SSP技術，該技術能夠快速高效的獲取地震波在地層中的傳播狀態，并分析出其波速，加以解釋。不同于傳統的勘探方法，SSP技術對其他勘探技術的不足予以補充，在此基礎上準確分析定位地鐵施工擾動區，并對注漿效果進行計算，體現。在勘探過程中具有勘探深度大、反映直觀的特性，并且其分辨率高出傳統勘探技術許多，不會對地表路面建筑造成影響，工作效率也相對較高。

一、SSP技術概述

SSP技術是建立在地震散射理論之上的一種新型技術，主要用于地層結構的勘探，通過對地下地震波的激發，保證地震波能夠有效傳播。由于地震波在不同的結構中的傳播狀態會發生轉變，因而一旦遇到松散以及空洞等狀態就會發生反射以及散射，接收器接收到散射波以及反射波就可以了解到地層結構的變化狀態。SSP技術的地質模型屬于非均勻模型，適用于變化較為劇烈的地質結構勘查。因而在地鐵施工擾動去的勘探以及注漿體效果的測評中較為適用。從地質模型角度看，SSP技術的適用性較強，能夠清晰的反應地鐵施工區域地下土層結構變化，并且能夠直接對土體力學性狀進行反映，更能夠符合巖土工程所需。依照探測波高低異常分布，可以直接將注漿狀態以及擾動區分布反映出來。SSP的數據處理包含如下3項核心技術：

（一）波場分離技術。該技術是散射方法保證勘探結果可靠性的一項重要技術。地震記錄中有用信號散射波的能量較弱，面波、聲波等干擾能量較強，只有提高散射波的信噪比，才能得到準確的勘探結果。散射方法采用基于 變換和基于 變換的濾波技術進行波場分離，前者以視速度為標準進行濾波，后者綜合視速度和走時的雙重差異濾波。

（二）速度分析技術。速度分析技術是由地震記錄獲得地震速度分布的技術，它是散射方法一項獨有的非常重要的數據處理技術。一方面地震波速分布越準確，由雙程時得到的界面位置就越準確；另一方面，地層波速分布是地質解釋，尤其是注漿效果檢測解釋中的重要且可靠的參數。地震散射方法以Radon積分變換為基礎，對共炮點記錄以速度掃描的方式沿雙曲線路徑作能量積分，當積分使用的速度與地層實際波速一致，反射波能量最強。通過速度分析得到炮點附近的地層速度結構，綜合所有炮點的速度結構可得到二維或三維的地震波速分布，即得到地層波速分布圖像。

（三）偏移成像技術。此技術是由地震記錄得到地質界面的分布及波阻抗變化定性特征的技術。通過偏移成像技術獲得介質的散射強度分布，散射強度可表示波阻抗變化，正值表示波阻抗升高，負值則表示波阻抗降低。散射強度絕對值較大的界面對應地質界面位置，以介質的散射強度為參數繪制成圖，可得到地質界面偏移圖像，確定地質界面的位置和形態，以及地質界面的力學性質，即地質界面兩側波阻抗的變化。

SSP技術主頻比傳統地震勘探方法高，SSP所使用檢波器拖纜的頻帶為0—16000Hz，信號主頻為1000—4000Hz，儀器采樣率最高可達1.25MHz/道，可采用錘擊震源或電磁震源作為震源，探測深度超過30m。若接收檢波器道間距0.25m，激發間距0.5m，探測的垂直和水平分辨率可達30cm。

二、探測過程分析

以天津地鐵二號線第4標段咸陽路站作為實際案例進行分析，天津市地鐵二號線第4標段咸陽路站地處黃河道交通干道地段，具有現場周邊環境復雜、施工難度大、技術要求高、工期長等特點。施工過程中有很大的不確定因素。地鐵站兩側原有建筑物距離較近，常因基坑開挖導致開裂和沉降；地下管線因土體變形而被破壞；地下水位高又是軟土地基，支護結構的穩定不可忽視。在線路沿線進行測線布置，對地鐵二號線施工擾動區進行探測，并評價后期灌注加固效果。線路兩側探測長度設定為450米，兩側探測區域設置6個剖面。探測區域地表建筑主要集中在探測線中部200米處，因此將該區域作為重點探測單位。因此將檢測器間距調整為0.25米，并將敲擊點間距調整為0.5米。而在其他探測區域處，由于地表建筑集中度不大，因而將敲擊點間距調整為1米，檢波器間距設定為0.5米。

在施工前需要進行必要的地質勘查，根據報告結果顯示地質條件：本工程地下土質主要為淤泥質粘土，含水率高。-2.75m～-10.09m為淤泥質粉質粘土，為主要含水層。-10.43m～-17.71m，粉質粘土—粉砂，底板處于隔水層，以下存在微承壓水。另外，地下水位相對較高，且透水性受到透鏡體發育影響而不均。綜合分析，地質條件相對較差，另外由于隧道跨度要求相對較大，因此施工難度大，為了避免地鐵施工的不利影響，工程方采用了注漿加固的方式，但是為了了解注漿加固效果，采用了SSP技術進行具體探測。

三、探測分析

（一）原理

地下施工會破壞施工區域的地質結構，因而會造成土體的松動，土體松動必然會是的土體波速下降。通過注漿加固的方式可以改善土體因施工而導致的疏松，提高彈性模量，提高探測過程中的波速提高。波速提高越明顯證明加固效果越好，所以通過SSP可以準確的判定擾動區域以及加固的效果。

（二）探測結果分析

本次探測深度超過30m，根據探測需要，選取深度15m以內的資料進行成圖。從結果中可以看出，剖面內波速大小變化劇烈，說明地鐵施工對土層的擾動大、注漿效果明顯。

地層波速圖中標注了高速異常區和低速異常區。其中柱狀的紅色高速異常區為注漿形成的加固體，剖面中發現4處柱狀高速異常體，土體波速越高，注漿效果越好。藍色的低速異常體為地鐵施工擾動區，剖面內共發現7處擾動區，這些擾動區的尺度不大，但是松散程度高，特別是在注漿高速體附近出現的擾動區，很可能包含空洞，建議對這些低速區逐個進行注漿處理，以消除隱患。

低速異常區發育的部位與形態表明，低速區的成因可分為兩類。一類靠近隧道頂部發育，形態圓潤，這是由于隧道超挖引起的；另一類分布在注漿孔周圍，形態孤立、呈雞窩狀，它們伴隨注漿體產生，這是由于注漿引起的土體液化形成的。剖面探測結果剖面的地層波速和地鐵施工擾動區分布顯示地層正常波速在 900m/s左右，地層密實、穩定。剖面內淺部波速較高，地層穩定，未見注漿加固痕跡，此段內沒有注漿處理。深度大于7m的范圍內擾動區較發育。這些擾動區靠近隧道發育，形態圓潤，是由于超挖引起的。剖面中低速區尺度不大，長度多在5m左右。探測完成后，通過對比發現探測得到的注漿加固體位置與注漿孔位置一致。對各剖面規模較大的地鐵施工擾動區注漿加固，注漿的結果表明注漿位置和注漿量與 SSP探測得到的擾動區位置和規模基本對應。

參考文獻：

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