微動探測技術在地鐵盾構區間孤石探測中的應用

彭明剛

摘要：福州地鐵6號線濱～壺盾構區間在施工過程中遇到了孤石、基巖凸起等復雜地質問題，因孤石分布隨機，且孤石形狀大小和強度各異，若不提前查明并處理，會給盾構施工造成重大不利影響和安全隱患。為此采用無損微動探測技術探測盾構區間范圍內不良地質的分布情況，為盾構施工提供了依據和指導。

Abstract： In the construction process of the Bin-Hu shield tunnel of Line 6 of Fuzhou Metro， complex geologic problems such as solitary rocks and bedrock bulges were encountered. Because of the random distribution of solitary rocks， the shape and strength of the solitary stone are different. If not identifying and handling， it will cause major adverse effects and potential safety hazards for the construction of the shield. For this reason， non-destructive micro-motion detection technology was used to detect the distribution of bad geology within the shield range， which provided a basis and guidance for shield construction.

關鍵詞：微動探測；盾構區間；孤石探測

Key words： micro-motion detection；shield zone；lonestone detection

中圖分類號：U452；P631 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0198-02

0 引言

近年來，在城市軌道交通建設中盾構施工技術應用愈加廣泛，但在實際應用過程中面臨的地質問題愈加突出，尤其是孤石、基巖面凸起等，這些不良地質體的存在，由于其存在較大的發育不確定性，無法在事前未雨綢繆的采取應對方案。經常面臨的狀況是被動解決這類問題，不僅嚴重影響了其施工安全，更延長了工期，增大了成本。特別是孤石和基巖凸起，由于其形狀以及強度不一，盾構機難以將孤石破碎，不僅會造成掘進的困難，而且會造成盾構機刀具的嚴重磨損，同時對施工作業區域的地層也會造成擾動，影響隧道工程施工安全性以及施工進度[1]。因此，必須針對隧道盾構施工中的孤石進行探測，同時采取合理的措施對孤石進行破碎處理，以確保盾構施工作業的順利進行。

1 工程概況

濱～壺區間位于長樂市文武砂鎮，臨近沿海地區，從濱海新城站出發，沿規劃道慶路到達壺井站，區間穿越的地面為村莊房屋群、河流、魚塘。區間里程為SK28+596.144～SK29+727.952，全長為1343.707m，微動探測區間起止里程段K29+061～K29+642。區間擬采用盾構法施工，聯絡通道及泵站擬采用暗挖法施工。濱～壺區間主要巖土層從上至下分別為填土、質土、（含泥）中砂、中粗砂、粉質粘土、殘積砂質黏性土及花崗巖風化層。其中隧洞穿越的巖土層主要為淤泥質土、（含泥）中砂、中粗砂、粉質粘土及殘積砂質粘性土、全～強風化花崗巖，局部為中風化花崗巖。根據濱～壺區間基巖面探摸工程專項勘察報告資料揭示，在全風化、強風化基巖層內均零星分布有“孤石”。

在這種復雜的地質條件下施工風險大，主要表現為安全風險不可控、工期難以控制、施工增加費用等。由于鉆孔能夠揭露孤石及球狀風化核的概率很低，同時本標段的地質條件復雜，因此采用無損微動探測技術探測盾構區間范圍內可能存在的孤石及基巖凸起等不良地質現象，為盾構與維護樁施工方案提供地質依據。

2 觀測系統及數據采集

本次探測利用微動探測技術，采用EPS系列一體化微功耗數字地震儀完成微動數據采集，在福州地鐵6號線濱壺盾構區間孤石基巖凸起地段微動探測，觀測系統主要采用正五邊形圓形陣列，如圖1所示，每個圓形陣列由放置于正五邊形頂點和中心點的6個擺和數據采集系統組成，正五邊形頂點到中心點的距離稱為觀測半徑R。根據現場場地條件的不同，采用了2.5m半徑的臺陣進行觀測，按5m測點間距逐點進行，以形成二維剖面觀測[2]。

為保證觀測資料可靠、有效，在正式微動觀測前，應確保測試儀器的一致性。把所有儀器放置在同一點處，同步記錄十分鐘左右，由該記錄計算各臺儀器的功率譜、功率譜之比、相干系數和相位差，從而客觀評價儀器的一致性。結果發現，儀器的一致性優于97%，符合微動探測對儀器一致性的要求。

在對記錄儀進行必要采集參數設置的基礎上，才能正式開始數據采集。同時要求為了最大限度的保證記錄數據有效，在將儀器放置在規定位置并正式進入工作狀態后，應盡量保證周圍環境較安靜。實際施工時按照設計的觀測系統沿測線逐點進行觀測，單點每次觀測時間為15～20分鐘，觀測結束后將整個臺陣移動到下一個勘探點觀測。

本次測試臺陣范圍基本位于耕地、居民區及馬路上。地表主要為耕植土、局部為水泥路面，地面較平坦，易于施工。為了保證原始記錄質量，現場測試時及時檢查原始記錄。本次采集的數據信噪比相對較高，數據處理結果可靠性高，本次微動探測共處理72個微動勘探點的實測微動數據，獲得72條頻散曲線。探測總長度為625.1m，微動探測深度為30m。

3 成果分析

因篇幅限制，本文僅就右線（SK29+061.3～+177.9）微動探測成果剖面做解釋說明。

圖2～圖4為濱壺區間（SK29+061.3～+177.9）段的微動探測成果圖，圖3上的圓點、圖4的深色平行虛線均表示隧道洞身設計邊線，圖4的淺色虛線表示殘積砂質粘性土頂面線，各圖黑色豎線表示建議驗證微動測點位置。該段隧道盾構底板高程為-7.7～-7.3m，頂板高程為

-13.9～-13.5m。根據詳勘資料可知，隧道洞身上方覆蓋土層主要為填土、（含泥）中砂、淤泥質土，洞身范圍內土層主要為淤泥質土、中粗砂、殘積砂質黏性土和全風化花崗巖，局部為中風化花崗巖。下面分段對右線（SK29+061.3～SK29+177.9段）微動探測成果進行解釋說明。

①B17～B8段： B17～B8段隧道頂板高程-7.6～-7.3m，底板高程-13.8～-13.5m。隧道圍巖主要為淤泥質土、中粗砂、粉質粘土及殘積砂質粘性土。該段H/V曲線多以單峰或前臺階形態呈現，峰值頻率低。B12～B11段隧道洞身范圍內面波相速度與視S波速度均存在高速異常。結合詳勘資料，推斷該段基巖埋深大，基巖位于隧道洞身底板以下；B12～B11段的高速異常可能由中粗砂引起，該段隧道洞身范圍內存在孤石的可能性小。暫不建議進行鉆孔驗證。綜上分析，B17～B8段（不含未探測區）盾構掘進安全評價暫定為安全區。

②B7～B1段：B7～B1段隧道頂板高程

-7.7～-7.6m，底板高程-13.9～-13.8m。隧道圍巖主要為淤泥質土、粉質粘土、殘積砂質粘性土及全風化花崗巖，局部為中風化花崗巖。該段H/V曲線多以多峰或前臺階形態呈現，峰值頻率逐漸增大。B3～B1段隧道洞身底部面波相速度與視S波速度均存在高速異常。結合詳勘資料，推斷該段基巖埋深逐漸變淺，B3～B1段局部位置基巖凸起并侵入隧道洞身底部；B3～B1段隧道洞身范圍內可能存在孤石或不均勻風化體，建議先對B2與B1測點進行鉆孔驗證。綜上分析，B7～B4段盾構掘進安全評價暫定為安全區；B3～B1段暫定為危險區。

4 結語

本次微動測試結果基本確定了基巖面的位置，揭示出測試區域洞身施工范圍內存在多處H/V異常和速度異常情況，推斷可能存在孤石或者其它不均勻風化體，或為基巖凸起，建議進行鉆孔驗證，根據鉆孔驗證結果綜合分析判斷基巖凸起與孤石的各種影響因素，分析評價不良地質體對盾構掘進的可能影響，采取合理的措施對孤石進行破碎處理，以確保盾構施工作業的順利進行。

參考文獻：

[1]章飛亮，閆高翔，袁真秀，孫中科.微動技術在地鐵隧道區間孤石探測中的應用[J].工程地球物理學報，2015（06）： 817-822.

[2]劉宏岳，黃佳坤，孫智勇，宗全兵.微動探測方法在城市地鐵盾構施工“孤石”探測中的應用——以福州地鐵1號線為例[J].隧道建設，2016（12）：1500-1506.