基于三維流速矢量聲納技術在地鐵施工水文檢測中應用

田闖

摘? ? 要：軌道交通建設風險主要集中在地下工程施工環節，而地下工程施工需要解決的核心問題即是水的問題。各種不同地質條件下，處理好地下水壓力、滲、漏等問題，基本可杜絕大部分施工風險。三維流速矢量聲納技術就是基于對地下流動水體在各項參數進行量化，可準確判斷水的來源、去向、流速、流量，從而為地鐵施工地下水治理提供技術支持和指導。

關鍵詞：三維流速矢量聲納技術;檢測;地下水治理;技術支持

1? 引言

三維流速矢量聲納技術雖然有眾多優點，但該技術也有一定的局限性，如受地面環境限制，無法按需求布設聲測孔;如受地質條件的多樣性及施工工況復雜性影響，止水結構迎、背水面在水頭差的作用下存在臨界止水平衡，上述工況下三維流速矢量聲納技術可能會對結構或地質止水效果產生誤判，增加施工過程中的滲、漏水風險。現以南寧地鐵車站止水結構檢測及暗挖聯絡通道施工為例，淺談三維流速矢量聲納技術在滲漏檢測中的應用，并對其檢測效果進行驗證分析。

2? 三維流速矢量聲納技術檢測原理

聲納滲流探測技術，是利用聲波在水中與其他介質不同的傳播特性，通過聲納探測器，接收聲波并進行分析，實現對水流速度場的測量。如果被測水體存在滲流，則必然在測點產生滲流場。聲納探測器陣列能夠精細地測量出聲波在流體中能量傳遞的大小與分布，依據陣列測量數據的時空分布，即可顯示出滲流聲源發出的方向，同時利用滲流聲源方向上的聲納探測器與探頭頂部聲納探測器的距離和相位之差，分析可得滲流場的水流流速。

3? 地下水檢測應用

3.1? 車站概況

軌道交通3號線金湖廣場站位處南寧市金湖路與民族大道交叉路口北側，站長150m，標準段寬25.1m，基坑深度30.8m，該站為地下四層雙柱三跨結構，采用明挖順筑法施工。車站支護體系采用1200mm地下連續墻（65幅）+內支撐體系，地連墻平均深度約42m，嵌入泥質粉砂巖7-8m。車站主體基坑地層從上到下依次為：①1圓礫填土、②3-2粉質粘土、③1粉土、④1-1粉砂、⑤1-1圓礫、⑦2-3泥質粉砂巖，砂層及圓礫層厚度達8.5m。車站底板位于⑦2-3泥質粉砂巖中。該地質條件下，地下水變化、土體受擾動等對地面沉降具有顯著影響。該站周邊高大建筑眾多，基坑施工風險巨大。為準確掌握圍護結構閉水效果，在基坑開挖前及開挖過程中，采用了三維流速矢量聲納技術對地連墻滲、漏點進行檢測，有效避免基坑開挖過程滲、漏水的發生。

3.2? 三維流速矢量聲納法布點檢測

金湖廣場站主體地連墻施工完成，在對其閉水效果進行初步評估后，在疑似存在滲、漏及質量缺陷范圍采用三維流速矢量聲納法進行檢測。基于安全考慮，后續對所有地連墻接縫進行了滲、漏檢測。

前期地連墻施工時未預留聲納檢測孔，后期于地連墻接縫距離墻外壁0.5m～1.5m補打檢測孔，探孔深入巖層以下2m。基坑內水位降低至開挖底板以下時，內外水頭差約25m～30m。人為創造滲流條件，有利于對地連墻接縫位置地下水文情況進行檢測。

3.3? 數據采集分析

各測量孔滲透流速聲納測量數據包括：原位測量孔內每米滲透流速、滲流方向、滲漏流量及滲透系數的分布數據。

單孔平均滲漏流速大于2.0E-04cm/s為滲漏流速超標孔，表中標記紅色坐標位置的滲漏點滲漏流速大于參照標準，后續采取措施補強加固孔，并對加固后的滲漏效果進行驗證復測。根據聲納滲流數據，繪制流速等值線如圖1所示。

聲納檢測結果與基坑施工前滲漏風險分析結果基本一致，基坑開挖施工前采取注漿措施進行堵漏加固處理。處理完成后，根據復測結果，基坑開挖滲漏風險基本消除。

4? 基坑開挖完成后止水效果驗證

4.1? 暗挖通道地下水文情況檢測分析

4.1.1? 暗挖通道施工概況

軌道交通3號線青竹立交站-青秀山站區間（青-青區間）長749.77m，區間中部設一條聯絡通道，該聯絡通道長26m（左右線間距），埋深33m，位于青秀山西北部青秀湖公園半坡位置，根據施工圖設計，該聯絡通道輔助降水采用暗挖法施工。根據地勘報告，聯絡通道所處地層為⑦2-3及⑦3-3泥質粉砂巖，地質、水文情況較好，適合采用暗挖法施工。青-青區間左、右線貫通后，于聯絡通道范圍開孔檢測地下水情況，發現水量較大，且具備承壓特點，與原地勘設計誤差較大。遂決定在區間內部及地面補勘并采用三維流速矢量聲納法探明地下水補給方式、流向、流量等特性，以作為暗挖施工前對地下水處理的依據。

4.1.2? 三維流速矢量聲納法布點進行水文檢測

根據現場施工實際情況，為準確判斷地下水文情況，聲納檢測采用地面與區間相結合方式，利用地面降水井、左線區間隧道探孔對地下水補給、流向、流量等指標進行判斷。

地面聲納檢測孔布置聲納檢測，該聯絡通道位于青秀湖半坡位置，聲納布孔無法對稱于聯絡通道兩側均勻布設，只能利用原有降水井對地下水文變化情況進行檢測。本次聯絡通道頂部地面位置共布置6個測量孔，孔深為24m～45m，受限于降水施工，抽取1、2、4、5、6孔位進行檢測，聲納檢測孔平面布置如圖2。

根據圖2可知，2#孔流量最大，為6.67E+02cm3/s;3#孔流量最小，為4.62E+01cm3/s。2#、5#、6#相對流速較大，特別是2#在68m高程有2.1E-03cm/s的滲透流速;6#在72m高程有1.52E-03cm/s的滲透流速，具有很明顯的裂隙滲漏通道特征，其主滲流方向來自東北方向的青秀湖，為需要重點加固處理的位置。

4.2? 區間聯絡通道暗挖及地質素描

地表、聯絡通道聲納檢測結果基本一致，根據聲納檢測及地勘情況分析，認為聯絡通道范圍主要為地下裂隙水，由青秀湖補給，水量約7方/小時。通過地面降水、區間引排可滿足暗挖施工。暗挖過程每個斷面進行地質素描，驗證聲納檢測是否與實際相符。

由地質素描圖可知，青青區間聯絡通道距左線1.5m斷面范圍地質情況變化明顯，起拱線范圍以上，⑦2-3變為夾層。2.5m至26m范圍，起拱線以上1m范圍，⑦2-3、⑦3-3逐漸變為夾層。雖然泥質粉砂巖、粉砂巖及泥巖本身透水性差，但巖層變化區域存在裂隙發育，導致地下水沿裂隙滲流至聯絡通道，對施工造成了一定影響。開挖過程，該范圍地下水滲流較大，在采用提前鉆探、提前引排等措施后，成功完成了該段聯絡通道暗挖作業。

4.3? 聯絡通道滲漏水與檢測情況對應性分析

根據地質素描圖及實際暗挖施工情況，聯絡通道斷面地質情況變化以及裂隙發育，主要位于起拱線范圍以上約1m范圍，按時鐘點位劃分，主要位于10點～3點范圍。滲漏水點主要集中在斷面右側3點鐘位置，地下水流向由青竹立交站往青秀山站方向。實際施工情況與聲納檢測對地下水文狀態判斷基本相符，驗證了聲納檢測對地下水文變化判斷描述的準確性。

5? 總結

南寧軌道交通建設于3號線開始把三維流速聲納檢測技術應用在地鐵施工中，通過實際效果判斷，在地下水存在水頭差流動的前提下，基本能夠準確的檢測并描述地下水文情況，為采取處置措施提供技術支持。但在止水結構處于臨界平衡狀態時，三維流速聲納檢測結果顯示止水性能良好，但無法對結構止水穩定性進行判斷，在后期施工擾動時可能出現涌水涌砂風險。總體來說，三維流速矢量聲納技術應用于深基坑、地下結構施工，有利于對地下水文情況預判，能夠預防并避免較大涌水情況的發生。

參考文獻：

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