淺析地震波跨孔層析成像(CT)在地下連續(xù)墻孤石勘探的運(yùn)用

黃丹峰

(中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司， 福建福州 350205)

地下連續(xù)墻開(kāi)挖技術(shù)起源于歐洲，已有50多年的歷史，廣泛用于房建、地鐵、礦井等深基坑支護(hù)工程，它具有剛度大、抗?jié)B性好、適用于多種地基等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在含有漂石的沖積層和超硬巖石地層施工難度大，因此要提前進(jìn)行地質(zhì)勘探，詳細(xì)了解地下地質(zhì)條件，以便做好孤石處理施工方案。

1 工程概況

1.1 工程概述

福州市軌道交通1號(hào)線二期2標(biāo)段位于倉(cāng)山區(qū)梁厝村，項(xiàng)目包括一站一區(qū)間，分別為安平站～梁厝站區(qū)間、梁厝站，梁厝站為福州市軌道交通1號(hào)線工程的第23座車(chē)站，梁厝站為地下三層(下穿規(guī)劃梁厝河為地下二層)單島車(chē)站，車(chē)站為1號(hào)線第二十三個(gè)車(chē)站且和 6號(hào)線的換乘。車(chē)站采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻，內(nèi)支撐采用混凝土支撐+鋼管支撐。圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻共計(jì)144幅，幅寬為2.0～7.5 m，不同部位地下連續(xù)墻深度為24.9～27.9 m。地下連續(xù)墻底土層為散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及殘積黏性土，部分勘探孔揭露存在孤石。

1.2 地質(zhì)情況

本車(chē)站地下連續(xù)墻穿越主要地層分別為雜填土、耕植土、粉質(zhì)黏土、淤泥、含泥細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、殘積黏性土、全風(fēng)化花崗巖、孤石、碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖。

2 探測(cè)方法

本次孤石探測(cè)采用的是地震波跨孔層析成像(CT)方法，目的是沿地下連續(xù)墻位置進(jìn)行連續(xù)掃描探測(cè)地下孤石的分布情況。

地震波層析成像法是一種地下物探方法，在鉆孔間進(jìn)行地震波的激發(fā)和接收，采用一發(fā)多收的扇形穿透，經(jīng)過(guò)逐點(diǎn)激發(fā)，在被測(cè)區(qū)域內(nèi)形成密集的射線交叉網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖一)。通過(guò)對(duì)觀測(cè)到的彈性波各種震相的運(yùn)動(dòng)學(xué)(走時(shí)、射線路徑)和動(dòng)力學(xué)(波形、振幅、相位、頻率)特征的分析，進(jìn)而反演地下介質(zhì)的速度分布情況，具有分辨率高、可靠性好、圖像直觀等特點(diǎn),通?？捎糜谔綔y(cè)規(guī)模小，精度要求高的地下介質(zhì)細(xì)結(jié)構(gòu)(圖1)。

圖1 孔間CT射線網(wǎng)絡(luò)示意

3 探測(cè)工作流程

梁厝站車(chē)站主體及前后明挖區(qū)間的地下連續(xù)墻總長(zhǎng)度約851 m，在地下連續(xù)墻軸線位置間距10～12 m鉆孔并埋設(shè)PVC管，通過(guò)相鄰鉆孔間的地震波跨孔層析成像(CT)掃描，對(duì)地下連續(xù)墻位置進(jìn)行連續(xù)探測(cè)，查明地下10～33 m深度范圍內(nèi)規(guī)模大于1 m的孤石分布情況。初步設(shè)計(jì)鉆孔總數(shù)78個(gè)，地震波跨孔層析成像(CT)掃描75對(duì)。主要工作過(guò)程如圖2所示。

圖2 CT掃描工作流程

4 探測(cè)結(jié)果

2016年8月15日～9月5日、2016年9月22日～9月25日期間，在梁厝站地下連續(xù)墻軸線上共布置71個(gè)鉆孔，其中受現(xiàn)場(chǎng)施工影響導(dǎo)致鉆孔破壞后重新鉆孔5個(gè)，探測(cè)鉆孔對(duì)數(shù)69對(duì)，CT探測(cè)結(jié)果匯總見(jiàn)表1。

表1 CT探測(cè)結(jié)果匯總

31B630.5～332.5×5中風(fēng)化基巖32B726～27.5、27.5～28、28～30.51.5×3、0.5×1、2.5×6孤石33B831～321×3疑似孤石34C120～22.52.5×1孤石35C222.5～24.5、20～22.5、27～28.52×4、2.5×3、1.5×3孤石36C322.5～24.5、30～332×1、3×3孤石37C428～29.5、29～331×2、4×5孤石38C528～29.51.5×4孤石39C6//無(wú)孤石40C7//無(wú)孤石41C8//無(wú)孤石42C927～28、29～331×1、4×6疑似孤石、中風(fēng)化基巖43C1028～29.5、29～30、31～32.51.5×2.5、1×2.5、1.5×3孤石、中風(fēng)化基巖44C1131～32.51.5×5中風(fēng)化基巖45C1231～32.51.5×6中風(fēng)化基巖46C1331～32.51.5×2.5中風(fēng)化基巖47C1427～29、31～32.52×3孤石、中風(fēng)化基巖48C1522～23.5、27～29、31～32.51.5×4、2×2、1.5×6孤石、中風(fēng)化基巖49C1617.5～19.5、18～202×2、2×3孤石50C1717.5～18.5、18～20、18～211×3、2×2、3×2孤石51C1813～14、17～19、18～20、29～30、31～321×3.5、2×3、2×3、1.5×3、1×3孤石、疑似孤石52C19//無(wú)孤石53C2017～18.51.5×3疑似孤石54C2117～18.51.5×1.5疑似孤石55C2231.5～32.51×4疑似孤石56C23//無(wú)孤石續(xù)表1序號(hào)幅編號(hào)孤石埋深范圍/mCT掃描孤石大小-深×長(zhǎng)/mCT掃描結(jié)果57C24//無(wú)孤石58C2612～15、20～223×1、2×5疑似孤石、孤石59C2712～153×4疑似孤石

60C2832～331×3孤石61C29//無(wú)孤石62C30//無(wú)孤石63C31//無(wú)孤石64C32//無(wú)孤石65C3328.5～30.52×2孤石66C3428.5～323.5×5孤石67D123.5～24.5、28.5～291×2、0.5×1孤石68D1018～21、27.5～313×3、3.5×6孤石69D1118～21、28.5～30.5、27～31.5、30～31.53×2、2×3、4.5×3、1.5×6孤石、中風(fēng)化基巖70D1220～23、27～30.5、30～31.53×4、3.5×6、1.5×6孤石、中風(fēng)化基巖71D1320～23、27～30.5、30～31.53×2.5、3.5×6、1.5×6孤石、中風(fēng)化基巖72D1419.5～21、22.5～23.5、25～26、26～27.5、27～30.5、29～31.51.5×3、1×1.5、1×1、1×2、2.5×6孤石、中風(fēng)化基巖73D1525～26、26～27.5、28.5～31.51×3.5、1.5×1、3×6孤石、中風(fēng)化基巖74D2123.5～24.51×1疑似孤石75D2223.5～24.51×3疑似孤石76D2527～29、31.5～332×4、1.5×4孤石、疑似孤石

續(xù)表1序號(hào)幅編號(hào)孤石埋深范圍/mCT掃描孤石大小-深×長(zhǎng)/mCT掃描結(jié)果77D2629～32.53.5×4孤石78D2729～32.53.5×3孤石79D3824.2～25、26～29、30～330.8×1、3×4.5、3×6孤石、中分化基巖80D3922.5～23.2、24～29、30～330.8×1、5×6、3×6孤石、中分化基巖81D4021.5～22.5、24～28.21×1.5、4.2×6孤石、中分化基巖82D4126～27.5/疑似孤石83E127～29、31.5～332×2、1.5×1孤石、疑似孤石84E4//孤石、疑似孤石85E518～21、18～19.5、29.5～30.5、31～323×3、1.5×3、1×2.5、1×3孤石、疑似孤石86E617.5～21、31～32.53.5×6、1.5×2.5孤石、疑似孤石87E717.5～202.5×2、2.5×2孤石88E1524～25.5、27～281.5×2、1×2疑似孤石89E1626～28、30～332×4、3×6孤石、中風(fēng)化基巖90E1720.5～21.5、24～301×1、6×6疑似孤石、孤石91E1829.2～322.8×6.5中風(fēng)化基巖92E1927～336×7.5中風(fēng)化基巖93E2030～322×2.1中風(fēng)化基巖94E2128.5～323.5×7中風(fēng)化基巖95E2229～323×6.5中風(fēng)化基巖96E2330～322×6中風(fēng)化基巖97E2426～29.53.5×6孤石98E2527～29.52.5×6孤石

5 CT探測(cè)結(jié)果驗(yàn)證

因CT探測(cè)因周邊環(huán)境震動(dòng)波段干擾及土質(zhì)地震波界面干擾，為確保CT探測(cè)的結(jié)果可靠性，選取CT探測(cè)結(jié)果中具有代表的幅段進(jìn)行補(bǔ)充鉆孔驗(yàn)證。于2016年10月29日～2016年11月6日對(duì)梁厝站孤石鉆孔驗(yàn)證，其中S23XZB31鉆孔和區(qū)間補(bǔ)勘一起施工，補(bǔ)勘時(shí)間2016年10月12日。設(shè)計(jì)布孔21個(gè)，因現(xiàn)場(chǎng)地下連續(xù)墻施工影響造成其中2個(gè)孔位無(wú)法鉆孔，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)完成驗(yàn)證鉆孔19個(gè)。

現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)勘驗(yàn)證鉆孔與CT探測(cè)剖面驗(yàn)證對(duì)比如下： CT探測(cè)波速達(dá)到3 400 m/s及以上時(shí)結(jié)果比較準(zhǔn)確，顯示孤石位置補(bǔ)充鉆探取芯均取出孤石，但在部分地下連續(xù)墻槽段處孤石厚度上存在差異。在全風(fēng)化花崗巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層、黏土層中孤石、漂石CT探測(cè)準(zhǔn)確率較高。因此，CT探測(cè)的結(jié)果能夠指導(dǎo)地下連續(xù)墻施工。

但CT探測(cè)孤石方法存在一些不足：

(1)對(duì)兩探孔直線之間孤石探測(cè)相對(duì)較準(zhǔn)確，對(duì)部分偏離孤石(例如：地下連續(xù)墻1 m幅寬范圍內(nèi)，0.3 m左右寬度孤石嵌入)探測(cè)難度較大，且對(duì)孤石整體大小探測(cè)難度較大。

(2)梁厝站圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻槽底地質(zhì)為散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。若孤石分布在部分散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(尤其含石英顆粒較多)和碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層中，CT探測(cè)波速也較大，孤石探測(cè)難度大。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)地震波跨孔層析成像(CT)方法超前的了解地下孤石情況，為地下連續(xù)墻施工方案提供準(zhǔn)備的地質(zhì)條件，保證地下連續(xù)墻高效優(yōu)質(zhì)完成施工進(jìn)度。