綜合物探法在常州軌道交通2號線的應(yīng)用

胡導(dǎo)云，潘伯鳴，張洋

(1.常州市軌道交通發(fā)展有限公司，江蘇 常州 213022； 2.常州市測繪院，江蘇 常州 213002；3.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

1 引 言

軌道交通是城市公共交通的重中之重，由于其施工的特殊性，往往在盾構(gòu)施工過程中緊貼城市建筑物的樁基、橋梁基礎(chǔ)等地下障礙物。如何能準確測定地下障礙物的埋深、位置、輪廓，為軌道交通提供便利的盾構(gòu)施工條件則顯得尤為重要。

常州軌道交通2號線在地下穿越了城市建筑的密集區(qū)域，穿越區(qū)域存在著大量地下障礙物，嚴重威脅著軌道交通的施工安全，采用單一物探方法可能會導(dǎo)致地下障礙物探測定位的不準確。為保證軌道交通工程施工的安全性及準確性，根據(jù)該工程的實際情況，采取多手段、多方法的物探技術(shù)進行相互驗證[1]，再結(jié)合精確定位的測量技術(shù)確定地下障礙物的精準位置，為盾構(gòu)掘進提供優(yōu)良條件。

2 項目背景

常州軌道交通2號線為東西方向布設(shè)，穿越了常州鐘樓區(qū)、天寧區(qū)和經(jīng)開區(qū)，全線包含地下車站共有14座，高架車站1座。地下線路長度為18.2 km，高架段長 1.2 km。沿線穿越多條城市主干道路和高架路、滬寧城際鐵路、京杭運河等交通樞紐地區(qū)，兩側(cè)高樓林立。因為工程主要為地下盾構(gòu)施工，所以查明軌道交通沿線下穿的建筑物地下基礎(chǔ)以及地下建(構(gòu))筑物等影響工程設(shè)計、施工的地下障礙物，包括建筑物、橋梁、涵洞、駁岸、碼頭等基礎(chǔ)及地下停車場、隧道等建(構(gòu))筑物就顯得尤為必要。

3 物探原理及方法

常州市軌道交通2號線場地處于長江三角洲太湖沖積平原，地形較為平坦，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較穩(wěn)定，沿線地層自上而下的分布情況主要為填土、素填土、粉質(zhì)黏土、黏土、粉砂等。地層以下除地表為雜填土之外，下伏地層多為黏土層，而本次探測的主要地下障礙物為地下建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)，其密度、縱波波速、橫波波速、介電常數(shù)等物理性質(zhì)參數(shù)與周圍的土層差異顯著，這些差異就是采用物探技術(shù)測定地下障礙物的基礎(chǔ)與前提條件[2]。各種主要介質(zhì)的物性參數(shù)如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)不同介質(zhì)的物性差異十分明顯。

各種介質(zhì)物性參數(shù)表 表1

由于城市軌道交通盾構(gòu)施工條件非常苛刻，在施工前必須充分地收集相關(guān)的建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)資料。在此基礎(chǔ)上，通過技術(shù)試驗，選擇地質(zhì)雷達、地震映像及高密度電法等方法進行探測工作，通過綜合物探方法進行對比及相互佐證[4]，能夠提高地下障礙物探測結(jié)果的可靠性。通過高精度的測量定位，能夠精確標定地下障礙物的位置，為軌道交通工程設(shè)計方案的最終確定提供數(shù)據(jù)資料，也為地下施工制訂相關(guān)保護和避讓措施提供依據(jù)。

4 工程實例分析

常州市軌道交通2號線沿線穿越多處地表水體，如市河、南運河、古運河等。為保證軌道交通施工能無障礙通過，需準確探測地表水體箱涵的邊界位置。以市河箱涵邊界探測為例，采用地質(zhì)雷達探查法測定箱涵邊界位置，輔以高密度電法、地震映像法，并結(jié)合現(xiàn)場測量和鉆探驗證綜合判定箱涵邊界位置，從而保障盾構(gòu)施工掘進的順利進行。

為探測市河箱涵邊界位置，如圖1所示布置了雷達測線32～34、地震映像測線11和高密度測線2。

圖1 測線布置圖

4.1 地質(zhì)雷達探測法

采用EKKO PRO型探地雷達向地下發(fā)送脈沖形式的高頻、甚高頻電磁波，當(dāng)電磁波在傳播時遇到存在電性差異的地下空洞、分界面等便發(fā)生反射[5，6]，返回至地面后選用 100 MHz雷達天線接收，再對波進行處理和分析，進而推斷箱涵邊界的具體位置。其中雷達測線33，長度 26.6 m，測線方向如圖1所示，采集方式為等間距點采集，點距 0.10 m，采集時窗 140 ns。雷達測線33的GPR探測剖面如圖2所示。

圖2 GPR探測剖面及解釋成果

圖2中，在測線8.8m、16.8m處存在半支明顯的繞射弧，因箱涵主要由鋼筋混凝土等構(gòu)成，其介電常數(shù)與周圍地層差異較大[7]，當(dāng)雷達天線發(fā)射的電磁波遇到箱涵和地層這兩種不同介質(zhì)時即發(fā)生反射，同時，結(jié)合現(xiàn)場情況分析，確定 8.8 m、16.8 m為箱涵邊界位置。

4.2 地震映像探測法

地震映像探測采用SWS-7S型多功能地震儀，選用 28 Hz垂直地震檢波器接收，偏移距 1.0 m，采集點距 0.3 m，震源采用錘擊方式。將現(xiàn)場儀器測量得到的地震波記錄進行回放、編輯整理、濾波、增益等處理后[6]得到探測成果剖面如圖3所示。

由圖3可以看出，地震映像剖面上第47道(即測線 13.8 m的位置)至第71道(即測線 21.0 m的位置)之間的反射波組與兩側(cè)的反射波組形態(tài)差異較大，存在較為明顯的分界面。結(jié)合現(xiàn)場情況分析，確定測線 13.8 m和 21.0 m處為箱涵兩側(cè)邊界的位置。

圖3 地震映像法剖面及解釋成果

4.3 高密度電法

采用WGMD-9超級高密度電法儀，以巖、土導(dǎo)電性的差異為基礎(chǔ)，綜合電測深法和電剖面法的特點，通過調(diào)整極距的大小，測量地質(zhì)環(huán)境中不同深度、不同位置處電阻率分布規(guī)律[8]。測點間距 0.5 m，測線總長度 59.5 m。將外業(yè)采集到的電阻率剖面進行處理后，得到探測成果剖面如圖4所示。

圖4 高密度電法探測剖面及解釋成果

從圖4可以看出，高密度探測成果圖剖面上 29.0 m～36.5 m處，存在較為明顯的高阻區(qū)域，結(jié)合現(xiàn)場情況分析，確定該處為箱涵位置，與其他兩種方法的探測結(jié)果一致。

4.4 小結(jié)

采用了以上介紹的多種物探方法進行互相的驗證，并經(jīng)綜合分析、調(diào)查資料和測量定位，最終確定了箱涵邊界的準確位置。同時，探測工作由點到面，逐步準確獲取了線路影響區(qū)域內(nèi)的所有地下障礙物情況，為常州市軌道交通2號線的設(shè)計和施工提供了翔實的參考依據(jù)。

現(xiàn)場采用精密定位測量儀器對物探確定的箱涵邊界位置進行精確的平面和高程定位。軌道交通2號線盾構(gòu)施工下穿該箱涵期間，對盾構(gòu)姿態(tài)進行了嚴格的控制，并對箱涵進行了加密監(jiān)測。實踐表明盾構(gòu)能順利下穿該箱涵，下穿過程中箱涵和周邊環(huán)境未發(fā)生明顯位移和沉降。

5 結(jié) 論

單一的物探方法確定地下障礙物的具體位置往往有其原理的局限性，因此，在城市建筑物密集地帶開展障礙物探測一定要采取多種方法相互補充、相互驗證，能精準確定其具體位置、埋深等信息。常州市軌道交通2號線地下障礙物探測工程充分結(jié)合了多種物探方法的優(yōu)點，有效查明了軌道交通線路沿線的地下障礙物，為地鐵施工提供了有力保障。