鉆孔地震波CT在盾構(gòu)施工隧道勘探中的應(yīng)用

孫廣金，鐘美娥

（中建材巖土工程江蘇有限公司，江蘇 南京210001）

0 引言

在城市交通建設(shè)施工過程中，盾構(gòu)施工穿過城市構(gòu)筑物的情況越來越多，而部分構(gòu)筑物由于修建年代久遠(yuǎn)，其樁基礎(chǔ)的實際位置與設(shè)計圖可能存在出入。為保障盾構(gòu)施工過程安全，選擇合理的盾構(gòu)路徑與施工方案，須準(zhǔn)確探明原有樁位信息。基于射線理論的彈性波CT利用彈性波能量信息，通過專門的反演計算，能夠得到測區(qū)內(nèi)巖土體速度分布圖像,進而繪制出深部地質(zhì)構(gòu)造，探測范圍大，探測圖像形象、直觀，在工程地質(zhì)勘察中有著不可替代的作用。

1 工程概況

江北新區(qū)濱江水環(huán)境提升利用系統(tǒng)工程一期項目，擬在濱江大道西側(cè)采用盾構(gòu)施工隧道。引水河泵站位于濱江大道西側(cè)，出水自流涵從泵站東南向穿過濱江路流入長江。據(jù)原有設(shè)計資料，自流涵過路部分的老基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁長16 m，樁徑400 mm,樁間距2 m，樁底標(biāo)高（絕對）-14 m左右。由于修建年代久遠(yuǎn)，灌注樁的實際施工位置與設(shè)計圖可能存在出入。

2 物探方法與技術(shù)參數(shù)

本次物探原擬在長約24 m、寬約11 m的范圍內(nèi)探測樁位。瞬態(tài)面波采用5 Hz低頻檢波器，測線數(shù)量43條,單條測線長11.5 m,測線總長494.5 m， 測線位置見圖1。鉆孔地震波CT采用MiniSeis24淺層地震儀，鉆孔18個，剖面71個，剖面圖見圖2[1-2]。

圖1 瞬態(tài)面波測線位置

圖2 CT剖面布置

3 物探成果分析

3.1 瞬態(tài)面波物探成果及分析

場地內(nèi)淺部地層地基以低頻的面波數(shù)據(jù)來分析，其中未處理的河道、軟土（包括粉細(xì)砂）部分橫波速度小于250 m/s，已處理地基部分波速在250～300 m/s，樁基部分波速大于300 m/s，三個區(qū)域具體如圖3所示。由于面波達到的深度有限，-10 m以下的波速僅供參照。

圖3 暗涵中軸線處面波縱切面

圖4 為面波探測的三維圖，其中X軸沿河道軸線，正方向為東；Y軸正方向北，Z軸為標(biāo)高。面波波速低于250 m/s的巖土屬于軟土，以此區(qū)分土體與處理過的地基，下部為高速區(qū)，上部為低速砂性土區(qū)。由圖4可以看出，地表為大約1 m厚高速雜填土層，暗涵下方自地表深度6～16 m地基已被加固。

圖4 面波三維視

3.2 地震波CT物探成果及分析

深部地層依照CT剖面分析，原狀土的波速一般低于2 000 m/s。本場地共有71個CT剖面，在波速剖面中，顏色相差較小、分布較為均勻的剖面，說明剖面的激發(fā)與接收孔之間介質(zhì)比較均勻。鑒于全場分析，人工樁不可能全場均勻，則均勻的介質(zhì)為原狀砂性土。在剖面中色差較大，且出現(xiàn)低速的區(qū)間，則可能存在障礙物，使波速發(fā)生繞射等，相對于激發(fā)與接收點，速度降低。

部分樁位縱剖面圖如圖5所示，其中河道中軸線南側(cè)1 m處樁位樁身在-2～-6 m可見分離，其下由于樁施工過程中混凝土漿的壓力作用，樁與樁之間的細(xì)砂層壓密，樁位分離不清；河道中軸線北側(cè)1 m處的土層在標(biāo)高-2～-8 m可見樁位，-10～-14 m樁身“脫節(jié)”，-14～-18 m樁端擴徑，樁間細(xì)砂被壓實，樁身分離不清。

圖5 部分樁位縱剖面

由CT物探成果可以看出，區(qū)域內(nèi)的樁位不明顯。樁身橫斷面不規(guī)則，在不同深度上，樁徑變化很大，單排樁的樁與樁之間基本無間隙。淺層基礎(chǔ)從地表下6 m左右開始，處理至地表下11.5～12 m。樁基礎(chǔ)深度自淺基礎(chǔ)開始，深度不一，樁底標(biāo)高-5～-18 m。CT物探成果與面波探測得到的淺層（-10 m以內(nèi)）樁位分布相符，一定程度上驗證了CT成果的可靠性。

由于CT剖面在平面上呈交叉分布，地下障礙物的空間分布不夠直觀，不利于分析，為此對剖面上的數(shù)據(jù)進行計算，使得物性值展示在三維空間進行分析。圖6為標(biāo)高2～-20m孔間CT探測三維圖。以縱波速度2 000 m/s區(qū)分原狀土與處理過的地基。由圖6可以看出，樁基部分在河道軸線兩側(cè)，北側(cè)部分較為明顯，但樁與樁之間已相連。

綜合以上物探成果，給出了推薦的盾構(gòu)施工位置，如圖7所示。

圖6 CT探測三維

圖7 推薦盾構(gòu)施工位置

4 結(jié)語

鉆孔地震CT技術(shù)具有分辨率高、可靠性好、圖像直觀的特點，可以從地質(zhì)體外部測量數(shù)據(jù)反演獲得精確直觀的地質(zhì)體內(nèi)部圖像。工程實踐表明，采用鉆孔地震波CT對原有樁基分布進行探測，能夠克服常規(guī)工程勘察的不足，準(zhǔn)確有效地探明樁位分布，提供安全可靠的盾構(gòu)施工依據(jù)，可供類似工程參考。