沖擊映像法及其在超長(zhǎng)距離頂管施工泥漿套檢測(cè)中的應(yīng)用

林天翔，葉冠林，王祺，馮少孔

(1.上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240；2.上海隧道工程有限公司，上海 200082)

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展，大量工程建設(shè)逐漸向地下轉(zhuǎn)移。在地下工程施工中，如何減少對(duì)周圍環(huán)境、地面交通的不利影響成為近年來相關(guān)技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)。作為非開挖施工技術(shù)之一，頂管法的應(yīng)用越來越廣泛。在長(zhǎng)距離頂管施工時(shí)，泥漿減阻是一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)[1]。泥漿的注入一方面有效減少了頂管頂進(jìn)時(shí)管外壁與周圍土體的摩擦，達(dá)到潤(rùn)滑、減小頂進(jìn)推力的目的；另一方面，泥漿填充了管壁和土層之間的空隙，在一定注漿壓力的作用下?lián)纹痦敼埽苡行Х乐股喜客馏w坍塌，減小地面沉降。漿液在注漿完成后一般不會(huì)立刻與周圍土體固結(jié)，更多地是向管節(jié)四周土體滲透，形成所謂的流體狀泥漿套[2]。

目前，大多數(shù)學(xué)者對(duì)泥漿減阻的研究主要側(cè)重于漿液與管道以及圍土三者的作用機(jī)理[3-5]、泥漿材料[6-8]和注漿管路設(shè)計(jì)[9-10]等方面，希望通過施工工藝和材料性能來改進(jìn)應(yīng)用功效。然而，關(guān)于檢測(cè)泥漿套厚度和分布情況的研究甚少，一般通過觀測(cè)頂管頂進(jìn)推力等指標(biāo)的變化來判斷泥漿充盈情況，認(rèn)為頂進(jìn)推力大，則漿液較少；而推力小，則漿液較多[11-12]。同時(shí)，頂進(jìn)力指標(biāo)更多地是反映整個(gè)頂進(jìn)段各管節(jié)阻力的總和，其推力值并不能清晰地表達(dá)某一管節(jié)處泥漿的充盈情況。若判斷不準(zhǔn)確，則很有可能造成周圍土體應(yīng)力狀態(tài)的改變，繼而引發(fā)土體變形，甚至波及周邊建筑物基礎(chǔ)和管線的安全。對(duì)復(fù)雜的穿越環(huán)境而言，泥漿更難均勻地在管道四周填充，即使利用先進(jìn)的注漿工藝和漿液材料，得到的減阻效果也可能微乎其微。因此，研究一種判斷泥漿套充盈情況的檢測(cè)方法具有重要意義，不僅能提高頂管施工的工作效率、優(yōu)化施工質(zhì)量，而且有助于理解泥漿套的形成過程和作用機(jī)理。

由于地下工程環(huán)境的特殊性，檢測(cè)目標(biāo)隱蔽性很強(qiáng)，在檢測(cè)實(shí)施過程中往往還要求盡可能降低對(duì)原有結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，所以，利用無損檢測(cè)技術(shù)輔助施工逐漸被工程界所選擇，其中地質(zhì)雷達(dá)法利用得最多。Zhang等[13]曾利用探地雷達(dá)對(duì)上海軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道襯砌段灌漿厚度進(jìn)行檢測(cè)，成功將無損檢測(cè)手段應(yīng)用于泥漿套的檢測(cè)當(dāng)中；寇磊等[14]和Zhao等[15]則在Zhang等[13]成果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將地質(zhì)雷達(dá)法拓展到頂管施工領(lǐng)域，并分析比較了頂管法和盾構(gòu)法的注漿差別。然而，探地雷達(dá)法也存在一些局限性：已有研究都是基于混凝土管道進(jìn)行檢測(cè)，由于高頻電磁波的傳播特性，鋼筋、鋼板和富水環(huán)境會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大影響，在干擾較強(qiáng)時(shí)，有效波形甚至可能被屏蔽，所以，在鋼頂管施工中地質(zhì)雷達(dá)法適用性較差。無損檢測(cè)領(lǐng)域中彈性波檢測(cè)法應(yīng)用也十分廣泛，它不僅可以進(jìn)行覆蓋層厚度和地下構(gòu)造或破碎帶檢測(cè)，而且在管道埋設(shè)脫空檢測(cè)和混凝土裂縫探測(cè)[16-17]等方面也有著較為完善的理論支撐。Kobayashi等[18]用沖擊彈性波法對(duì)鑄鐵水管的老化腐蝕情況進(jìn)行了評(píng)估，可判別到局部1 mm左右的厚度變化，說明彈性波法在水環(huán)境中具有極強(qiáng)的探測(cè)能力。鑒于此，筆者基于近源彈性波場(chǎng)的傳播機(jī)理和長(zhǎng)期的工程經(jīng)驗(yàn)探索，提出將沖擊映像法應(yīng)用于超長(zhǎng)距離頂管施工泥漿套的檢測(cè)中，進(jìn)行泥漿厚度的探測(cè)不僅可以檢測(cè)到淺層基底的厚度，而且對(duì)層位之間的差異也有著較好的檢測(cè)效果。

1 沖擊映像法

1.1 試驗(yàn)基本原理

頂管施工中，管道與土體間存在一環(huán)形空間，用于漿液的填充。當(dāng)泥漿填充后，整個(gè)系統(tǒng)可分成鋼殼層、泥漿層、土層3個(gè)部分，圖1為頂管模型的橫截面。沿管道徑向?qū)⒔Y(jié)構(gòu)整體視為空心圓柱層狀介質(zhì)，利用彈性波在多層層狀半無限空間介質(zhì)模型中的傳播理論，提出沖擊映像檢測(cè)方法。

圖1 頂管模型橫截面Fig.1 The cross section of pipe jacking

將頂管展開成一平面，則沖擊映像法[19]的原理可近似表達(dá)成如圖2所示，在測(cè)線上以一定間隔X0和偏移距D布設(shè)檢波器。震源在介質(zhì)表面激發(fā)后產(chǎn)生彈性波，彈性波沿地表傳遞至地下，在傳播過程中，若遇到兩種不同介質(zhì)的界面則會(huì)產(chǎn)生反射，反射波振幅可視作子波褶積的結(jié)果，通過分析反射波的強(qiáng)弱就可以判斷檢測(cè)介質(zhì)的缺陷情況。當(dāng)界面兩側(cè)介質(zhì)均勻時(shí)，反射波相對(duì)較弱；而當(dāng)界面兩側(cè)介質(zhì)構(gòu)造相差較大時(shí)，如頂管施工中注漿不充分等情況，所反射的彈性波就很強(qiáng)。在保持偏移距D和人工震源大小不變的條件下，將激發(fā)-接收系統(tǒng)沿測(cè)線依次向前移動(dòng)并重復(fù)激發(fā)和數(shù)據(jù)采集。完成整條測(cè)線后，從各個(gè)測(cè)點(diǎn)波形的變化特征即可判斷缺陷的位置。

圖2 沖擊映像法探測(cè)原理圖Fig.2 The detection principle of impact image

1.2 泥漿充盈情況的判斷標(biāo)準(zhǔn)

由于接收到的反射波大小取決于界面反射系數(shù)，故通過響應(yīng)波形的振幅可以推斷介質(zhì)交界面上波阻抗的變化，從而進(jìn)一步判斷頂管外的介質(zhì)差異。為了更直觀、系統(tǒng)地表征響應(yīng)波持續(xù)時(shí)間和波形振幅，引入沖擊響應(yīng)強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)泥漿充盈情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

考慮到注漿前管道環(huán)形空間內(nèi)泥漿含量較少且分布極度不均勻，管壁大部分區(qū)域與周圍土體接觸，所受到的摩擦力也相對(duì)較大，故假設(shè)注漿前所有測(cè)點(diǎn)的沖擊響應(yīng)強(qiáng)度算術(shù)平均值可表征管道與土體處于密實(shí)接觸狀態(tài)，兩者之間無泥漿且無間隙。同時(shí)利用該算術(shù)平均值對(duì)注漿過程的沖擊響應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行歸一化，再確立歸一化沖擊響應(yīng)強(qiáng)度和頂管施工泥漿充盈情況間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而形成具備工程應(yīng)用價(jià)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)和檢測(cè)結(jié)果。

定義某一測(cè)點(diǎn)的沖擊響應(yīng)強(qiáng)度Ai為

(1)

式中：F為波形的振幅；Δt為采樣頻率；i為測(cè)點(diǎn)編號(hào)，i=1、 2 …N；s為數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)的編號(hào)，s=1、 2 …n。

(2)

為區(qū)分注漿前測(cè)點(diǎn)與其他過程測(cè)點(diǎn)編號(hào)，對(duì)式(2)物理量統(tǒng)一添加角標(biāo)“0”。

(3)

歸一化沖擊響應(yīng)強(qiáng)度I的采用一方面在最大程度上消除了沖擊力大小的影響，在處理數(shù)據(jù)時(shí)可將沖擊力與沖擊響應(yīng)強(qiáng)度間的關(guān)系考慮成近似線性關(guān)系，方便該方法的應(yīng)用和推廣；另一方面可放大介質(zhì)內(nèi)部軟弱部位對(duì)波場(chǎng)的響應(yīng)特征。

2 頂管泥漿套模型試驗(yàn)

為了確定沖擊響應(yīng)強(qiáng)度與泥漿充盈情況之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并驗(yàn)證沖擊映像法的有效性，參照頂管施工環(huán)境設(shè)計(jì)了相似的模型試驗(yàn)，對(duì)超長(zhǎng)距離頂管施工中泥漿套快速檢測(cè)方法進(jìn)行探索。

2.1 模型試驗(yàn)方案

試驗(yàn)?zāi)Ｐ烷L(zhǎng)4.0 m，寬0.7 m，如圖3所示。模型槽上方覆蓋一塊與頂管等厚(24 mm)的長(zhǎng)方形鋼板，作為檢測(cè)面代替頂管鋼壁。考慮到實(shí)際工程施工時(shí)頂管環(huán)形空間內(nèi)的泥漿厚度通常在30～60 mm左右，故在鋼板下方分別設(shè)置30、60、90 mm厚度及漸變厚度4個(gè)不同區(qū)域的泥漿層，用來模擬環(huán)形空間內(nèi)泥漿可能的分布狀況。泥漿按膨潤(rùn)土與水的質(zhì)量比5∶100進(jìn)行配制。在兩側(cè)設(shè)置50 mm寬的豎直隔板，以防止泥漿流出。底部墊層取頂管所穿地層土樣，并在填土后進(jìn)行壓實(shí)。鋼板檢測(cè)面上沿長(zhǎng)度方向共布置7條測(cè)線，測(cè)線間隔0.1 m。試驗(yàn)所用儀器主要有Geode-24數(shù)據(jù)采集儀和100 Hz傳感器，具體技術(shù)參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)時(shí)用沖擊錘(0.2 kg)在傳感器一側(cè)敲擊，傳感器與敲擊點(diǎn)間距離為0.1 m，兩次采樣間隔20.833 μs，采集時(shí)長(zhǎng)0.1 s。數(shù)據(jù)采集完成后將傳感器和沖擊錘沿測(cè)線向前移動(dòng)，移動(dòng)步長(zhǎng)亦為0.1 m，進(jìn)行第2次采集。重復(fù)上述過程，直至整條測(cè)線采集完畢。

圖3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)圖

表1 沖擊映像法試驗(yàn)所用儀器的技術(shù)指標(biāo)

2.2 模型試驗(yàn)分析

沖擊映像法能得到測(cè)線上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沖擊響應(yīng)波形，界面處的局部變化會(huì)造成波形特性的改變和能量的衰減，其強(qiáng)度是對(duì)沖擊的綜合響應(yīng)，與介質(zhì)內(nèi)部病害的埋深、尺寸高度相關(guān)，由各界面?zhèn)鬟f系數(shù)的乘積決定。通過對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析、濾波分析及歸一化處理等，可得到?jīng)_擊響應(yīng)強(qiáng)度分布圖。當(dāng)鋼塊與基層間粘結(jié)效果不佳，或存在分層現(xiàn)象時(shí)，接收到的信號(hào)能量較大，對(duì)應(yīng)沖擊響應(yīng)強(qiáng)度也較高，所以，對(duì)底部不同厚度區(qū)的泥漿層進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的沖擊響應(yīng)強(qiáng)度必然會(huì)存在較大差異。圖4展示了在模型試驗(yàn)中同等沖擊力度下各條測(cè)線的沖擊響應(yīng)強(qiáng)度大小。由圖4可知：位于鋼板邊界處的測(cè)線1和測(cè)線7的沖擊響應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他測(cè)線，說明模型試驗(yàn)存在很強(qiáng)的邊界效應(yīng)，此處位于兩側(cè)隔板與上部鋼板相交位置附近，沖擊響應(yīng)更多地表現(xiàn)為鋼板之間的相互作用特征，信號(hào)能量最大。對(duì)于頂管工程，檢測(cè)面為閉合圓筒，不會(huì)產(chǎn)生邊界效應(yīng)，故僅對(duì)鋼板中部長(zhǎng)3.9 m、寬0.6 m的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，區(qū)域內(nèi)包含測(cè)線2～6，測(cè)線2～6沖擊響應(yīng)強(qiáng)度范圍在15～40 mV2(儀器采集數(shù)據(jù)形式為電信號(hào)，振幅單位為mV)之間。值得一提的是，測(cè)試過程中沖擊錘與鋼板接觸時(shí)的沖擊角度難以嚴(yán)格把控，故在同等沖擊力度下圖中測(cè)線2～6的結(jié)果存在一定的波動(dòng)。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，認(rèn)為這個(gè)波動(dòng)誤差應(yīng)該處在合理范圍。

圖4 模型試驗(yàn)沖擊響應(yīng)強(qiáng)度點(diǎn)布圖Fig.4 Scatter plot of impact response intensity in model

對(duì)各個(gè)厚度區(qū)綜合分析發(fā)現(xiàn)，沖擊響應(yīng)強(qiáng)度值相差不大，但仍存在一定分布規(guī)律。圖4中30 mm厚度區(qū)范圍內(nèi)沖擊響應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)較小，均值約為22 mV2；60 mm厚度區(qū)沖擊響應(yīng)強(qiáng)度高出15%～20%；而90 mm厚度區(qū)最大，均值在33 mV2左右。說明隨著底部泥漿厚度增大，沖擊響應(yīng)強(qiáng)度會(huì)有所增強(qiáng)。同時(shí)，漸變厚度區(qū)的沖擊響應(yīng)強(qiáng)度也呈現(xiàn)這樣的規(guī)律，雖在漸變區(qū)中部有少量離散的異常點(diǎn)，但整體上隨著泥漿厚度逐漸變薄，沖擊響應(yīng)強(qiáng)度有略微降低的趨勢(shì)。為更清晰地表達(dá)各厚度區(qū)之間的差異性，將各測(cè)點(diǎn)沖擊響應(yīng)強(qiáng)度值繪制成云圖，如圖5所示。

圖5 模型試驗(yàn)沖擊響應(yīng)強(qiáng)度分布云圖Fig.5 Distribution pattern of impact response intensity in model

3 現(xiàn)場(chǎng)頂管泥漿套的沖擊映像檢測(cè)

3.1 工程概況

依托蘇州第二水源陽(yáng)澄湖引水工程3標(biāo)段(S227—陽(yáng)澄西湖)開展，該工程位于蘇州市相城區(qū)與工業(yè)園區(qū)境內(nèi)，自陽(yáng)澄湖中湖西側(cè)，穿越整個(gè)陽(yáng)澄西湖，沿太陽(yáng)路北側(cè)敷設(shè)至227省道與蠡太路交叉口，位置如圖6所示。科研試驗(yàn)段全長(zhǎng)600 m，為鋼頂管區(qū)間，管道內(nèi)徑為1.972 m。

圖6 工程位置圖

3.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選取了3個(gè)試驗(yàn)段，分別離洞口12～84 m、84～156 m和156～228 m。每個(gè)試驗(yàn)段涵蓋6個(gè)管節(jié)，在管道內(nèi)部沿軸線各平行布置4條測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)72 m，按時(shí)鐘對(duì)測(cè)線位置進(jìn)行編號(hào)，4條測(cè)線分別位于管道橫斷面的8點(diǎn)、9點(diǎn)、10點(diǎn)和11點(diǎn)位置，如圖7所示。采樣間隔、采集時(shí)長(zhǎng)和數(shù)據(jù)采集方法與模型試驗(yàn)一致，即在測(cè)線端部安置傳感器。沖擊強(qiáng)度大小應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐設(shè)計(jì)，即測(cè)試時(shí)應(yīng)盡量在傳感器采集到的信號(hào)沒有達(dá)到飽和的同時(shí)保證強(qiáng)度最大化，從而達(dá)到提高測(cè)試信噪比的目的。沖擊錘與傳感器間距離為10 cm，沖擊錘敲擊頂管壁進(jìn)行激發(fā)，接收并記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)結(jié)束后，將整個(gè)系統(tǒng)向前移動(dòng)10 cm，重復(fù)以上過程，直至完成整條測(cè)線的檢測(cè)。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)線布置Fig.7 Line layout of field detection

3.3 檢測(cè)結(jié)果分析

考慮到3個(gè)試驗(yàn)段的結(jié)果基于相同的分析原理，并已得到相似的結(jié)論，故在文中不逐一贅述，僅選取試驗(yàn)段2施工過程中注漿前、注漿中某一瞬間以及注漿后的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)說明。

經(jīng)測(cè)算，注漿前沖擊響應(yīng)強(qiáng)度算術(shù)平均值在7 mV2左右，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)并參考模型試驗(yàn)中各厚度區(qū)所對(duì)應(yīng)的沖擊響應(yīng)強(qiáng)度值，設(shè)定無漿液區(qū)歸一化沖擊響應(yīng)強(qiáng)度在1.0～1.25之間；漿液充盈區(qū)歸一化沖擊響應(yīng)強(qiáng)度為1.5以上；而漿液欠充盈區(qū)則在1.25～1.5之間。數(shù)據(jù)處理結(jié)果由圖8充盈指數(shù)分布圖表示，充盈指數(shù)分布圖的縱坐標(biāo)為沿管道壁的圓弧長(zhǎng)度，坐標(biāo)0.00 m為管道腰線，即9點(diǎn)鐘測(cè)線位置，方向以向上為正，故縱坐標(biāo)-0.516 m為8點(diǎn)鐘測(cè)線；0.516 m為10點(diǎn)鐘測(cè)線；1.032 m為11點(diǎn)鐘測(cè)線。橫坐標(biāo)表示為檢測(cè)點(diǎn)到洞口的距離，洞口處坐標(biāo)為0.00 m。圖9為各個(gè)階段泥漿充盈狀態(tài)的占比情況。

由圖8和圖9可知，注漿前泥漿整體分布情況不佳，泥漿充盈區(qū)域僅31%，而其中無漿液區(qū)域占比達(dá)到44.1%。管道腰線以下管道與周圍土體之間漿液較多，泥漿充盈情況相對(duì)較好，頂管摩擦阻力較小；而管道腰線以上無泥漿或泥漿層很薄，管道與土體接觸密實(shí)，頂管頂進(jìn)時(shí)該區(qū)域管道壁會(huì)受到較大的摩擦阻力。在注漿過程中注漿效果最佳，漿液充盈區(qū)分布顯著增大，達(dá)到60.9%，而無漿液區(qū)僅占10.9%，除了管道頂部11點(diǎn)鐘附近、84～100 m之間以及132～142 m等局部區(qū)域以外，管道外環(huán)形空間內(nèi)泥漿充盈較好。而由于漿液受重力向管道底部運(yùn)移或管道上浮等原因，注漿后漿液充盈區(qū)比例下降至52%，管道的前半段(84～124 m)中由9點(diǎn)測(cè)線和10點(diǎn)測(cè)線與95～110 m所包圍區(qū)域顯示無漿液，管道與地層接觸密實(shí)，其余區(qū)域整體泥漿充盈度較好，而管道的后半部分(124～156 m)泥漿流失嚴(yán)重，9點(diǎn)鐘測(cè)線以上管道與地層密實(shí)接觸。由注漿前、注漿中和注漿后3個(gè)過程的檢測(cè)結(jié)果整體分析可知，漿液分布呈管道底部充盈度高而管道頂部較少的規(guī)律。同時(shí)，泥漿極易發(fā)生運(yùn)移現(xiàn)象，在頂管頂進(jìn)施工時(shí)應(yīng)采取“邊注邊推”工法或?qū)艿理敳窟M(jìn)行再次補(bǔ)漿操作，這樣更有助于降低頂進(jìn)摩擦，達(dá)到節(jié)約成本的目的。

圖8 試驗(yàn)段2泥漿充盈指數(shù)分布圖Fig.8 Distribution of filling index in test section

圖9 試驗(yàn)段2泥漿充盈狀態(tài)的占比情況Fig.9 Proportion of slurry filling state in test section

4 與壓力測(cè)試數(shù)據(jù)的比較

由于沖擊映像法首次被應(yīng)用到頂管施工泥漿套的檢測(cè)當(dāng)中，且存在地下工程隱蔽性等問題，模型試驗(yàn)仍有一些設(shè)計(jì)局限。為進(jìn)一步驗(yàn)證沖擊映像法的效果，在注漿過程中對(duì)每個(gè)試驗(yàn)段選取一個(gè)管節(jié)同時(shí)進(jìn)行傳統(tǒng)壓力測(cè)試。圖10為試驗(yàn)段2離洞口96～108 m管節(jié)中壓力檢測(cè)面的位置分布圖，管節(jié)內(nèi)一共布置兩個(gè)檢測(cè)斷面，分別距管節(jié)兩端端口2 m。斷面圓周布置4個(gè)壓力傳感器，用來量測(cè)漿液壓力的大小，位置如圖11所示。傳感器以截面所處位置和序號(hào)進(jìn)行命名，如1-1號(hào)傳感器表示1號(hào)截面的1號(hào)傳感器。考慮到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)僅沿頂管左半圓進(jìn)行檢測(cè)，同樣選取左側(cè)1-1號(hào)、1-2號(hào)、2-5號(hào)、2-6號(hào)傳感器進(jìn)行分析，其中1-1號(hào)和2-5號(hào)傳感器位于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中10點(diǎn)鐘方向測(cè)線上，1-2號(hào)和2-6號(hào)傳感器位于8點(diǎn)鐘方向測(cè)線上。

圖10 壓力檢測(cè)面位置Fig.10 Position of pressure detection

圖11 壓力斷面?zhèn)鞲衅鞣植技熬幪?hào)Fig.11 Sensor distribution and number in pressure

壓力測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為13 h，頂進(jìn)時(shí)速率保持恒定。以每次測(cè)量開始時(shí)的壓力作為零點(diǎn)，測(cè)量后續(xù)壓力相對(duì)變化，相對(duì)壓力越大，則漿液充盈度越高，頂進(jìn)過程中若遇到脫空區(qū)域，相對(duì)壓力則會(huì)減小，甚至可能出現(xiàn)負(fù)值。圖12為兩斷面?zhèn)鞲衅魉@得的相對(duì)壓力時(shí)程曲線。從圖中能明顯看出，注漿時(shí)刻、頂進(jìn)過程的壓力波動(dòng)和停止頂進(jìn)時(shí)的壓力消散過程。注漿瞬間相對(duì)壓力驟然上升，上升幅度可以側(cè)面反映注漿量的多少，通過對(duì)比可知，頂部可注射漿液量遠(yuǎn)大于底部，說明注漿前環(huán)形空間頂部有更多的脫空區(qū)域。在頂進(jìn)過程中，1-1號(hào)、2-5號(hào)傳感器相對(duì)壓力發(fā)生大幅波動(dòng)，說明頂管與四周土體相互作用顯著，上部泥漿分布不均勻，頂管推進(jìn)到漿液充盈區(qū)時(shí)相對(duì)壓力會(huì)升高。而1-2號(hào)和2-6號(hào)傳感器壓力相對(duì)變化與頂進(jìn)時(shí)長(zhǎng)呈均勻下降關(guān)系，說明底部注漿效果較好，壓力變化平穩(wěn)。停止頂進(jìn)時(shí)，上部1-1號(hào)和2-5號(hào)傳感器壓力消散十分顯著，而1-2號(hào)和2-6號(hào)傳感器變化幅度不明顯，說明頂部漿液逐漸向下轉(zhuǎn)移。

圖12 頂進(jìn)過程中各測(cè)點(diǎn)相對(duì)壓力時(shí)程曲線Fig.12 Time history of relative pressure of each

壓力觀測(cè)法的分析結(jié)論與沖擊映像結(jié)果相吻合。同時(shí)，沖擊映像法試驗(yàn)在注漿中某一瞬間的動(dòng)態(tài)分析結(jié)果與靜止?fàn)顟B(tài)下數(shù)據(jù)的分析結(jié)果在質(zhì)量上無差異，說明其抗干擾性強(qiáng)，完全可以通過濾波處理克服頂進(jìn)施工中各種機(jī)械和電氣噪音的干擾。相較于壓力觀測(cè)法，沖擊映像法操作過程簡(jiǎn)單，無需在管壁上預(yù)設(shè)孔洞，且試驗(yàn)過程和測(cè)線布置均在頂管內(nèi)部完成，可隨時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)整試驗(yàn)方案。同時(shí)，沖擊映像法也可以作為一種“邊推邊測(cè)”的檢測(cè)方法來獲得泥漿的動(dòng)態(tài)分布和缺漿的精確位置與范圍，為頂進(jìn)過程中的注漿作業(yè)提供直接數(shù)據(jù)。

5 結(jié)論

通過采用沖擊映像法對(duì)長(zhǎng)距離頂管工程中泥漿充盈情況進(jìn)行模型及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)探測(cè)，并與壓力測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出以下結(jié)論：

1)沖擊映像法是以彈性波近源波場(chǎng)理論為基礎(chǔ)的檢測(cè)方法，可反映出檢測(cè)面下部層狀介質(zhì)物性參數(shù)變化及接觸關(guān)系。在頂管施工中，管道、環(huán)形空間內(nèi)填充介質(zhì)及周圍土體構(gòu)成層狀介質(zhì)體系。通過將模型試驗(yàn)中沖擊響應(yīng)結(jié)果與設(shè)計(jì)工況對(duì)照分析，證明沖擊映像法在泥漿層厚度檢測(cè)中具有較好的適用性。

2)結(jié)合壓力觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)頂進(jìn)過程沖擊映像法探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，充分證明沖擊映像法抗干擾性強(qiáng)，濾波處理后完全可以忽略施工時(shí)各種機(jī)械和電氣噪音的影響。在注漿過程中邊推邊測(cè)，及時(shí)獲取頂進(jìn)過程中泥漿的動(dòng)態(tài)分布，為注漿作業(yè)提供直接依據(jù)。

3)現(xiàn)階段按泥漿充盈指數(shù)將檢測(cè)區(qū)域劃分為“無漿液”、“漿液欠充盈”和“泥漿充盈”3個(gè)等級(jí)，較為直觀地反映了頂管施工過程中的注漿質(zhì)量，但對(duì)泥漿厚度的探測(cè)方面還有待研究，將來可開展數(shù)值仿真試驗(yàn)研究，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)一步細(xì)化和量化，從而使注漿成本更低。