摘要：沉管隧道管段基地处理以往只能通过观察管段姿态、注浆量、注浆压力来大概推断注浆情况，并不能反应实际的注浆密实程度，缺乏合理的科学依据。为保证大型沉管隧道管段基地处理质量，通过对我国高震区软弱地基条件下第一条沉管隧道天津市滨海新区中央大道海河隧道，对压力注浆法基地处理关键环节加以研究，利用冲击映像法对压力注浆充填效果进行综合评价，并及时提出施工过程中的注浆效果，为安全可靠的施工生产提供合理的科学依据，以保证结构和基底受力均匀，减少不均匀沉降。同时推动了沉管隧道基地处理施工技术的发展，该实践经验值得借鉴与推广。
关键词：沉管隧道；基地处理；冲击映像法；地震仪；检波器；波形图
中央大道海河隧道工程位于天津市滨海新区于家堡中心商务区和东西沽地区，是沟通滨海新区中心商业区海河南北两岸的重要通道。穿越海河的隧道工程采用沉管法施工工艺，沉管为两孔三管廊箱体结构，横断面尺寸为36.6 m×9.65 m，其中底板厚度为1.4 m，顶板厚度为1.35 m，外侧墙厚度为1.0 m，内墙厚度为0.6 m，全长255m，分三节，长度分别为85m、85m、80+5m。每节沉管重量约为3万吨。沉管横断面图见1。管段浮运、沉放后，基底碎石回填及整平，管段基底采用注浆施工。
图1 沉管横断面图
沉管浮运、沉放完成，两侧锁定后，即进行管底注浆处理，每节管段均布置有一次注浆管、二次注浆管，其中一次注浆管管径为152 mm，二次注浆管管径为76 mm，E1、E2管段一次注浆管共计54根，E3管段一次注浆管56根，E1、E2管段二次注浆管33根，E3管段二次注浆管39根。首次注浆只考虑一次注浆。
管段底板设计标高与整平后基槽设计标高之差400 mm，也即灌浆空间高度。可以以此作为灌浆方量计算依据。
理论上管段每孔灌浆方量Q1：Q1=3.14×5.82×0.4=42.3m3
理论上每节管段灌浆方量Q2：Q2=85m×36.6m×0.4m=1245m3
三节管段全部灌浆量Q：Q＝3 Q2=3×1245＝3735 m3
1 冲击映像法工作原理
冲击弹性波法类似于石油勘探用的反射法地震勘探，当我们打击沉管隧道的底板表面时就会产生弹性波（面波、纵波和横波），弹性波遇到界面（沉管隧道底板底面和注浆的结合面）就会产生反射，反射的强弱反映注浆充填情况。当注浆与沉管底板紧密结合时，界面两边的介质（混凝土底板和混凝土注浆）差别较小，形成若反射界面，反射波相对较弱，想反地，当混凝土注浆与沉管底面之间有间隙时，间隙内介质为水，与混凝土底板的差别很大，就形成一个很强的反射面，反射回来的弹性波就很强，因此，通过分析反射波的强弱，就能推测沉管隧道底板与注浆的结合情况（图3）。但是，与石油上的地震勘探不同，混凝土底板与地层相比非常薄（约1.4米），但是弹性波的传播速度却很大（3000米/秒以上），弹性波传播所需要的时间很短，击打时产生的各种波（面波、纵波直达波、纵波反射波、横波-纵波转换波等）相互混合在一起，凭观察无法把各种波区别开来，需要高精度的数据处理手段进行处理。
图2冲击映像法的原理
2 现场数据采集
通常以锤击方式激发冲击混凝土表面，采用有24位模/数转换器和5 kHz以上高截频的数字记录仪记录数据。为了更好的去除由于操作人的打击力度引起的变化，多采用能记录冲击力大小的冲击锤，也可用钢球按同样高度自由落下冲击混凝土表面或用标准数字回弹仪作为激发震源。
2.1 仪器规格
地震仪（图3）：Geod数字地震仪；记录通道：24道；模数转换：24 bit；高截频：20000 Hz；低截频：1.75 Hz。生产厂家：美国Geospace。
检波器（图4）：动圈式垂直成分速度型检波器，固有频率：100 Hz；生产厂家：美国Geospace。为保证检波器和地面的耦合，加工了检波器与地面连接的混凝土墩，面积10×10 cm，内部混凝土，由三个螺钉与地面连接。
图3 Geod数字地震仪 图4检波器
图5连接电缆 图6激发器（铁锤4 kg）
2.2 采集参数
检波器间距：0.5 m；排列长：5.5 m；震源偏移距：距测线0.5 m；激发方式：重锤敲击。
道数：12道；采样间隔：62.5 us，记录长度：256 ms。勘探点密度：1点/0.5 m。
2.3测线布置与数据采集操作
测线布置：图3-5、6为测线布置图，冲击映像布置按照0.5 m间隔的网格布置检波器位置；面波测线检波器间隔0.5米，激发偏移距2.0米。
图7冲击映像法测线
图8测线布置与采集过程示意图
2.4数据采集操作步骤：
（1）现场准备：检查测试仪器是否齐全完好，并对需要进行测试的场地进行清理。
（2）检波器设置：以确定的勘测点为基准点，每间隔0.5 m布置一个检波器，将检波器及加工的连接部分平整放置于底板上（图3-7）。
激发：使用质量3~4 kg左右的锤子用力敲击结构底板作为震源
（3）采集信号：激发产生的震动能量以面波的形式沿地表面一定深度的地层向四面传播，垂直速度检波器接收到信号并传送给小型地震仪，记录完毕后，进行下次锤击，依次类推，直至完成该点的检测任务（图3-10，3-11）。
图9数据采集与记录
图10 采集的波形图
2.5 原始数据的质量保证
从数据采集和数据处理两个方面压制噪音以确保数据质量。
（1）数据采集：数据采集时，尽量避免移动检波器，每个测线的记录，保持在不同注浆量同样状态下进行；采集时尽量避免人员的走动、机械的运转等噪音。
（2）数据分析采用波形处理及小波处理相结合的方式进行判断。
通过以上措施最大限度的保证了数据的质量。
3结语
通过冲击映像法对中央大道海河隧道工程管段进行了现场检测、成像处理及注浆效果的综合评价。通过现场试验结果表明，波形的可视化处理及小波处理相结合的方式，冲击映像法能够很好的掌握注浆效果的分布状况，为海河隧道工程管段注浆过程中提供了重要的参考依据。同是也为将来类似沉管隧道基地处理施工提供了宝贵的技术和检验。
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论文作者:罗华平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/3
标签：检波器论文; 注浆论文; 隧道论文; 底板论文; 海河论文; 映像论文; 地震仪论文; 《基层建设》2019年第7期论文;