摘要：盾构管片背后密实效果引起地层缺陷已经逐渐引起了建设、监理、施工单位的重视和广泛的关注。本文采用地质雷达方法和地震影像法对南宁某盾构隧道穿越岩溶区段管片背后密实效果进行了探测分析。在地层复杂情况下，应该运用不同的探测方法，可以达到相互验证、相互补充的作用，故可以采用综合探测的方法对盾构穿越岩溶区管片背后密实效果进行探测。
关键词：岩溶区；管片背后；密实效果；探测方法；探讨
1前言
盾构穿越岩溶区前，按照设计要求根据地勘资料对隧道平面隧道边缘3m以内以及纵断面隧道上下5m范围内溶洞应进行注浆处理[1]。注浆前对溶洞边缘进行探边详勘，采用双液浆注浆封边处理，保证溶洞注浆不外漏。在采用水泥浆液注浆，补充注浆的28天以后对隧道范围内的岩溶区域分别进行了钻心取样、标贯检测、地面地质雷达、高密度电阻率法等检测[2]，隧道范围地面注浆效果得到了很好的评价。受限于埋深深度、仪器精度及地下水位情况的影响，上述效果检查仅仅是在地面进行，为了保证精度的可靠性，以及消除盾构穿越岩溶区域工后可能存在的坍塌或沉降影响，故在隧道穿越岩溶区后从洞内管片背后密实效果进行检查。
为此，对岩溶区盾构管片背后密实度探测研究迫在眉睫。这里较传统的管片背后密实度检测方法地质雷达法增加了地震影像法检测，对岩溶区管片背后密实效果进行初步尝试，以补充验证岩溶地面注浆效果检测，了解穿越岩溶区后管片背后密实情况。
2工作原理
2.1 地质雷达法探测原理
地质雷达法探测原理是通过发射天线向地下发射宽频带短脉冲的高频电磁波信号，当电磁波遇到有电性差异（即介电常数、电磁导率等）地下界面或其它目标体（如脱空、空洞、路基软弱金属等）时，就会发生反射、绕射等电磁波特有现象，通过接收天线拾取响应信号，并记录到计算机上[3]。依据电磁波的波形、相位、振幅、频率等时域、频域特征信息，获得地下不同电性体的分布，对介质的内部结构进行判释。如下图为地质雷达进行管片背后密实效果探测示意图。
图2.1为地质雷达进行管片背后密实效果探测示意图
2.2 地震影像法探测原理
地震影像法探测原理是通过研究人工震源激发所产生的地震波如纵波、横波、面波等在地下介质传播时由于不同类型的地层往往有不同的弹性特征（如速度、密度等），利用介质传递弹性波的特性探测地下存在的工程地址问题的方法，地震影像采集时激发与接收点始终未等距离，当地下存在不良地质体时，地震波则从运动学和动力学两个方面表现出异常来，同相轴错动，波组变化，波幅增大或者减小，甚至发生绕射，弹性波的旅行时间也会增大或者减小。显示波形时，利用软件把地震波压密或者拉伸，对反射能量以不同的，可变换的颜色来表示，以达到最直观逼真显示地下地质体的形态，根据传播时间和波形特征的变化规律，可以推断出地层的缺陷情况。
3现场探测
3.1 探测区域
现场探测主要是在盾构穿越岩溶区后，对洞内管片背后密实效果及外部围岩进行效果检查，隧道内部探测主要为管片下半环探测，结合溶洞位置与隧道关系，加上隧道内场地的限制，测线布设范围为时针4点钟方向至8点钟方向且保证纵向连续。
3.2 探测点位布置
地质雷达法探测：采用单点探测，其优点在于可根据现场条件对各测点进行参数调整（如不同的叠加次数、不同的采样点数），故采取如下方式：选定200MHz天线，时窗设定120ns，电磁波速8cm/ns，采样点数1024点，天线收发距设定为0.2m，现场采用点测方式进行，叠加6次，测量点距0.2m。
地震影像法探测：盾构隧道内管片壁后探测，道间距0.2m、0.4m，偏移距0.4m，采样间隔0.1ms，采样点数1024点，采用高频锤敲击触发线激发；隧道上部地表注浆区域探测，道间距0.5m，偏移距2m，采样间隔0.2ms，采样点数1024点，采用18磅锤敲击铁板激发。
3.3探测结果实例
隧道穿越岩溶区内管片背后密实度探测不同于其他工程探测，在探测过程中需随时对数据进行分析，现场探测结束，即出具探测初步结果判断。如发现异常（松散、软弱夹层等现象），需第一时间通知反馈结果立即组织相关人员进行注浆加固等有效措施。在某遂道区间左线探测中，经过两种方法现场探测后发现如下结果：
（1）地震反射波同相轴错动，反射频率变低、呈近双曲线反射，异常影响深度自探测面垂直于测线位置管片外切面方向1.5m左右，影响范围776环～780环7点位，初步判定外部围岩松散不密实，但不存在空洞，检测图像如图3.3-1。
图3.3-1 注浆前地质雷达法检测图
（2）雷达电磁反射波异常，具体表现为反射波杂乱、地层反射波同相轴错动层近似弧形反射，异常深度0.8～2.8m左右，结合抢险段地质情况判定异常性质主要为围岩松散及管片壁后注浆层与围岩不密实，不存在空洞。检测图像如图3.3-2。
图3.3-2 注浆前地震影像法检测图
在注浆后第3天再次对该区域进行复测发现异常仍然存在注浆加固效果不理想，随即再次对对围岩松散区域进行再次注浆加固；最终与注浆9天以后再次探测发现异常点消失，详见图3.3-3～4。可与上述图3.3-1～2图地质雷达探测与地震影像探测在注浆前后异常区域形成鲜明的对比。
图3.3-3 注浆后地质雷达法检测图
图3.3-4 注浆后地震影像法检测图
4结论分析
隧道内部盾构管片壁后围岩加固注浆前主要异常表现为地震反射波同相轴错动，反射频率变低；雷达电磁反射波异常，具体表现为反射波杂乱、地层反射波同相轴错动层近似弧形反射，异常深度0.8～2.8m左右。但从地面进行检测岩溶注浆加固报告报告来看，可能受深度、仪器精度、地下水位影响检测结果中未并未提及该区域有不密实情况，仅仅从是否存在空洞的角度去判断，显然对该区域应掌握围岩稳定性信息不够全面。
首次探测的情况判定异常性质主要为围岩松散及管片壁后注浆层与围岩剥离或存在不密实情况，注浆加固9日后复测信号显示管片壁后4m范围内异常基本消失，地层反射信号均匀，表明该范围内围岩均匀密实，在注浆浆液强度上来后注浆加固效果明显。显然此项数据的掌握是从地面检测掌握不到的，保证了后期管片外部围岩稳定情况。
地质雷达法主要对管片壁后密实度及与围岩接触面是否脱空、密实情况进行判断，其分辨率优于地震法探测；地震影像法主要用于判断围岩的密实程度，其对围岩的基本物理性状（如密度、弹性波速）等参数的分辨率优于地质雷达法，故采用两种仪器方法对岩溶区管片背后密实情况综合探测分析。
参考文献：
[1]中铁大桥勘测设计院集团有限公司.南宁市轨道交通4号线一期工程岩溶设计[R].南宁：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，2017.
[2]南宁轨道交通集团有限责任公司建设分公司.南宁市轨道交通4号线一期岩溶处理效果专项检测技术要求（试行稿）[R]南宁：南宁轨道交通集团有限责任公司建设分公司，2017.
[3]萧健澄.盾构隧道壁后注浆质量无损检测研究[J].铁道建筑，2011（12）：75-77.
论文作者:孙健,蒋大伦,王治宇,曲兆雷,余晓双
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：管片论文; 密实论文; 岩溶论文; 围岩论文; 注浆论文; 盾构论文; 反射论文; 《基层建设》2019年第2期论文;