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标题 微动探测技术在地铁盾构区间孤石探测中的应用
范文 彭明刚


摘要：福州地铁6号线滨～壶盾构区间在施工过程中遇到了孤石、基岩凸起等复杂地质问题，因孤石分布随机，且孤石形状大小和强度各异，若不提前查明并处理，会给盾构施工造成重大不利影响和安全隐患。为此采用无损微动探测技术探测盾构区间范围内不良地质的分布情况，为盾构施工提供了依据和指导。
Abstract： In the construction process of the Bin-Hu shield tunnel of Line 6 of Fuzhou Metro， complex geologic problems such as solitary rocks and bedrock bulges were encountered. Because of the random distribution of solitary rocks， the shape and strength of the solitary stone are different. If not identifying and handling， it will cause major adverse effects and potential safety hazards for the construction of the shield. For this reason， non-destructive micro-motion detection technology was used to detect the distribution of bad geology within the shield range， which provided a basis and guidance for shield construction.
关键词：微动探测；盾构区间；孤石探测
Key words： micro-motion detection；shield zone；lonestone detection
中图分类号：U452；P631 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）27-0198-02
0 引言
近年来，在城市轨道交通建设中盾构施工技术应用愈加广泛，但在实际应用过程中面临的地质问题愈加突出，尤其是孤石、基岩面凸起等，这些不良地质体的存在，由于其存在较大的发育不确定性，无法在事前未雨绸缪的采取应对方案。经常面临的状况是被动解决这类问题，不仅严重影响了其施工安全，更延长了工期，增大了成本。特别是孤石和基岩凸起，由于其形状以及强度不一，盾构机难以将孤石破碎，不仅会造成掘进的困难，而且会造成盾构机刀具的严重磨损，同时对施工作业区域的地层也会造成扰动，影响隧道工程施工安全性以及施工进度[1]。因此，必须针对隧道盾构施工中的孤石进行探测，同时采取合理的措施对孤石进行破碎处理，以确保盾构施工作业的顺利进行。
1 工程概况
滨～壶区间位于长乐市文武砂镇，临近沿海地区，从滨海新城站出发，沿规划道庆路到达壶井站，区间穿越的地面为村庄房屋群、河流、鱼塘。区间里程为SK28+596.144～SK29+727.952，全长为1343.707m，微动探测区间起止里程段K29+061～K29+642。区间拟采用盾构法施工，联络通道及泵站拟采用暗挖法施工。滨～壶区间主要岩土层从上至下分别为填土、质土、（含泥）中砂、中粗砂、粉质粘土、残积砂质黏性土及花岗岩风化层。其中隧洞穿越的岩土层主要为淤泥质土、（含泥）中砂、中粗砂、粉质粘土及残积砂质粘性土、全～强风化花岗岩，局部为中风化花岗岩。根据滨～壶区间基岩面探摸工程专项勘察报告资料揭示，在全风化、强风化基岩层内均零星分布有“孤石”。
在这种复杂的地质条件下施工风险大，主要表现为安全风险不可控、工期难以控制、施工增加费用等。由于钻孔能够揭露孤石及球状风化核的概率很低，同时本标段的地质条件复杂，因此采用无损微动探测技术探测盾构区间范围内可能存在的孤石及基岩凸起等不良地质现象，为盾构与维护桩施工方案提供地质依据。
2 观测系统及数据采集
本次探测利用微动探测技术，采用EPS系列一体化微功耗数字地震仪完成微动数据采集，在福州地铁6号线滨壶盾构区间孤石基岩凸起地段微动探测，观测系统主要采用正五边形圆形阵列，如图1所示，每个圆形阵列由放置于正五边形顶点和中心点的6个摆和数据采集系统组成，正五边形顶点到中心点的距离称为观测半径R。根据现场场地条件的不同，采用了2.5m半径的台阵进行观测，按5m测点间距逐点进行，以形成二维剖面观测[2]。
为保证观测资料可靠、有效，在正式微动观测前，应确保测试仪器的一致性。把所有仪器放置在同一点处，同步记录十分钟左右，由该记录计算各台仪器的功率谱、功率谱之比、相干系数和相位差，从而客观评价仪器的一致性。结果发现，仪器的一致性优于97%，符合微动探测对仪器一致性的要求。
在对记录仪进行必要采集参数设置的基础上，才能正式开始数据采集。同时要求为了最大限度的保证记录数据有效，在将仪器放置在规定位置并正式进入工作状态后，应尽量保证周围环境较安静。实际施工时按照设计的观测系统沿测线逐点进行观测，单点每次观测时间为15～20分钟，观测结束后将整个台阵移动到下一个勘探点观测。
本次测试台阵范围基本位于耕地、居民区及马路上。地表主要为耕植土、局部为水泥路面，地面较平坦，易于施工。为了保证原始记录质量，现场测试时及时检查原始记录。本次采集的数据信噪比相对较高，数据处理结果可靠性高，本次微动探测共处理72个微动勘探点的实测微动数据，获得72条频散曲线。探测总长度为625.1m，微动探测深度为30m。
3 成果分析
因篇幅限制，本文僅就右线（SK29+061.3～+177.9）微动探测成果剖面做解释说明。
图2～图4为滨壶区间（SK29+061.3～+177.9）段的微动探测成果图，图3上的圆点、图4的深色平行虚线均表示隧道洞身设计边线，图4的浅色虚线表示残积砂质粘性土顶面线，各图黑色竖线表示建议验证微动测点位置。该段隧道盾构底板高程为-7.7～-7.3m，顶板高程为
-13.9～-13.5m。根据详勘资料可知，隧道洞身上方覆盖土层主要为填土、（含泥）中砂、淤泥质土，洞身范围内土层主要为淤泥质土、中粗砂、残积砂质黏性土和全风化花岗岩，局部为中风化花岗岩。下面分段对右线（SK29+061.3～SK29+177.9段）微动探测成果进行解释说明。
①B17～B8段： B17～B8段隧道顶板高程-7.6～-7.3m，底板高程-13.8～-13.5m。隧道围岩主要为淤泥质土、中粗砂、粉质粘土及残积砂质粘性土。该段H/V曲线多以单峰或前台阶形态呈现，峰值频率低。B12～B11段隧道洞身范围内面波相速度与视S波速度均存在高速异常。结合详勘资料，推断该段基岩埋深大，基岩位于隧道洞身底板以下；B12～B11段的高速异常可能由中粗砂引起，该段隧道洞身范围内存在孤石的可能性小。暂不建议进行钻孔验证。综上分析，B17～B8段（不含未探测区）盾构掘进安全评价暂定为安全区。
②B7～B1段：B7～B1段隧道顶板高程
-7.7～-7.6m，底板高程-13.9～-13.8m。隧道围岩主要为淤泥质土、粉质粘土、残积砂质粘性土及全风化花岗岩，局部为中风化花岗岩。该段H/V曲线多以多峰或前台阶形态呈现，峰值频率逐渐增大。B3～B1段隧道洞身底部面波相速度与视S波速度均存在高速异常。结合详勘资料，推断该段基岩埋深逐渐变浅，B3～B1段局部位置基岩凸起并侵入隧道洞身底部；B3～B1段隧道洞身范围内可能存在孤石或不均匀风化体，建议先对B2与B1测点进行钻孔验证。综上分析，B7～B4段盾构掘进安全评价暂定为安全区；B3～B1段暂定为危险区。
4 结语
本次微动测试结果基本确定了基岩面的位置，揭示出测试区域洞身施工范围内存在多处H/V异常和速度异常情况，推断可能存在孤石或者其它不均匀风化体，或为基岩凸起，建议进行钻孔验证，根据钻孔验证结果综合分析判断基岩凸起与孤石的各种影响因素，分析评价不良地质体对盾构掘进的可能影响，采取合理的措施对孤石进行破碎处理，以确保盾构施工作业的顺利进行。
参考文献：
[1]章飞亮，闫高翔，袁真秀，孙中科.微动技术在地铁隧道区间孤石探测中的应用[J].工程地球物理学报，2015（06）： 817-822.
[2]刘宏岳，黄佳坤，孙智勇，宗全兵.微动探测方法在城市地铁盾构施工“孤石”探测中的应用——以福州地铁1号线为例[J].隧道建設，2016（12）：1500-1506.
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更新时间：2025/3/16 16:17:33