地铁脱空区及加固效果的探测.docx

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1、地铁脱空区及加固效果的探测/同度物探工程项目分一、工程概况北京地铁14号线18标经过甜水园中街，全长2007.750m。标内由1站（朝阳公园站）2区间（红庙站甜水园站区间和甜水园站朝阳公园站区间）组成。地铁14号线是单洞双线隧道，跨径10.22m,采用PBA法施工（如图1所示）。标内地铁6号线联络线与其并行,隧道跨径6m。11.地铁14号线断面图根据工程地质勘查报告，18标内地层从上至下分为人工堆积层、全新世冲洪积层、晚更新世冲洪积层三套地层。地铁工程埋深在第四系冲洪积层之内，岩性为粘性土、粉土、砂类土、卵石组成，交互沉积，土质松散，遇水不稳定，成拱条件差。地下水位较高，透镜体发育，透水性不均

2、。工程地质与水文地质条件较差，同时加上隧道大跨径施工，施工过程中易产生土体松动、松散及脱空等情况，引起地面下沉甚至路面塌陷等问题。为减小地铁工程对地下管网、地面沉降及建筑物的影响，施工中己经采取了土层加固的措施，从隧道内外进行注浆加固。为确保工程质量，消除隐患，减小对周边环境的影响，应用地震散射技术对14号线、6号联络线部分区段进行探测，寻找隐伏松散区和脱空区，为进一步的加固治理提供依据。二、探测方法及原理本次探测使用的是地震散射技术。它具有分辨率高、抗干扰性强、不破损路面、不中断交通等优点，使用锤击震源探测深度超过30m,适合城市地铁与道路隐患的探测。该探测技术可对地层波速与地质结构实时成像

3、,通过低速异常区来确定松散区与脱空区位置与严重程度。主要用于城市道路、地铁、场地的工程地质勘查、工程病害诊断和工程治理效果评价等领域。具体可用于道路结构、地质结构、道路脱空、路面坍塌、地铁次生病害以及隐避工程等地质与工程对象的精细勘查。如图2所示，在地表激震，激震激发弹性波在地下介质中传播，弹性波在传播过程中,遇到波阻抗变化界面就会激发散射波和反射波。检波器接收到的地下波阻抗界面产生的反射波和散射波，通过对接收的信号做波场分离、速度分析、偏移成像等深入的数据处理解释可以获得地下介质的大量信息，其中包括了地层波速的信息。地层波速是表征土体密实性与承载力的定量指标。波速高表示土体密实、承载力大，反

4、之则表示土体疏松，承载力小。地下工程引起的土体扰动，造成土体松动、松散，甚至产生脱空，使土体的密实性、固结力、内摩擦力与变形模量降低，并伴随有裂隙、裂缝、空隙生成，这些因素使土体波速大大降低，因此依据地震散射探测获得的地层波速图像可以判识地下脱空区和松散区。网排列膀动方向三、探测工程布置地下脱空区探测沿甜水园中街布置，分左、右两线，左线沿14号线隧道轴线布置，右线沿6号线联络线隧道轴线布置,长度皆为670m。左线和右线均分为6个剖面（分别为1-I-16和R-IR-6）,测线和剖面的位置如图3所示。左线中部20Om的范围内建筑比较集中，定为重点探测区。探测中检波器间距05m,敲击点距1Om。在重

5、点探测区域加密布测，检波器间距为0.25m,敲击点间距0.5m,图3.测线和剖面位置Fig.3.The1ocationof1inesandprofi1es四、解释原理由于地铁施工的扰动，地层应力状态改变，固结力降低，土体密实度发生变化。伴随着土层的松散化及裂隙的生成，地层的波速明显降低，土体的密实性越差、松散化越严重、裂隙和空隙越多，其波速越低，因此波速降低的程度可以作为判识松散程度指标。通过寻找地层中的低速异常区，可发现松动、松散与脱空的部位。在应用中，将波速降低1520%的区域定为松动区，此时土体处于卸荷与变形状态，密实度下降，粘结力降低，微裂隙稍发育，但仍处于稳定状态。波速降低20%.4

6、0%时的低速异常区称松散区，此时土体内发育有大量的微裂隙与宏观裂缝，呈松散状态，很不稳定。松散区土体遇水易液化、流失，形成脱空区；尺度小于0.5m的空区称脱空，大于0.5m的称空洞。对于完全由空气充填的空洞，波速降至350mso因此总结起来，根据地层速度图像中速度异常，可对松散区、脱空区进行判识解释。五、探测结果根据资料与本次探测工作的结果，甜水园中街地层波速分布的特征如下：表层(路基层)的波速为900-1000ms左右，其下20m埋深范围内地层的波速为800-900ms,20m以下波速增高到900-1100ms,这是甜水园中街地层正常的波速分布。根据松动、松散、脱空和空洞的速度判识指标，在本

7、次探测工作中，以650ms作为划分松动区与松散区的界线。波速在650msVp750ms的范围时，定为松动区。波速在450msVp650ms的范围时，定为松散区。波速低于450ms的区域定为脱空区，对脱空区与空洞来说，探测到的波速与其大小和形状有关，大型空洞的波速为350ms,小型脱空区的波速会高一些。本次探测深度超过30m,由于探测目的需要，仅节选15m以内的资料成图。由于篇幅的限制，本文仅对1-4和R-6剖面的探测结果进行详细地介绍。(1) 1-4剖面地层波速与松动区分布1-4剖面的地层波速与松散区分布见图4。图中红、黄色表示高波速区，浅蓝、深蓝色表示低波速区，绿色表示中等波速区。14剖面正

8、常地层波速在850ms左右，地层密实性较差。剖面内波速高低变化剧烈，说明地铁施工对土层的扰动强烈。1151101009080706050403020100ti11白1142原）购1151101009080706050403020100I图4.1-4剖面地层波速与松散区分布图图中柱状的红色高速异常区是注浆加固形成的固化体，高速体的位置与实际注浆位置一致，说明注浆效果明显。高速体的分布特征表明，剖面右端的注浆密度和强度还不够。图中深蓝色低速区的分布范围较大，说明土体松散。剖面中共发现6处松散区，其位置、规模和处理建议见表1。同时，可以看到根据低速异常区发育的部位与形态判定，地层波速剖面中的低速区可

9、分为两类，一类靠近隧道发育，形态圆润，这是由于隧道超挖引起的。另一类分布在注浆孔周围，形态孤立、呈鸡窝状，这是由于注浆不饱满，土体液化形成的。表11-4剖面松散区彳立置及处理意见表松散区编号位置范围(m)埋深(m)横向注浆建议1-4-13-186-14宽横排孔1-4-227-393-14宽横排孔1-4-349-607-14宽横排孔1-4-472-783-131-4-587-926-121-4-6100-1133-12剖面内编号1-4-1、1-4-2.1-4-3的三个松散区规模较大，不但长度大，而且横向宽，松散严重，是最值得关注的地段。特别是O-55m的区段内，松散区连片，需要采取横向3孔成排的

10、压浆处理方案。(2) R-6剖面地层波速与松动区分布R-6剖面的地层波速和松散区分布见图5。图中显示地层正常波速在900ms左右，地层密实、稳定。剖面内浅部波速较高，地层稳定，未见注浆加固痕迹。地下松散区较发育。这些松散区靠近隧道发育，形态圆润，是由于超挖引起。剖面中低速区尺度不大，长度多在5m左右。其中R-6-1、R68需要特别关注，建议从隧道内部注浆处理。1700图5R-6剖面地层波速与松散区分布图表2.R-6剖面松散区位置及处理意见表松散区编号位置范围(m)埋深(m)横向注浆建议R-6-1600-61012-14宽横SE孔R-6-2618-62210-14R-6-3626-62912-1

11、4R-6-4639-6427-14R-6-5646-64810-14R-6-6653-65610-14R-6-7658-6617-12R-6-8664-67011-14宽横排孔六、结论和建议对14号线甜水园中街区段的地震散射探测，发现了地铁施工过程中形成的松动、松散、脱空、空洞区域，评估了注浆加固的位置和效果，并提出了进一步加固处理的合理意见。根据探测的结果，以及松散区的潜在危险，提出如下原则治理建议。1 .注浆孔的深度宜取在松散区的中心。对于较大的松散区应分段注浆，注浆孔间距不宜大于4m；2 .对于横向较宽的松散区，应采取横向3点并排注浆，横向孔距4m为宜；3 .注浆一定力求饱满，否则会由于土体液化、流失等效应，形成水囊或脱空区，留下隐患。