探地雷达在成都地铁2号线盾构施工扰动带探测中的应用研究
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摘要
近年来,随着社会经济的不断发展,城市化的不断推进,城市规模不断扩大,为了实现可持续发展战略,除了向城市道路发展,还应该对地下空间进行开发和利用,修建地铁、轻轨成为城市发展的历史必然。
然而随着地铁的大量兴建,也产生了一些工程技术问题,如地铁盾构施工引起的地表沉陷。地铁盾构施工是在岩土体内部进行的,隧道的开挖施工会不可避免地扰动地下岩土体,破坏原有的平衡状态,而向新的平衡状态转化。随着盾构的进行,地层损失引起的不密实带和空洞逐渐向上发展,在同步灌浆不足的情况下引起地表沉陷,地表沉陷到一定的程度,将影响地面结构物的安全和地下管线的正常使用。
成都地区工程地质条件特殊,为富水砂卵石地层,砂卵石土中卵石含量高,粒径大,含漂石,石质强度高,砂质充填,卵石间的粘结力差,因此更加容易形成地表沉陷。在地铁1号线施工过程中,产生的地表沉陷尤为严重。因此,在地铁2号线盾构施工过程中,实时的查明扰动带引起的不密实带和空洞,并对治理质量进行评价,是确保盾构施工安全和公共安全的重要保障。
探地雷达法主要基于高频电磁波在介质中传播和在电性突变界面上的反射特性,进行无损探测的一种物探方法。成都地铁2号线西延伸线犀浦站至天府广场站的左右线合计约24.471公里,位于成都市区,人流量大,而探底雷探地雷达具有速度快,效率高,无损且对周边环境影响小等优点,因此采用探底雷达探测成都地铁2号线盾构施工地层扰动带。
本文主要研究了以下几个方面的内容：
1.探地雷达基本原理和资料处理方法；
2.盾构施工扰动带前期的试验,如地下水矿化度对探地雷达影响试验,地表探测深度试验和隧道管片试验等；
3.制定具体的地表和隧道拱顶探测方案；
4.通过典型实例归纳分析了地下空洞和不密实带的雷达响应特征,并对地下空洞处灌浆处理后进行复测评价探测效果。
In recent years, with the continuous socio-economic development, urbanization, continuously push forward the city have been expanding in order to achieve sustainable development strategy, in addition to the development of urban roads, underground space development and utilization of subway, light rail be The history of urban development is inevitable.
However, with a lot of construction of the subway, also produced a number of engin-eering problems, such as the subway shield tunnel construction caused surface subsidence. Metro Shield construction is within the rock mass, excavation and construction of the tunnel will inevitably disturbance of underground rock and soil, and destroy the original state of equilibrium, while the conversion to a new equilibrium state. With the conduct of the shield, the dense band and empty ground loss caused by the gradual upward to cause surface subs-idence in the case of lack of synchronization grouting, surface subsidence to a certain extent, will affect the safety of the ground structure and underground pipelines normal to use.
Special Chengdu engineering geological conditions, water-rich sand and gravel form-ations, sand and gravel soil, gravel content, particle size, including boulders, high strength stone, sandy filling, poor bond strength between the pebbles, and therefore easier to the for-mation of surface subsidence. Metro Line1, the construction process, the resulting surface subsidence is particularly serious. Therefore, in the process of shield construction of Metro Line2, real-time identification of the disturbed zone caused by the dense band and empty, and the quality of governance evaluation is an important guarantee to ensure that the shield construction security and public safety.
Ground-penetrating radar method is mainly based on high frequency electromagnetic wave propagation in the medium and the reflective properties in electrical mutation interface, a nondestructive geophysical method. Chengdu Metro Line2West Extension Line the Xipu station to Tianfu Square station around line a total of approximately24.471kilometers, is located in the downtown area of Chengdu, the flow of people, while the bottom of the mine ground-penetrating radar speed, high efficiency, non-destructive and on surrounding envir-onment affect the advantages of small, so the bottom radar Chengdu Metro Line2Shield construction strata disturbed zone.
This paper studies the following aspects:
1. Basic principles and data processing method of ground penetrating radar;
2. Shield construction disturbance with the pre-test, impact test such as groundwater salinity of ground-penetrating radar, surface probing depth trials and tests of tunnel segments;
3. The development of specific surface and tunnel vaults detection program;
4. Inductive analysis of the underground caves and dense band radar response characteristics of typical examples, and retest evaluation to detect the effect of underground caves at the grouting treatment.
然而随着地铁的大量兴建,也产生了一些工程技术问题,如地铁盾构施工引起的地表沉陷。地铁盾构施工是在岩土体内部进行的,隧道的开挖施工会不可避免地扰动地下岩土体,破坏原有的平衡状态,而向新的平衡状态转化。随着盾构的进行,地层损失引起的不密实带和空洞逐渐向上发展,在同步灌浆不足的情况下引起地表沉陷,地表沉陷到一定的程度,将影响地面结构物的安全和地下管线的正常使用。
成都地区工程地质条件特殊,为富水砂卵石地层,砂卵石土中卵石含量高,粒径大,含漂石,石质强度高,砂质充填,卵石间的粘结力差,因此更加容易形成地表沉陷。在地铁1号线施工过程中,产生的地表沉陷尤为严重。因此,在地铁2号线盾构施工过程中,实时的查明扰动带引起的不密实带和空洞,并对治理质量进行评价,是确保盾构施工安全和公共安全的重要保障。
探地雷达法主要基于高频电磁波在介质中传播和在电性突变界面上的反射特性,进行无损探测的一种物探方法。成都地铁2号线西延伸线犀浦站至天府广场站的左右线合计约24.471公里,位于成都市区,人流量大,而探底雷探地雷达具有速度快,效率高,无损且对周边环境影响小等优点,因此采用探底雷达探测成都地铁2号线盾构施工地层扰动带。
本文主要研究了以下几个方面的内容：
1.探地雷达基本原理和资料处理方法；
2.盾构施工扰动带前期的试验,如地下水矿化度对探地雷达影响试验,地表探测深度试验和隧道管片试验等；
3.制定具体的地表和隧道拱顶探测方案；
4.通过典型实例归纳分析了地下空洞和不密实带的雷达响应特征,并对地下空洞处灌浆处理后进行复测评价探测效果。
In recent years, with the continuous socio-economic development, urbanization, continuously push forward the city have been expanding in order to achieve sustainable development strategy, in addition to the development of urban roads, underground space development and utilization of subway, light rail be The history of urban development is inevitable.
However, with a lot of construction of the subway, also produced a number of engin-eering problems, such as the subway shield tunnel construction caused surface subsidence. Metro Shield construction is within the rock mass, excavation and construction of the tunnel will inevitably disturbance of underground rock and soil, and destroy the original state of equilibrium, while the conversion to a new equilibrium state. With the conduct of the shield, the dense band and empty ground loss caused by the gradual upward to cause surface subs-idence in the case of lack of synchronization grouting, surface subsidence to a certain extent, will affect the safety of the ground structure and underground pipelines normal to use.
Special Chengdu engineering geological conditions, water-rich sand and gravel form-ations, sand and gravel soil, gravel content, particle size, including boulders, high strength stone, sandy filling, poor bond strength between the pebbles, and therefore easier to the for-mation of surface subsidence. Metro Line1, the construction process, the resulting surface subsidence is particularly serious. Therefore, in the process of shield construction of Metro Line2, real-time identification of the disturbed zone caused by the dense band and empty, and the quality of governance evaluation is an important guarantee to ensure that the shield construction security and public safety.
Ground-penetrating radar method is mainly based on high frequency electromagnetic wave propagation in the medium and the reflective properties in electrical mutation interface, a nondestructive geophysical method. Chengdu Metro Line2West Extension Line the Xipu station to Tianfu Square station around line a total of approximately24.471kilometers, is located in the downtown area of Chengdu, the flow of people, while the bottom of the mine ground-penetrating radar speed, high efficiency, non-destructive and on surrounding envir-onment affect the advantages of small, so the bottom radar Chengdu Metro Line2Shield construction strata disturbed zone.
This paper studies the following aspects:
1. Basic principles and data processing method of ground penetrating radar;
2. Shield construction disturbance with the pre-test, impact test such as groundwater salinity of ground-penetrating radar, surface probing depth trials and tests of tunnel segments;
3. The development of specific surface and tunnel vaults detection program;
4. Inductive analysis of the underground caves and dense band radar response characteristics of typical examples, and retest evaluation to detect the effect of underground caves at the grouting treatment.
引文
[1]梁宁慧,刘新荣,曹学山,钟正君,廖靖.中国城市地铁建设的现状和发展战略.重庆：重庆建筑大学学报,2008.
[2]张国碧.李家稳.郭建波.我国地铁的发展现状及展望.山西：山西建筑,2010.
[3]王庆.成都地铁盾构施工对周边环境的影响研究.成都：硕士学位论文,2009.
[4]薛云峰胡伟华鲁辉.采空区探测技术研究现状及发展趋势.北京：黄河规划设计,2009.
[5]贺振华.李正文.勘察技术工程学.成都：成都理工大学,2001.
[6]A.A.Fitch Development in Geophysical Exploration Methods-5, P.208-221
[7]陈贻祥等.重力垂直梯度测量技术在隐伏岩溶探测中的应用.北京：中国岩溶.1992.4
[8]钟文胜等.地面高精度重力测量技术在岩溶地区应用效果的探讨.北京：中国科技信息2006.8
[9]王宇玺.高密度电阻率法的主要装置特点与应用.成都：硕士学位论文,2010.5
[10]祝卫东.高密度电阻率法在采空区及岩溶探测中的应用研究工程勘察2006.4
[11]姜鹰等.高频大地电磁法在宜万铁路隧道岩溶的应用工程地球物理学报2006.6
[12]杨峰.岩溶地区路基病害勘察技术及处理方案研究[D).中南大学硕士学位论文2004.5
[13]王俊茹等.浅层地震勘探在采空区勘测中的应用.物探与化探2002.2
[14]王艳波.探地雷达在工程勘察中的应用研究.山东：硕士学位论文,2008
[15]秦承斌.探地雷达在隧道超前地质预报与衬砌检测中的应用研究.成都：硕士学位论文,2008
[16]杨峰,彭苏萍地质雷达探测原理与方法研究[M].北京：科学出版社,2009
[17]E.D · Zisman, M.J.Wightman, C.Taylor,2005.TheeffectivenessofGPR.in sinkholeinvestigations[A], SINKHOLESANDTHEENGINEERINGAND ENVIRONMENTALIMPACTSOFKARST[C], PublishedbytheAmerieanSoeietyof eivilEngineers, (9)
[18]胡晓光.探地雷达在工程地质勘查中查寻土洞的应用效果物探与化探1994.12
[19]夏照华,李晓峰.地质雷达在探测地下溶洞中的应用[J],西部探矿工程,2005.1
[20]钱荣钧.地震波分辨率的分类研究及偏移对分辨率的影响.石油地球物理勘探,2010,42(2)：306-313.
[21]姚姚.地震波场与地震勘探.北京：地质出版社,2006.
[22]王磊等偏移技术在探地雷达数据处理中的应用 自动化技术与应用2007.6
[23]刘大为探地雷达资料的确定性反褶积处理研究工程地球物理学报2004.6
[24]王淼 高等级公路路面路基CPR量化检测技术研究中国海洋大学2011
[25]郭振威预测反褶积在专用雷达检测冻土路基试验数据处理中的应用研究中南大学2010
[26]陈一平等地质雷达在地下埋藏物检测中的应用研究物探化探计算技术2009年4期
[28]孙洪星.地质雷达探测技术在近地表弱地基工程勘察中应用实践.煤炭开采,2000,(4).
[29]刘英利.地质雷达在工程物探中应用研究.硕士学位论文,2008.
[30]郝建新,魏玉峰,林雄斌.地质雷达探测干扰因素及图像识别研究.工程勘察,2008,(11)：73-75.
[31]苏智光,廖建军,钱东宏探地雷达野外勘察数据干扰及其滤除方法物探与化探2011.6
[32]李建强成都地铁岩土工程勘察隧道建设2008年1期
[33]粟毅,黄春琳,雷文太.探地雷达理论与应用.北京：科学出版社,2006.
[34]Davis.L. and Annan.A.P.,"Ground-penetrating radar for high-resolution mapping of soil and rock stratigraphy",Geophysical prospecting,vol.37,pp.531-551,1989.
[35]薛建,曾昭发等探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法物探与化探2010.10
[36]马利平,廖华.地质雷达在探测地下采空巷道中的应用[J].勘探科学技术,2001,(3)：58-61.
[37]刘战胜.偏移技术在探地雷达数据处理中的应用进展.西部探矿工程,2007,(6)：118-121.
[38]刘敦文,古德生,徐国元等.采空区充填物探地雷达识别技术研究及应用[J].北京科技大学学报,2005,27(1)：13-16.
[39]程佩青.数字滤波与快速傅里叶变换.北京：清华大学出版社,1990.
[40]薄会申.地质雷达技术实用手册.北京：地质出版社,2006.
[41]王惠濂,李大心.脉冲时间域探地雷达讲座.中国地质大学(武汉)物探系,1990.
[42]孙洪星.探地雷达高频电磁波传播衰减机理与应用实例.岩石力学与工程学报,2000,(3).
[43]葛增超,刘东升.土木工程中常见目标体的地质雷达图谱特征[J].后勤工程学院学报,2005,(2)：19-22.
[44]郝建新,魏玉峰,林雄斌.地质雷达探测干扰因素及图像识别研究.工程勘察,2008,(11)：7
[45]孙洪星.地质雷达探测技术在近地表弱地基工程勘察中应用实践.煤炭开采,2000,(4).
[46]葛双成,邵长云.岩溶勘察中的探地雷达技术及应用[J].地球物理学进展,2005,20(2)：476-481.
[47]王东才.探地雷达与工程地质勘探[J].物探装备,2001,11(3)：199-212.
[48]Dusseault M B, ZhangL.GeoPhysical monitoring, inversion and to tomograPhy in wastedisposal (A).In:HeZhenhua,ed.EngineeringandEnvironmentalGeoPhysicsforthe 21st Century[C].Chengdu:Sichuan PublishingHouseofScienceandTechnology,1997.471-478.
[49]刘传孝.探地雷达空洞探测机理研究及应用实例分析[J].岩石力学与工程学报,2000,19(2)：238-241.
[50]程晔,赵明华,曹文贵等.高速公路地质雷达探测溶洞成果精度提高方法的探讨[J].公路,2004,(2)：64-6.8
[2]张国碧.李家稳.郭建波.我国地铁的发展现状及展望.山西：山西建筑,2010.
[3]王庆.成都地铁盾构施工对周边环境的影响研究.成都：硕士学位论文,2009.
[4]薛云峰胡伟华鲁辉.采空区探测技术研究现状及发展趋势.北京：黄河规划设计,2009.
[5]贺振华.李正文.勘察技术工程学.成都：成都理工大学,2001.
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[15]秦承斌.探地雷达在隧道超前地质预报与衬砌检测中的应用研究.成都：硕士学位论文,2008
[16]杨峰,彭苏萍地质雷达探测原理与方法研究[M].北京：科学出版社,2009
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[31]苏智光,廖建军,钱东宏探地雷达野外勘察数据干扰及其滤除方法物探与化探2011.6
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[33]粟毅,黄春琳,雷文太.探地雷达理论与应用.北京：科学出版社,2006.
[34]Davis.L. and Annan.A.P.,"Ground-penetrating radar for high-resolution mapping of soil and rock stratigraphy",Geophysical prospecting,vol.37,pp.531-551,1989.
[35]薛建,曾昭发等探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法物探与化探2010.10
[36]马利平,廖华.地质雷达在探测地下采空巷道中的应用[J].勘探科学技术,2001,(3)：58-61.
[37]刘战胜.偏移技术在探地雷达数据处理中的应用进展.西部探矿工程,2007,(6)：118-121.
[38]刘敦文,古德生,徐国元等.采空区充填物探地雷达识别技术研究及应用[J].北京科技大学学报,2005,27(1)：13-16.
[39]程佩青.数字滤波与快速傅里叶变换.北京：清华大学出版社,1990.
[40]薄会申.地质雷达技术实用手册.北京：地质出版社,2006.
[41]王惠濂,李大心.脉冲时间域探地雷达讲座.中国地质大学(武汉)物探系,1990.
[42]孙洪星.探地雷达高频电磁波传播衰减机理与应用实例.岩石力学与工程学报,2000,(3).
[43]葛增超,刘东升.土木工程中常见目标体的地质雷达图谱特征[J].后勤工程学院学报,2005,(2)：19-22.
[44]郝建新,魏玉峰,林雄斌.地质雷达探测干扰因素及图像识别研究.工程勘察,2008,(11)：7
[45]孙洪星.地质雷达探测技术在近地表弱地基工程勘察中应用实践.煤炭开采,2000,(4).
[46]葛双成,邵长云.岩溶勘察中的探地雷达技术及应用[J].地球物理学进展,2005,20(2)：476-481.
[47]王东才.探地雷达与工程地质勘探[J].物探装备,2001,11(3)：199-212.
[48]Dusseault M B, ZhangL.GeoPhysical monitoring, inversion and to tomograPhy in wastedisposal (A).In:HeZhenhua,ed.EngineeringandEnvironmentalGeoPhysicsforthe 21st Century[C].Chengdu:Sichuan PublishingHouseofScienceandTechnology,1997.471-478.
[49]刘传孝.探地雷达空洞探测机理研究及应用实例分析[J].岩石力学与工程学报,2000,19(2)：238-241.
[50]程晔,赵明华,曹文贵等.高速公路地质雷达探测溶洞成果精度提高方法的探讨[J].公路,2004,(2)：64-6.8
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