浅析地震波跨孔层析成像(CT)在地下连续墙孤石勘探的运用

黄丹峰

(中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司， 福建福州 350205)

地下连续墙开挖技术起源于欧洲，已有50多年的历史，广泛用于房建、地铁、矿井等深基坑支护工程，它具有刚度大、抗渗性好、适用于多种地基等优点。同时在含有漂石的冲积层和超硬岩石地层施工难度大，因此要提前进行地质勘探，详细了解地下地质条件，以便做好孤石处理施工方案。

1 工程概况

1.1 工程概述

福州市轨道交通1号线二期2标段位于仓山区梁厝村，项目包括一站一区间，分别为安平站～梁厝站区间、梁厝站，梁厝站为福州市轨道交通1号线工程的第23座车站，梁厝站为地下三层(下穿规划梁厝河为地下二层)单岛车站，车站为1号线第二十三个车站且和 6号线的换乘。车站采用明挖法施工，围护结构采用1 000 mm厚地下连续墙，内支撑采用混凝土支撑+钢管支撑。围护结构地下连续墙共计144幅，幅宽为2.0～7.5 m，不同部位地下连续墙深度为24.9～27.9 m。地下连续墙底土层为散体状强风化花岗岩及残积黏性土，部分勘探孔揭露存在孤石。

1.2 地质情况

本车站地下连续墙穿越主要地层分别为杂填土、耕植土、粉质黏土、淤泥、含泥细砂、粉质黏土、残积黏性土、全风化花岗岩、孤石、碎裂状强风化花岗岩、中风化花岗岩。

2 探测方法

本次孤石探测采用的是地震波跨孔层析成像(CT)方法，目的是沿地下连续墙位置进行连续扫描探测地下孤石的分布情况。

地震波层析成像法是一种地下物探方法，在钻孔间进行地震波的激发和接收，采用一发多收的扇形穿透，经过逐点激发，在被测区域内形成密集的射线交叉网络(见图一)。通过对观测到的弹性波各种震相的运动学(走时、射线路径)和动力学(波形、振幅、相位、频率)特征的分析，进而反演地下介质的速度分布情况，具有分辨率高、可靠性好、图像直观等特点,通常可用于探测规模小，精度要求高的地下介质细结构(图1)。

图1 孔间CT射线网络示意

3 探测工作流程

梁厝站车站主体及前后明挖区间的地下连续墙总长度约851 m，在地下连续墙轴线位置间距10～12 m钻孔并埋设PVC管，通过相邻钻孔间的地震波跨孔层析成像(CT)扫描，对地下连续墙位置进行连续探测，查明地下10～33 m深度范围内规模大于1 m的孤石分布情况。初步设计钻孔总数78个，地震波跨孔层析成像(CT)扫描75对。主要工作过程如图2所示。

图2 CT扫描工作流程

4 探测结果

2016年8月15日～9月5日、2016年9月22日～9月25日期间，在梁厝站地下连续墙轴线上共布置71个钻孔，其中受现场施工影响导致钻孔破坏后重新钻孔5个，探测钻孔对数69对，CT探测结果汇总见表1。

表1 CT探测结果汇总

31B630.5～332.5×5中风化基岩32B726～27.5、27.5～28、28～30.51.5×3、0.5×1、2.5×6孤石33B831～321×3疑似孤石34C120～22.52.5×1孤石35C222.5～24.5、20～22.5、27～28.52×4、2.5×3、1.5×3孤石36C322.5～24.5、30～332×1、3×3孤石37C428～29.5、29～331×2、4×5孤石38C528～29.51.5×4孤石39C6//无孤石40C7//无孤石41C8//无孤石42C927～28、29～331×1、4×6疑似孤石、中风化基岩43C1028～29.5、29～30、31～32.51.5×2.5、1×2.5、1.5×3孤石、中风化基岩44C1131～32.51.5×5中风化基岩45C1231～32.51.5×6中风化基岩46C1331～32.51.5×2.5中风化基岩47C1427～29、31～32.52×3孤石、中风化基岩48C1522～23.5、27～29、31～32.51.5×4、2×2、1.5×6孤石、中风化基岩49C1617.5～19.5、18～202×2、2×3孤石50C1717.5～18.5、18～20、18～211×3、2×2、3×2孤石51C1813～14、17～19、18～20、29～30、31～321×3.5、2×3、2×3、1.5×3、1×3孤石、疑似孤石52C19//无孤石53C2017～18.51.5×3疑似孤石54C2117～18.51.5×1.5疑似孤石55C2231.5～32.51×4疑似孤石56C23//无孤石续表1序号幅编号孤石埋深范围/mCT扫描孤石大小-深×长/mCT扫描结果57C24//无孤石58C2612～15、20～223×1、2×5疑似孤石、孤石59C2712～153×4疑似孤石

60C2832～331×3孤石61C29//无孤石62C30//无孤石63C31//无孤石64C32//无孤石65C3328.5～30.52×2孤石66C3428.5～323.5×5孤石67D123.5～24.5、28.5～291×2、0.5×1孤石68D1018～21、27.5～313×3、3.5×6孤石69D1118～21、28.5～30.5、27～31.5、30～31.53×2、2×3、4.5×3、1.5×6孤石、中风化基岩70D1220～23、27～30.5、30～31.53×4、3.5×6、1.5×6孤石、中风化基岩71D1320～23、27～30.5、30～31.53×2.5、3.5×6、1.5×6孤石、中风化基岩72D1419.5～21、22.5～23.5、25～26、26～27.5、27～30.5、29～31.51.5×3、1×1.5、1×1、1×2、2.5×6孤石、中风化基岩73D1525～26、26～27.5、28.5～31.51×3.5、1.5×1、3×6孤石、中风化基岩74D2123.5～24.51×1疑似孤石75D2223.5～24.51×3疑似孤石76D2527～29、31.5～332×4、1.5×4孤石、疑似孤石

续表1序号幅编号孤石埋深范围/mCT扫描孤石大小-深×长/mCT扫描结果77D2629～32.53.5×4孤石78D2729～32.53.5×3孤石79D3824.2～25、26～29、30～330.8×1、3×4.5、3×6孤石、中分化基岩80D3922.5～23.2、24～29、30～330.8×1、5×6、3×6孤石、中分化基岩81D4021.5～22.5、24～28.21×1.5、4.2×6孤石、中分化基岩82D4126～27.5/疑似孤石83E127～29、31.5～332×2、1.5×1孤石、疑似孤石84E4//孤石、疑似孤石85E518～21、18～19.5、29.5～30.5、31～323×3、1.5×3、1×2.5、1×3孤石、疑似孤石86E617.5～21、31～32.53.5×6、1.5×2.5孤石、疑似孤石87E717.5～202.5×2、2.5×2孤石88E1524～25.5、27～281.5×2、1×2疑似孤石89E1626～28、30～332×4、3×6孤石、中风化基岩90E1720.5～21.5、24～301×1、6×6疑似孤石、孤石91E1829.2～322.8×6.5中风化基岩92E1927～336×7.5中风化基岩93E2030～322×2.1中风化基岩94E2128.5～323.5×7中风化基岩95E2229～323×6.5中风化基岩96E2330～322×6中风化基岩97E2426～29.53.5×6孤石98E2527～29.52.5×6孤石

5 CT探测结果验证

因CT探测因周边环境震动波段干扰及土质地震波界面干扰，为确保CT探测的结果可靠性，选取CT探测结果中具有代表的幅段进行补充钻孔验证。于2016年10月29日～2016年11月6日对梁厝站孤石钻孔验证，其中S23XZB31钻孔和区间补勘一起施工，补勘时间2016年10月12日。设计布孔21个，因现场地下连续墙施工影响造成其中2个孔位无法钻孔，实际现场完成验证钻孔19个。

现场补勘验证钻孔与CT探测剖面验证对比如下： CT探测波速达到3 400 m/s及以上时结果比较准确，显示孤石位置补充钻探取芯均取出孤石，但在部分地下连续墙槽段处孤石厚度上存在差异。在全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩地层、黏土层中孤石、漂石CT探测准确率较高。因此，CT探测的结果能够指导地下连续墙施工。

但CT探测孤石方法存在一些不足：

(1)对两探孔直线之间孤石探测相对较准确，对部分偏离孤石(例如：地下连续墙1 m幅宽范围内，0.3 m左右宽度孤石嵌入)探测难度较大，且对孤石整体大小探测难度较大。

(2)梁厝站围护结构地下连续墙槽底地质为散体状强风化花岗岩和碎裂状强风化花岗岩。若孤石分布在部分散体状强风化花岗岩(尤其含石英颗粒较多)和碎裂状强风化花岗岩地层中，CT探测波速也较大，孤石探测难度大。

6 结束语

根据地震波跨孔层析成像(CT)方法超前的了解地下孤石情况，为地下连续墙施工方案提供准备的地质条件，保证地下连续墙高效优质完成施工进度。