钻孔地震波CT在盾构施工隧道勘探中的应用

孙广金，钟美娥

（中建材岩土工程江苏有限公司，江苏 南京210001）

0 引言

在城市交通建设施工过程中，盾构施工穿过城市构筑物的情况越来越多，而部分构筑物由于修建年代久远，其桩基础的实际位置与设计图可能存在出入。为保障盾构施工过程安全，选择合理的盾构路径与施工方案，须准确探明原有桩位信息。基于射线理论的弹性波CT利用弹性波能量信息，通过专门的反演计算，能够得到测区内岩土体速度分布图像,进而绘制出深部地质构造，探测范围大，探测图像形象、直观，在工程地质勘察中有着不可替代的作用。

1 工程概况

江北新区滨江水环境提升利用系统工程一期项目，拟在滨江大道西侧采用盾构施工隧道。引水河泵站位于滨江大道西侧，出水自流涵从泵站东南向穿过滨江路流入长江。据原有设计资料，自流涵过路部分的老基础为钻孔灌注桩，桩长16 m，桩径400 mm,桩间距2 m，桩底标高（绝对）-14 m左右。由于修建年代久远，灌注桩的实际施工位置与设计图可能存在出入。

2 物探方法与技术参数

本次物探原拟在长约24 m、宽约11 m的范围内探测桩位。瞬态面波采用5 Hz低频检波器，测线数量43条,单条测线长11.5 m,测线总长494.5 m， 测线位置见图1。钻孔地震波CT采用MiniSeis24浅层地震仪，钻孔18个，剖面71个，剖面图见图2[1-2]。

图1 瞬态面波测线位置

图2 CT剖面布置

3 物探成果分析

3.1 瞬态面波物探成果及分析

场地内浅部地层地基以低频的面波数据来分析，其中未处理的河道、软土（包括粉细砂）部分横波速度小于250 m/s，已处理地基部分波速在250～300 m/s，桩基部分波速大于300 m/s，三个区域具体如图3所示。由于面波达到的深度有限，-10 m以下的波速仅供参照。

图3 暗涵中轴线处面波纵切面

图4 为面波探测的三维图，其中X轴沿河道轴线，正方向为东；Y轴正方向北，Z轴为标高。面波波速低于250 m/s的岩土属于软土，以此区分土体与处理过的地基，下部为高速区，上部为低速砂性土区。由图4可以看出，地表为大约1 m厚高速杂填土层，暗涵下方自地表深度6～16 m地基已被加固。

图4 面波三维视

3.2 地震波CT物探成果及分析

深部地层依照CT剖面分析，原状土的波速一般低于2 000 m/s。本场地共有71个CT剖面，在波速剖面中，颜色相差较小、分布较为均匀的剖面，说明剖面的激发与接收孔之间介质比较均匀。鉴于全场分析，人工桩不可能全场均匀，则均匀的介质为原状砂性土。在剖面中色差较大，且出现低速的区间，则可能存在障碍物，使波速发生绕射等，相对于激发与接收点，速度降低。

部分桩位纵剖面图如图5所示，其中河道中轴线南侧1 m处桩位桩身在-2～-6 m可见分离，其下由于桩施工过程中混凝土浆的压力作用，桩与桩之间的细砂层压密，桩位分离不清；河道中轴线北侧1 m处的土层在标高-2～-8 m可见桩位，-10～-14 m桩身“脱节”，-14～-18 m桩端扩径，桩间细砂被压实，桩身分离不清。

图5 部分桩位纵剖面

由CT物探成果可以看出，区域内的桩位不明显。桩身横断面不规则，在不同深度上，桩径变化很大，单排桩的桩与桩之间基本无间隙。浅层基础从地表下6 m左右开始，处理至地表下11.5～12 m。桩基础深度自浅基础开始，深度不一，桩底标高-5～-18 m。CT物探成果与面波探测得到的浅层（-10 m以内）桩位分布相符，一定程度上验证了CT成果的可靠性。

由于CT剖面在平面上呈交叉分布，地下障碍物的空间分布不够直观，不利于分析，为此对剖面上的数据进行计算，使得物性值展示在三维空间进行分析。图6为标高2～-20m孔间CT探测三维图。以纵波速度2 000 m/s区分原状土与处理过的地基。由图6可以看出，桩基部分在河道轴线两侧，北侧部分较为明显，但桩与桩之间已相连。

综合以上物探成果，给出了推荐的盾构施工位置，如图7所示。

图6 CT探测三维

图7 推荐盾构施工位置

4 结语

钻孔地震CT技术具有分辨率高、可靠性好、图像直观的特点，可以从地质体外部测量数据反演获得精确直观的地质体内部图像。工程实践表明，采用钻孔地震波CT对原有桩基分布进行探测，能够克服常规工程勘察的不足，准确有效地探明桩位分布，提供安全可靠的盾构施工依据，可供类似工程参考。