兰州地铁1号线地下空洞及不密实探测实施方案中铁西南科学研究有限公司工程地质研究所2014年8月26日目 录1 前言12 工作目的及大纲编制依据32.1 工作目的32.2 编制依据43 项目探测方法及测线布置43.1 地质雷达43.2 瞬态面波63.3 测线布置94 现场实施细则104.1 工作内容104.2 探测技术方案制定原则104.3 探测工作实施方案104.4 探测资料提交115 工程质量管理体系及保证措施125.1 质量保障措施125.2 质量管理承诺135.3 安全生产管理体系及保证措施145.4 环境保护保证体系及保证措施165.5 设备及人员配置175.7 进度保证措施19II地下空洞及不密实探测实施方案1 前言近年来，随着城市发展，我国地铁建设进入高峰发展时期，其中安全问题已成为地铁施工过程中的重中之重。目前，修建地铁所引起常见事故有：塌方、周围建筑物倾斜、地下管道受损等，其中地面塌陷事故占有较大比例，地面塌陷事故往往造成重大人员伤亡。以北京地铁为例，截至2010年北京发生的24起（除管理外）安全事故中就有16起是地面塌陷事故。地面塌陷具有突发性、复杂性和高危害性特征，一旦发生地面塌陷事故，不但造成巨大的经济财产损失，产生恶劣的社会影响，还严重威胁着人民的生命安全，特别是近期发生的多起重大地铁塌陷事故，更是引起全社会的广泛关注，产生了极其恶劣的社会影响，例如，2006年北京地铁10号线三环路京广桥附近地面塌陷，导致附近交通全部中断，2007年北京地铁10号线苏州街地面塌陷造成6人死亡，2007年南京地铁汉中路地面塌陷，导致天然气管道断裂、爆炸，附近大厦被点燃， 2008年杭州“11.15”地铁工地重大塌陷事故造成20余人伤亡，其它城市如大连、东莞、哈尔滨、南昌等城市也发生多起塌陷事故，今年（2013年）1月28日，广州地铁荔湾区康王南路发生一起地陷事件，导致地面出现一个面积近300平方米、最深约10米的巨大空洞，致两栋2层楼房发生垮塌，6间店铺被埋。据统计，全国28个城市在建地铁，有19个发生过塌陷事故。国内外实践表明，盾构法施工都会扰动地层，进而引起地表的沉降，即使采用目前先进的(包括同步壁后注浆在内)密闭盾构技术，也不能完全消除施工对地面的影响。根据国内外相关研究成果，盾构法施工造成地表沉降或塌陷的主要原因是施工中产生的地层损失引起的地层移动，形成空洞，造成地面塌陷。受中铁十六局集团有限公司的委托，我公司对兰州地铁一号线迎门滩马滩土门墩三站点区间段进行地铁上覆地层空洞及不密实探测实施方案设计，具体位置见图1。其中：迎门滩马滩区间设计里程为：YDK13+149.946YDK15+056.513，ZDK13+149.946ZDK15+056.513（长链1.462mm），右线长1906.567m，左线长1908.029m，以及区间风井（兼联络通道）一座（YDK13+749.00），盾构检修井（兼联络通道）2座，区间拟采用盾构法施工，线路中下穿黄河段长度约404.0m。马滩站为兰州市城市轨道交通 1 号线一期工程中间车站，车站设计起止里程为：YDK15+056.513YDK15+355.713，车站为地下三层单柱双跨箱型框架结构，主体长度299.20m。马滩土门墩区间起止里程为：YDK15+355.713YDK16+657.614，ZDK15+355.713ZDK16+657.614(短链13.086m)，右线长1301.901m，左线长1288.815m。区间隧道主要走行于卵石土中，基本位于地下水位以下，区间拟采用盾构法施工。图1 工程位置示意图工程特点：城市路面，要求探测地铁上覆地层深度范围内（0-40m）地层详细情况，含地层空洞、不密实等。2 工作目的及大纲编制依据2.1 工作目的（一）通过前期勘察设计资料，对地铁施工沿线进行地质调查，重点调查基础埋深，基础类型与地铁线路的位置关系及使用情况等，开展风险源分析，并进行风险评价；（二）通过综合物探方法对地铁隧道沿线影响范围的覆盖层进行详细探测，结合地质资料，探明场区内地层工程地质和水文地质特征用于与隧道开挖后的地层物探图谱资料作对比，查明场区内的重点地质段落，划分施工风险重点控制段，并分析对施工的影响。2.2 编制依据根据本工程的特点，制定了地层空洞、不密实探测方案。方案的制定主要依据有：（1）铁路工程物理勘探规程（TB10013-2010）；（2）多道瞬态面波勘察技术规程(JGJ/T143-2004)；（3）兰州地铁1号线岩土工程勘察报告。3探测方法及测线布置3.1 地质雷达（一）探测原理地质雷达测量原理如图2所示。（二）仪器设备本项目探测主要采用瑞典MALA公司生产的X3M雷达系统进行测试。测试天线采用中心频率为50MHz非屏蔽天线，采集与分析软件为同一软件包，与本探测仪器系统配套。主要包括控制单元、发射机、接收机、天线、信号处理机和成像显示设备、电源等。图2 地质雷达测量原理图（三）数据采集（1）测试前应收集场地内的地质勘查资料，详细了解场地内的地质情况、管线等分布情况；（2）现场测试时选择合适的天线频率，确定介电常数；（3）地表布置纵向及横向测线探测浅表地层内的不密实和空洞；（4）选择合适的时间窗口和时间间隔，采用连续测量方式进行测试；（5）现场测试时排除、避开电磁干扰物，不能排除或避开时做好标记；（6）测试时应对观测到的不良地质体和地下水应做好现场记录。（四）数据处理与解释探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测雷达剖面图。地质雷达探测资料的解释包括两部分内容，一为数据处理，二为图象解释。标记隧道名称、测线、里程时深剖面原始数据设计及施工资料和地质资料现场原始记录数字处理形成报告统计列表、复核确定缺陷类型和位置图3 数据处理及资料解释流程图 图4 地质雷达典型成果示意图3.2 瞬态面波（一）探测原理面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的P波和S波不同，它是地滚波。面波法是利用面波的上述运动学特征和动力学特征来进行工程地质勘察的物探方法。瞬态面波方法的物理前提就是利用地下介质间的物性差异，通过仪器接收人工激发或天然的地球物理场波速在空间或时间上的响应，以达到探测地下介质分布特征的目的。面波探测方法一般分为瞬态法和稳态法两种。这两种方法的区别在于震源不同。瞬态法是在激震时产生一定频率范围的面波，并以复频波的形式传播；而稳态法是在激震时产生相对单一频率的面波，并以单一频率波的形式传播。（二）仪器设备本项目测试采用我单位自主研发生产的SF12型多通道瞬态面波仪，配备专用4Hz面波检波器。该仪器采用采用人工锤击方式激震,外触发，全通道接收方式。检测仪器的主要工作参数设置如下表2，相关设备见图5：表1 仪器主要工作参数 仪器名称仪器型号工作道数采样间隔采样点数触发型式通频带宽多通道瞬态面波仪SF1224/12148s8K外全 通图5 SF12型多通道瞬态面波仪（三）数据采集（1）参数实验测试正式检测前，选择符合基本测试条件的单一岩土区域，对测区可能出现的地层岩土基本参数进行测试。（2）道间距、炮检距选择道间距为1m，炮检距不小于最大勘探深度的一半，具体采用的炮检距根据场地土层覆盖层的厚度由现场试验确定，采用56磅重锤激发震源。（3）数据采集观测系统主要采用单端激振全排列移动法，具体根据地形、地质与地球物理条件作适当调整，以保证主要目的层的连续追踪；仪器设置在全通状态，仪器各道增益设置一致；在进行现场检测时，将各个检波器布设在同一直线上，若规定的检波点场地条件有限时，采取左右移动检波器，移动距离不超过道间距的10%；在地表介质松软时或风力较大条件下，检波器采取相应的挖坑埋置，对检波器周围的杂草等易引起检波器微动之物提前作清除处理；采集工作结束后，及时传导数据，并同时做好现场采集班报表记录，相关的信息和数据用铅笔记录在瞬态面波法记录纸上对应项目中（四）数据处理与解释瞬态瑞雷面波法数据处理主要采用Surface Wave Analysis Wizard软件配合WaveEq(Surface Wave Analysis)进行综合分析处理。本套软件整个数据处理在四个分别不同数据域的处理页面上逐步进行，每个处理页面都具备窗口显示和多页的操作控制。页面按处理顺序排列，共分：X-T时距域，F-K频率波数域，X-F距离频率域，Z-V深度速度域等四个处理页面。瞬态瑞雷面波法采集到的原始资料是面波沿地面传播的时距域振动波形,它是由不同频率的面波叠加在一起，以脉冲的形式向前传播，因此瞬态法记录的信号要经过x-t时距域、f-k频率波数域、x-f距离频率域、z-v深度速度域进行分步处理，最终得到一条频散曲线，再进行反演获取测点地层面波速度大小。如图6为兰州地铁1号线 拱星墩站焦家湾站竖井位置面波反演剖面图（DK32+229+253）。图6 面波反演结果示意图3.3 测线布置根据工程特点及探测目的，对测区进行详细地质探测、地层空洞探测。拟采用多种物探方法进行综合探测，应用不同物探方法探测特点，优劣互补，共同完成探测任务，实现探测目的。主要采用物探方法有：地质雷达法（超低频天线）、瞬态面波法等；测线布设原则：对区间段左线、右线分别布设2条地质雷达测线（左中轴线左侧、左中轴线右侧、右中轴线左侧、右中轴线右侧）进行探测（异常普查）；再结合地质雷达异常区进行瞬态面波法精测，确定异常具体位置与大小。具体现场探测方法测试情况如下表（表1）：表2 各探测方法拟设计测试情况表探测方法仪 器测线布置拟设计工程量备注地质雷达（50M）地质雷达水平：4条测线（左中轴线左侧、左中轴线右侧；右中轴线左侧、右中轴线右侧）11200m连续测试（3500m-300m明挖-400m黄河下穿）*4瞬态面波法SF12型多通道瞬态面波仪对雷达异常区进行精测（预估测试5%）560点1m/点（11200m*0.05）4 现场实施细则4.1 工作内容对地铁上覆地层采用综合物探方法进行系统探测，补充地质探测、划分重点病害段，并采用网格化高精度复测，对病害段验证。目的：探明地层工程地质和水文地质特征；探明地层中已存空洞、不密实区的规模、形态、特性等；4.2 探测技术方案制定原则（一）根据工程实际情况，科学、合理的安排勘查方案，做到成本低、精度高、受场地限制小等优点；（二）保证探测工作具有连续性、全面性，又突出重点，加强重点；（三）不影响施工或影响施工小。4.3 探测工作实施方案针对兰州地铁1号线工程特点，根据探测的重点、难点不同，探明已存在空洞、不密实区等病害，防止地面塌陷事故的发生。由于各种物探方法适用范围及性质特点，恐因环境影响出现假异常或漏掉部分真异常，因此在不同风险级别地段内，按预计比率采用地震面波法进行综合探测，确定病害具体位置及影响范围。具体方案如下：（1）宏观整体探测沿地铁纵向布设4测线（左中轴线左侧、左中轴线右侧、右中轴线左侧、右中轴线右侧），采用较快速物探手段进行扫描或探测，探明地层工程地质和水文地质特征，并找出异常段，为下一步重点异常段精确探测提供依据。计划采用的方法有：地