综合物探法在常州轨道交通2号线的应用

胡导云，潘伯鸣，张洋

(1.常州市轨道交通发展有限公司，江苏 常州 213022； 2.常州市测绘院，江苏 常州 213002；3.常州市地理信息智能技术中心，江苏 常州 213003)

1 引 言

轨道交通是城市公共交通的重中之重，由于其施工的特殊性，往往在盾构施工过程中紧贴城市建筑物的桩基、桥梁基础等地下障碍物。如何能准确测定地下障碍物的埋深、位置、轮廓，为轨道交通提供便利的盾构施工条件则显得尤为重要。

常州轨道交通2号线在地下穿越了城市建筑的密集区域，穿越区域存在着大量地下障碍物，严重威胁着轨道交通的施工安全，采用单一物探方法可能会导致地下障碍物探测定位的不准确。为保证轨道交通工程施工的安全性及准确性，根据该工程的实际情况，采取多手段、多方法的物探技术进行相互验证[1]，再结合精确定位的测量技术确定地下障碍物的精准位置，为盾构掘进提供优良条件。

2 项目背景

常州轨道交通2号线为东西方向布设，穿越了常州钟楼区、天宁区和经开区，全线包含地下车站共有14座，高架车站1座。地下线路长度为18.2 km，高架段长 1.2 km。沿线穿越多条城市主干道路和高架路、沪宁城际铁路、京杭运河等交通枢纽地区，两侧高楼林立。因为工程主要为地下盾构施工，所以查明轨道交通沿线下穿的建筑物地下基础以及地下建(构)筑物等影响工程设计、施工的地下障碍物，包括建筑物、桥梁、涵洞、驳岸、码头等基础及地下停车场、隧道等建(构)筑物就显得尤为必要。

3 物探原理及方法

常州市轨道交通2号线场地处于长江三角洲太湖冲积平原，地形较为平坦，区域地质构造较稳定，沿线地层自上而下的分布情况主要为填土、素填土、粉质黏土、黏土、粉砂等。地层以下除地表为杂填土之外，下伏地层多为黏土层，而本次探测的主要地下障碍物为地下建(构)筑物基础，其密度、纵波波速、横波波速、介电常数等物理性质参数与周围的土层差异显著，这些差异就是采用物探技术测定地下障碍物的基础与前提条件[2]。各种主要介质的物性参数如表1所示，可以发现不同介质的物性差异十分明显。

各种介质物性参数表 表1

由于城市轨道交通盾构施工条件非常苛刻，在施工前必须充分地收集相关的建(构)筑物的基础资料。在此基础上，通过技术试验，选择地质雷达、地震映像及高密度电法等方法进行探测工作，通过综合物探方法进行对比及相互佐证[4]，能够提高地下障碍物探测结果的可靠性。通过高精度的测量定位，能够精确标定地下障碍物的位置，为轨道交通工程设计方案的最终确定提供数据资料，也为地下施工制订相关保护和避让措施提供依据。

4 工程实例分析

常州市轨道交通2号线沿线穿越多处地表水体，如市河、南运河、古运河等。为保证轨道交通施工能无障碍通过，需准确探测地表水体箱涵的边界位置。以市河箱涵边界探测为例，采用地质雷达探查法测定箱涵边界位置，辅以高密度电法、地震映像法，并结合现场测量和钻探验证综合判定箱涵边界位置，从而保障盾构施工掘进的顺利进行。

为探测市河箱涵边界位置，如图1所示布置了雷达测线32～34、地震映像测线11和高密度测线2。

图1 测线布置图

4.1 地质雷达探测法

采用EKKO PRO型探地雷达向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波，当电磁波在传播时遇到存在电性差异的地下空洞、分界面等便发生反射[5，6]，返回至地面后选用 100 MHz雷达天线接收，再对波进行处理和分析，进而推断箱涵边界的具体位置。其中雷达测线33，长度 26.6 m，测线方向如图1所示，采集方式为等间距点采集，点距 0.10 m，采集时窗 140 ns。雷达测线33的GPR探测剖面如图2所示。

图2 GPR探测剖面及解释成果

图2中，在测线8.8m、16.8m处存在半支明显的绕射弧，因箱涵主要由钢筋混凝土等构成，其介电常数与周围地层差异较大[7]，当雷达天线发射的电磁波遇到箱涵和地层这两种不同介质时即发生反射，同时，结合现场情况分析，确定 8.8 m、16.8 m为箱涵边界位置。

4.2 地震映像探测法

地震映像探测采用SWS-7S型多功能地震仪，选用 28 Hz垂直地震检波器接收，偏移距 1.0 m，采集点距 0.3 m，震源采用锤击方式。将现场仪器测量得到的地震波记录进行回放、编辑整理、滤波、增益等处理后[6]得到探测成果剖面如图3所示。

由图3可以看出，地震映像剖面上第47道(即测线 13.8 m的位置)至第71道(即测线 21.0 m的位置)之间的反射波组与两侧的反射波组形态差异较大，存在较为明显的分界面。结合现场情况分析，确定测线 13.8 m和 21.0 m处为箱涵两侧边界的位置。

图3 地震映像法剖面及解释成果

4.3 高密度电法

采用WGMD-9超级高密度电法仪，以岩、土导电性的差异为基础，综合电测深法和电剖面法的特点，通过调整极距的大小，测量地质环境中不同深度、不同位置处电阻率分布规律[8]。测点间距 0.5 m，测线总长度 59.5 m。将外业采集到的电阻率剖面进行处理后，得到探测成果剖面如图4所示。

图4 高密度电法探测剖面及解释成果

从图4可以看出，高密度探测成果图剖面上 29.0 m～36.5 m处，存在较为明显的高阻区域，结合现场情况分析，确定该处为箱涵位置，与其他两种方法的探测结果一致。

4.4 小结

采用了以上介绍的多种物探方法进行互相的验证，并经综合分析、调查资料和测量定位，最终确定了箱涵边界的准确位置。同时，探测工作由点到面，逐步准确获取了线路影响区域内的所有地下障碍物情况，为常州市轨道交通2号线的设计和施工提供了翔实的参考依据。

现场采用精密定位测量仪器对物探确定的箱涵边界位置进行精确的平面和高程定位。轨道交通2号线盾构施工下穿该箱涵期间，对盾构姿态进行了严格的控制，并对箱涵进行了加密监测。实践表明盾构能顺利下穿该箱涵，下穿过程中箱涵和周边环境未发生明显位移和沉降。

5 结 论

单一的物探方法确定地下障碍物的具体位置往往有其原理的局限性，因此，在城市建筑物密集地带开展障碍物探测一定要采取多种方法相互补充、相互验证，能精准确定其具体位置、埋深等信息。常州市轨道交通2号线地下障碍物探测工程充分结合了多种物探方法的优点，有效查明了轨道交通线路沿线的地下障碍物，为地铁施工提供了有力保障。