韓可林 安子玥 盛松濤 楊維婷 王新衛(wèi)

摘 ?要：分析現(xiàn)行主要地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)的優(yōu)缺點和地質(zhì)雷達探測原理。以某市雨污分流改造工程為背景，介紹RIS-K2型地質(zhì)雷達測試儀對掌子面前方地質(zhì)情況進行探測的方法步驟。分析復(fù)雜地質(zhì)區(qū)頂管施工地質(zhì)條件與相應(yīng)雷達圖像的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對復(fù)雜地質(zhì)區(qū)情況進行預(yù)報，并針對具體地質(zhì)情況為頂管安全施工提出相應(yīng)解決辦法。

關(guān)鍵詞：頂管施工；超前預(yù)報；地質(zhì)雷達；雷達數(shù)據(jù)分析；雨污分流

中圖分類號：TU992.05 ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）18-0177-04

Abstract： The advantages and disadvantages of the current main geological advanced prediction techniques and the detection principle of GPR are analyzed. Taking the rain and pollution diversion reconstruction project of a city as the background， this paper introduces the methods and steps of RIS-K2 ground penetrating radar tester to detect the geological conditions in front of the palm face. This paper analyzes the correlation between the geological conditions of pipe jacking construction in complex geological areas and the corresponding radar images， forecasts the situation of complex geological areas， and puts forward corresponding solutions for safe pipe jacking construction according to the specific geological conditions.

Keywords： pipe jacking construction; advance prediction; ground penetrating radar; radar data analysis; rain and pollution diversion

在老舊城區(qū)排水系統(tǒng)升級改造中，雨污分流便于雨水收集利用和集中管理排放，降低水量對污水處理廠的沖擊，保證污水處理廠的處理效率。由于老舊城區(qū)地下排水管道施工涉及城市的方方面面，應(yīng)針對雨水分流進行合理的施工管理，進而充分發(fā)揮雨污分流工程改建性能，有效改善城市水環(huán)境[1]。在城鎮(zhèn)地下排水管道修建時采用頂管施工技術(shù)，能夠穿越公路、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等[2]。但在頂管頂進的過程中，前方不明確的地質(zhì)情況會對安全施工造成一定的威脅，超前地質(zhì)預(yù)報可以為頂管施工參數(shù)的合理確定提供依據(jù)，從而避免出現(xiàn)頂偏、塌陷等質(zhì)量安全問題。

1 ?地質(zhì)預(yù)報技術(shù)分析

目前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)有TSP地震波法、超前鉆探法、瑞雷波和地質(zhì)雷達法等。各種地質(zhì)預(yù)報技術(shù)對比見表1。

可見，地質(zhì)雷達法進行地質(zhì)預(yù)報具有非破壞性、抗電磁干擾能力強、具有較滿意的探測深度和分辨率等優(yōu)點，采用便攜微機控制數(shù)字采集、記錄、存儲和處理[4]。因此，地質(zhì)雷達法進行超前地質(zhì)預(yù)報優(yōu)勢較明顯。

2 ?地質(zhì)雷達探測原理

電磁波在介質(zhì)中傳播時，根據(jù)接收到波的傳播時間、幅度與波形資料可推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)[5]。地質(zhì)雷達法超前地質(zhì)預(yù)報的實現(xiàn)過程為：由發(fā)射天線將高頻電磁脈沖波送入掌子面前方巖土體，當(dāng)高頻電磁脈沖波在傳播過程中遇到不同目標(biāo)體（斷層、空洞等）的電性介面時，部分反射回來的電磁波被接收器所接收、記錄，并獲取電磁波從發(fā)射到反射回來被接收所用的時間。當(dāng)電磁波在介質(zhì)中的傳播速度已知時，即可確定目標(biāo)體的位置[6]，其原理如圖1所示。

地質(zhì)雷達常采用剖面法（收發(fā)天線等距移動）進行測量，收發(fā)天線之間的距離與探測目標(biāo)深度相比數(shù)量較小，故假設(shè)雷達波垂直入射（收發(fā)天線間距為0），則雷達波探測目標(biāo)地質(zhì)缺陷體的埋深為

3 ?工程實例分析

3.1 ?工程概況

某市城鎮(zhèn)生活污水處理提質(zhì)增效工程內(nèi)容包括：現(xiàn)狀截流總管改遷、雨污混接改造及污水管網(wǎng)建設(shè)。新建污水管網(wǎng)約14.7 km、雨水管網(wǎng)約1.2 km，并對流域內(nèi)雨污管網(wǎng)進行清淤及缺陷修復(fù)，工程布局如圖2所示。采用RIS-K2地質(zhì)雷達進行連續(xù)掃描測量，對復(fù)雜地質(zhì)區(qū)頂管施工進行超前預(yù)報，并提出相應(yīng)的解決方案。

3.2 ?地質(zhì)雷達探測處理過程

本次對頂管施工進行超前地質(zhì)預(yù)報采用地質(zhì)雷達法，使用意大利IDS公司生產(chǎn)的RIS-K2高精度探地雷達。該雷達具有信號穩(wěn)定、分辨率高、軟件功能強大、輕質(zhì)便攜及能適應(yīng)惡劣的環(huán)境等優(yōu)點[6]。RIS-K2雷達系統(tǒng)包括主機、天線和控制處理軟件等（圖3），具有極高的發(fā)射速率和掃描速度，頻率從25～2 500 MHz。

本工程測線布設(shè)采用平行測線法，在選定測段上，地質(zhì)雷達沿平行測線來回探測，一條測線探測4次，以減少數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的誤差?，F(xiàn)場測線布置如圖4所示。

地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)處理是雷達數(shù)據(jù)分析的重要環(huán)節(jié)。使用GRESWIN2軟件對RIS探地雷達系統(tǒng)獲得的雷達數(shù)據(jù)進行處理，步驟如下。

1）使用Move start time 菜單模塊去除直達波，使雷達圖的深度值與探測物體的深度值相一致。

2）使用Background removal 菜單模塊進行背景消除，使用Clear-X濾波算子，去除水平背景噪聲和振鈴效應(yīng)所造成的干擾。

3）使用Vertical bandpass filter（TD） 菜單模塊進行時域垂直帶通濾波。

4）使用Linear gain菜單模塊進行線性增益。

處理后正常無地質(zhì)缺陷區(qū)域地質(zhì)雷達剖面圖如圖5所示。

處理后典型異常區(qū)域地質(zhì)雷達剖面如圖6所示。

3.3 ?地質(zhì)雷達超前預(yù)報結(jié)果分析

本工程頂管埋深為地下11 m左右，為使探測分析更精確，地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)分析軟件GRESWIN2設(shè)置顯示深度為20 m，選取3個典型測段的地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)進行處理與分析。測段一經(jīng)處理后的雷達數(shù)據(jù)如圖7所示，圖中黑框內(nèi)為45°傾斜節(jié)理，左邊黑框范圍在水平10～35 m、深度7.5～15.5 m內(nèi)，右邊黑框范圍在水平40～60 m、深度8～14 m內(nèi)。白框內(nèi)為含水層，范圍在水平0～30 m、深度0～12 m內(nèi)，疏松、緊密土層相夾，疏松土層含水量豐富。

測段二經(jīng)處理后的雷達數(shù)據(jù)如圖8所示，圖中黑框為60°傾斜節(jié)理，范圍水平20～45 m、深度5.5～14.0 m內(nèi)。其余土層均勻。

測段三經(jīng)處理后的雷達數(shù)據(jù)如圖9所示，圖中黑框內(nèi)為探溝，在水平18 m處，作用是探明施工區(qū)域內(nèi)地下管線的埋設(shè)情況。白框為含水層，范圍在深度7.5 m以內(nèi)，含水量豐富。

4 ?結(jié)束語

頂管施工頂進過程中，掌子面處難免會遇到傾斜節(jié)理、含水層、砂卵石等復(fù)雜地質(zhì)情況。對通過地質(zhì)雷達超前預(yù)報所發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)異常部位必須采取相應(yīng)保護措施，以避免出現(xiàn)頂管抱死、頂偏等施工事故。

圍巖存在節(jié)理面會削弱其穩(wěn)定性，在頂管施工擾動時節(jié)理面可能會產(chǎn)生較大位移，還可能導(dǎo)致圍巖產(chǎn)生偏壓現(xiàn)象。當(dāng)節(jié)理傾角為45°時，圍巖不易失穩(wěn)，地表沉降值最小[8]；本工程節(jié)理傾角為60°時容易失穩(wěn)，相應(yīng)地表沉降值最大。在節(jié)理傾角為60°處，應(yīng)采取相應(yīng)的支護方案進行加固，施工時對該處巖體部位進行加強注漿控制。

針對頂管局部地層處含水量豐富的情況，可以考慮在頂管管口設(shè)置三道橡膠止水，保證管口止水效果，降低管口涌水、涌砂、突泥風(fēng)險。還應(yīng)考慮頂管內(nèi)排水設(shè)備的配備，做好強排設(shè)施設(shè)備投入的應(yīng)急準(zhǔn)備[9]。

本文提到的地質(zhì)預(yù)報技術(shù)對地面建筑復(fù)雜處適應(yīng)性不強，且采取單一的地質(zhì)預(yù)報技術(shù)容易出現(xiàn)預(yù)報不全的問題，可以考慮采用綜合地質(zhì)預(yù)報技術(shù)相互驗證，以保證預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻：

[1] 何擁軍.探究市政工程雨污分流管網(wǎng)施工技術(shù)與管理對策[J].江西建材，2022（2）：198-199，202.

[2] 余劍鋒.頂管施工引起地表變形問題研究[D].廣州：廣州大學(xué)，2006.

[3] 姜洪亮，楊庭偉，盧超波.地質(zhì)雷達法隧道超前地質(zhì)預(yù)報巖溶探測應(yīng)用研究[J].冶金叢刊，2018（11）：6-9.

[4] 陳陽標(biāo)，徐志浩.三維地質(zhì)雷達在城市地下管線探測中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（4）：189-192.

[5] 范亞男.地下管線探測中探地雷達技術(shù)應(yīng)用研究[J].測繪通報，2015（S1）：46-48，53.

[6] 郭曉南，馮磊，程涌.基于RIS探地雷達的地下管線探測實例[J].地質(zhì)裝備，2012，13（1）：31-34.

[7] 王誠龍，劉萬里，張學(xué)亮，等.基于探地雷達的工作面異常體精準(zhǔn)探測技術(shù)[J].巖土力學(xué)，2022（11）：1-11.

[8] 李婷，姜諳男，張峰瑞，等.節(jié)理巖體對盾構(gòu)開挖穩(wěn)定性和地層損失率的影響[J].工業(yè)建筑，2022，52（3）：29-37.

[9] 陳伯智.某自來水管網(wǎng)改造工程穿河頂管施工安全技術(shù)[J].人民黃河，2022，44（S1）：192-193，196.