综合物探在顶管施工项目中的典型应用

综合物探在顶管施工项目中的典型应用

摘要：地下工程在城市建设的过程中扮演着越来越重要角色。为保证施工过程和周边设施的安全，对顶管路径方向的施工监测以及前期勘探显得尤为重要。施工区域的管道和障碍物走向位置和埋设深度是勘测的重要内容。本文通过某顶管施工路径障碍物探测实例，来分析综合物探在顶管工程勘测中的工作思路和方法。

关键词：管线探测障碍物地质雷达地震影像顶管工程

前言

伴随着城市的高度发展，建设施工的身影已经屡见不鲜。顶管施工作为全新的非开挖施工技术方法之一，因其具有省时、安全、高效以及对周边环境、交通、管道等影像较小而逐渐受到人们的青睐。

1.工程概况

该项目位于某火车站广场附近。因某道路拓宽改造工程的需要，在A路至B沟间采用顶管施工方式建一地下排水管道。施工前需对该拟建区域地基进行综合物探勘察，以查明地下管线及障碍物的平面位置、走向、埋深等分布情况，为顶管设计和施工提供物探依据。

1)探查深度为地面下12m。

2)测区范围：北至铁路围墙，西至南B沟，南至管中心线以南20m，东至A路西侧。测区东西长约400米，西端宽约30米，东端宽约50米，面积约15000 m2（见图）。

2.地质概况及地球物理特征

2.1地形地貌

根据调查资料显示，测区东端原为一洼地，并有一水塘，后经人工填土后成现状；西端原有一火车站月台，早已拆除；测区内目前主要为居民住宅区，巷道狭窄，地表多为水泥地坪和混凝土盖板。

2.2地球物理特征

据地质及邻区地球物理资料显示，区内岩土的电磁波速度如表1。

表1 区内岩土物性参数

岩性 介电常数

潜水 33

空气 1

杂填土 70-95

粉质粘土 86-100

障碍物位于土层内，与围岩存在一定的物性差异，这是利用地质雷达、地震影像进行地下障碍物及地下管道探测的地球物理前提。

3.工作思路与方法技术

3.1工作难点

本次工作有以下难点：

1)测区位于铁路及主街道旁，各种振动、电磁干扰较为严重；

2)测区原地貌为水塘、小河、铁路路基，经多次回填改造，地表条件极为复杂，不利于各方法的信号传播。

3)顶管区域经过居民住宅区，区域内建筑物众多，分布复杂，且年代久远，对资料调查及勘察工作带来了很大的困难。

3.2技术思路

根据规范要求及以往物探经验，结合本次工作目的及现场地质条件，测区位于铁路、公路交通主干线旁，干扰背景及其复杂，在收集分析以往地形地貌地质及建筑物资料的基础上，对本次地下管线采用以管线仪探测为主，地质雷达为辅，其它综合物探方法为补充的方案；地下障碍物采用地震影像、地质雷达等方法探测。

3.3 测线布置

浅部管线主要利用常规探测方法，如管线仪探测；深部管线则利用综合方法。

根据场地情况，在场地范围内建筑物间空地及道路上布置测线；其中地震影像测线30

条，地质雷达测线34条。

4.地下管线探测

4.1普查前的准备工作

1)资料搜集

地下管线探测前全面搜集和整理测区范围内已有的地下管线资料和有关测绘资料，包括下列内容：

⑴ 地下管线现状调绘图；

⑵ 未归档的管线的设计图、施工图、竣工图及技术说明资料；

⑶ 1：500或1：1000的地形图；

⑷ 测区及其邻近测量控制点的坐标和高程。

2)工区踏勘

踏勘是在搜集、整理和分析已有资料基础上进行。踏勘的目的是了解测区内地球物理特征、干扰情况、场地施工条件，了解测区测量控制点保存完好情况；对测区内地下管线的分布的基本状况初勘。为普查工作连续进行铺垫基础。

3)方法试验与仪器一致性测定

在地下管线探测开始时，首先在测区内已知管线上进行方法试验，以确定方法技术和所选用的仪器的有效性、精度和有关参数。

4.2探查方法

本项目中拟采用以地下管线探测仪为主，地质雷达为辅，其它综合物探方法为补充的方案。

1)电磁感应探查方法（即地下管线仪探查方法）；

2)地质雷达探查方法；

3)其他综合物探方法（包括磁法和高密度电法、瞬变电磁法等）；

4)打洞钎探法。

根据城市地下管线的特点，大部分管线较为简单，采用管线仪进行探测，少量为复杂和疑难部分，主要为多管线近距离埋设、交叉及隐蔽非金属管线（给水、燃气），这部分是探测的重点和难点，也是普查工程能否成功的关键之所在，根据实际情况，选择合理的方法（地质雷达、高密度电法、瞬变电磁法、打洞钎探法）。查探时遵循从已知到未知的原则。

5.地下障碍物探测

5.1地质雷达工作方法与技术

地质雷达利用高频电磁波（主频为数十至数千兆赫），以宽频带短脉冲形式，由地面发

射天线（T）送入地下，在地下遇到两不同介质的界面时, 高频电磁波将被反射回地面，由另一天线（R）接收。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波强度与波形将随着所通过介质的电性及几何形态变化而变化。因此研究接收到的电磁波旅行时（双程走时）、波形与波幅变化规律，可判断地下介质的结构。障碍物的介质电性及几何形态与围岩均有明显差异，通过对地质雷达波形的分析，可以判断是否存在障碍物。

插图1地质雷达探测基本原理图

1)仪器设备

外业数据采集系统采用某型地质雷达及与其配套的低频天线；

2)施工方法及参数设置

观测方式采用沿剖面连续测量。扫描数、天线频率、记录长度等技术参数根据现场试验取得，施工参数为：

天线频率：100 MHz采集模式：连续

记录长度：800ns样点数：512字节数：16

5.2地震横波映象工作方法与技术

1)仪器设备

⑴地震仪：采用某型便携地震仪，它具有动态范围大、分辨率高的特点；

⑵震源：采用18磅大锤人工敲击方式；

⑶接收装置：接收选用38Hz横波检波器；

2)施工方法与技术

选择合理的工作方案和工作时间，将直接影响其地质效果。为此，本次工作全部选择干扰较小时施工。根据现场情况，经方法参数试验，映象施工参数为：

道间距：0.1～0.2m偏移距：0.5m

记录长度：250ms～500ms 采样率：0.25～0.5ms

5.3地下障碍物判别

依照地质雷达及地震影像的工作原理以及以往的工作经验，地下管线与障碍物上方的地质雷达波和地震波形常常会显示抛物线状的圆弧（插图2）或相位畸变。圆弧顶中心对应管线顶部，圆弧顶深则表示管线的顶部埋深，而管线的下底由于上顶信号过强压制，使得下部信号较模糊，管线在测线方向的水平宽度有时因上顶信号强也难以确定，依据经验亦可判别。

插图2某地地下管线异常雷达波形图

6.测量工作

此次综合物探勘察测地工作采用地形图定点、测绳量距的方法，以确定测线的起点、

终点以及各方法测点的位置。测线端点和管线点坐标，根据已知控制点，采用全站仪进行测量。这里不再多加描述。

7.资料解释及成果

7.1地下管线成果

本次探查到地下管线共1630米，其中自来水691米，排水731米，煤气79米，高压电缆51米，低压电缆45米，未知管线29米，废管4米；测区内地下管线的深度基本都在0～3.5米以内。

7.2障碍物探测成果

本次工作共布设34条综合物探测线，这里给出部分勘测解释介绍。

插图3、插图4分别为A23、A24测线地质雷达时间剖面图，从图中可发现在A23测线中5号及8号、9号标注之间，浅部出现多相位异常信号；在A24测线中2号、3号标注之间及6号标注，浅部出现多相位异常信号，该部分异常信号推断为浅部管道或地层物性差异引起。A23测线以10号与11号标注之间为界，A24测线以1号标注附近为界，南北两侧雷达时间剖面相位差异较大，对照地形图，两分界处临近军转站大楼北墙，结合调查资料，分析认为分界南侧为房屋基础，北侧则为土层，两者因为物性结构差异较大引起信号差异。

插图3A23测线地质雷达图Mx6

插图4A24测线地质雷达图Mx7

插图5为A6地震影像图，图中显示10CDP附近浅部出现圆弧状波形，根据异常测线位置，结合管线探测成果，该异常为浅部排水管道的反应，深部未发现异常信号。

插图5A6测线地震影像图（局部）

插图6为A20地震影像图，图中显示30～90CDP间浅部出现波形畸变，频率较低，根据异常测线位置，结合管线探测成果，该异常为排水涵沟反应。

插图6A20测线地震影像图（局部）

通过分析收集的资料，结合上述综合物探的探测成果，分析出测区内主要的建筑物及场地的地下基础分布情况。

8.结语

本文通过工程实例表明，采用电磁法、地质雷达、地震影像等综合物探方法在解决顶管施工工程中管网探测和地下障碍物探测中的实用性和有效性。多种方法的相互补充和印证为物探成果的全面性和精确度提供了保障。

参考文献：

[1]区福邦．地下管线普查技术研究与应用[M]．南京：东南大学出版社，1998.

[2]姜文青.探测煤气PE管的Noggin500地质雷达.地质与勘探，2004.