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富水砂卵石层地铁工程微动法探测不明结构物应用技术研究

富水砂卵石层地铁工程微动法探测不明结构物应用技术研究

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作者：李伟强兰州交通大学

学位级别：硕士

在城市轨道交通建设中,传统地勘方法存在明显的不足与缺陷,如常规钻探、传统无损探测、传统地震法,场地条件限制多,容易受到干扰,导致数据出现误差、探测准确性不强,由此带来的地质信息盲区,会引发各种安全问题,形成地下水污染、地下空... 详细信息

在城市轨道交通建设中,传统地勘方法存在明显的不足与缺陷,如常规钻探、传统无损探测、传统地震法,场地条件限制多,容易受到干扰,导致数据出现误差、探测准确性不强,由此带来的地质信息盲区,会引发各种安全问题,形成地下水污染、地下空洞等病害体,给工程带来额外风险。微动探测作为一种新型的无损探测技术,具有高效、环保、抗干扰能力强等优点,在探测地层空洞、断层、土石界面等严重影响工程安全的不良地质结构时,能适应不同的地理条件,并且还能保证准确性,最大程度地补地质信息盲区,降低盾构区间地勘施工成本,保证施工安全进行。本文针对成都地区富水砂卵石地层结构松散、自稳性差等特征引发的地面沉降和塌陷问题,将微动探测方法引入地铁盾构施工,并建立适合本区域微动探测的关键技术;利用空间自相关法(SPAC法)和谱比法(h/v法)进行微动数据的采集以及反演,对微动无损勘测技术在富水砂卵石复杂地层条件下地铁盾构隧道施工中的应用进行研究。研究内容及主要结论如下:(1)将微动探测技术与传统钻探技术相结合,补充勘察盾构区间内不适用钻探技术的地质情况。动探测获得的高精度横波(S波)速度剖面,包含着丰富的地质信息,清楚地揭示了地质信息的细节,能够反映测区范围内复杂的地质情况,分析不良地质体对工程的影响,从而指导地铁盾构施工。(2)通过对微动台阵形状、台阵节点数、台阵半径以及接收条件的研究,为后续盾构施工提供依据,进而制定更加科学、合理的施工组织方式。试验对比发现采用7节点圆形台阵、台阵半径为3 m、3触点刚性底座耦合方式时,所得的空间自相关系数曲线、信号能量及波形较为稳定,能为后续研究提供保障。(3)利用SPAC、h/v反演法,进行速度结构反演,得到测区内的地质信息,排查地层空洞,对高风险范围进行抢险钻孔注浆回填。研究发现微动探测技术不仅施工形式灵活、施工效率高,而且不需要人工震源,抗干扰能力强,在复杂地层的空洞、软弱带、软硬交界面勘察方面,具有较高的准确性,能大幅降低盾构施工过程中发生地层垮塌、地表沉降等工程事故的风险。(4)应用微动法定位地下大型混凝土结构,评估地下大型混凝土结构管线在盾构前的注浆填实效果。通过实际工程对比发现,微动探测技术对地下建构筑物结构体响应灵敏,能够定位地下大型混凝土结构,评估其注浆填实效果,避免盾构切割过程中发生因填充不实导致的局部管空腔塌陷。

关键词：盾构施工微动探测 SPAC法 h/v法数据采集观测系统

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