轨道交通典型障碍物物探定位研究

徐良，张洋，李伟，赵捷

（1.常州市测绘院，江苏常州 213002； 2.江苏省地质矿产局第二地质大队，江苏常州 213002）

轨道交通典型障碍物物探定位研究

徐良1*，张洋1，李伟2，赵捷1

（1.常州市测绘院，江苏常州 213002； 2.江苏省地质矿产局第二地质大队，江苏常州 213002）

为准确测定地下桩基、桥梁基础的位置及深度，保障城市轨道交通建设的顺利进行，以常州轨道交通1号线小庙路桥桥梁基础为例，采用三种物探方法对桥梁基础位置进行探测，并结合测量技术精准测定其位置，为常州市轨道交通设计和施工提供了基础保障，有效解决了工程遇到的问题。

轨道交通；物探；桥梁基础；位置

1　引 言

城市空间建筑密度大，道路密集，地下管网错综复杂，更有许多老的桩基、桥梁基础等建构筑物在城市更新的过程中遗留在地下［1］。这些地下障碍物的存在导致城市轨道交通盾构条件非常苛刻，盾构的掘进区间往往紧贴着地下障碍物，给城市轨道交通建设造成了困难，也对城市轨道交通障碍物物探调查提出了更高的要求［2，3］。

在城市轨道交通某些关键节点，设计上需要准确确定地下障碍物的位置、深度，以便进行精准设计，在极端的条件下为盾构贯通创造条件。这就需要物探调查采取多手段、多方法进行相互验证，然后结合精确定位测量技术得出障碍物的准确位置信息，从而保障城市轨道交通顺利有序的进行。

2　物探方法介绍

2.1地质雷达探测法

地质雷达法通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波，当电磁波在介质中传播时遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面等时，便发生反射，返回到地面后由接收天线接收［4］。通过对接收到的波进行处理和分析，根据其波形、双程时间、强度等参数即可推断地下目标体的空间位置、几何形态、结构及电性，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。它是观测、研究大功率高频电磁脉冲在地下电性界面上产生的回波特性的工程电法勘探方法，具有快速、高效、准确、成本低、无破坏等优点。

2.2地震映像探测法

地震映像探测法是在地面或水面上以小偏移距激发与接收地震信号，逐步移动观测点，对地下地层或地下目的物进行连续扫描，是一种能适应各种工作环境、简易、快速的工程物探勘查方法。它的野外施工操作方法类似于地质雷达法，但其勘探深度远远大于地质雷达法［5，6］。通过对比总结，可知该方法具有以下优点:①数据采集方法简单，共偏移距单道（或2道～3道）采集，需要2人～3人施工操作即可，工作效率较高；②采用小偏移距、小道距采集，受地形影响很小，因此适用于各种复杂的工作环境；③在近震源的面波区采集，锤击震源即可采集到能量较强的弹性波；④和常规地震勘探中的反射波法和折射波法不同，可对地下三度体进行探测，能解决常规地震勘查方法解决不了的问题；⑤主要应用弹性波的动力学特征对波场进行解释，资料处理过程简单［7］。

2.3高密度电法

高密度电法是以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地下传导电流分布规律的一种电探方法。它综合了电测深法和电剖面法的特点，既可通过调整极距的大小，同时测量地质环境中不同深度、不同位置处电阻率分布规律，也可通过调整单位极距大小，实现浅层地质高分辨率测量［8］。因此，概括起来该方法具有以下优点:①电极数量多，且可一次性完成电极布置，减少了因电极设置而引起的故障和干扰；②数据测量和采集自动化程度高，减少工作量，提高工作效率；③可实现温纳、微分、偶极等多种排列装置测量功能；④可视化程度较高，能实时显示被测地质断面视电阻分布规律；⑤可使用相关软件将测量数据自动绘制成彩色的2D或3D地质断面图，显示结果更为直观。总体而言，高密度电法是一种效率高、信息丰富、成本低的综合电法勘探法。

3　工程实例

在常州市轨道交通1号线轨道线路中，有一处历史遗留老桥，现状为城市主干道，原有的河流被填埋，但在道路改造时桥梁基础遗留在了地下，如图1所示。此处盾构双线掘进，设计两盾构外侧间距为22.10 m，为保证盾构能无障碍通过，需准确测定老桥两侧桥台基础的精确位置。

图1　桥梁影像图及平面图

图2　测线布置图

为准确探测小庙路桥桥台边界位置，采用地质雷达探测、地震映像探测、高密度电法三种方法布设了如图2所示的雷达测线23～27、映像测线3和高密度电法测线3。通过对三种探测方法的结果进行对比分析，得出小庙路桥桥台边界的精确位置，从而保障盾构双线掘进的顺利进行。

3.1地质雷达探测

地质雷达探测采用EKKO PRO型探地雷达，选用100 MHz雷达天线探测，并选用200 MHz雷达天线进行复核。选取测线24进行举例说明，测线24长度为33.0 m，测线方向如图3所示，采集方式为等间距点采集，点距为0.1 m，采集时窗100 ns。通过实验得到雷达测线24的GPR探测剖面如图3所示。

图3　GPR探测剖面及解释成果

从图3我们可以看出，在测线8.5 m、23 m处存在半支明显的绕射弧，其余地方均无此现象发生。桥台基础主要为钢筋混凝土等，其内部的填充物和密实度等均与周围地层差异较大，因此它们的介电常数也不同，雷达天线向地下发射电磁波时，电磁波在桥台和地层这两种不同介质的界面处发生反射，再结合现场调查资料，确定8.5 m、23 m这两处为小庙路桥桥台边界所在位置。

3.2地震映像探测

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0.2 m，震源采用锤击方式。将野外测试所获得的地震波记录进行回放、编辑整理，通过滤波、增益等一系列处理后，得到探测成果剖面如图4所示。

图4　地震映像探测剖面及解释成果

由图4可以看出，地震映像剖面上第21道（即测线4.0 m的位置）～第101道（即测线 20.0 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，分析原因主要为桥台处介电常数与周围地层差别变化，反射波发生异常。因此在测线4.0 m～20 m处存在较为明显的分界面。结合现场情况分析，确定测线4.0 m和20.0 m处为小庙路桥两侧桥台边界的位置。

3.3高密度电法探测

高密度电法探测采用WGMD-9型高密度电法仪，电极距1.0 m，测线长度30.0 m，采用180 V直流电压供电，排列方式为温纳排列。野外采集数据经过分析、反演后，得出断面图如图5所示。

图5中，通过对物探数据分析，在测线 9.0 m、25.0 m处电阻率明显比背景环境电阻率高，达到2 000 Ωm以上，电阻率在此处发生高阻异常。电阻率在地下发生异常，故推断此异常是由地下桥台基础引起的，再结合已有地质资料情况分析，确定上述两处为小庙路桥桥台边界所在位置。

图5　地震映像探测剖面及解释成果

3.4小结

通过三种不同物探方法相互验证，我们最终确定了桥台边界的实地准确位置。经现场采用精密定位测量仪器徕卡TM30（测距精度 0.6 PPm+1 mm测角精度:±0.5″）对物探确定的桥台边界位置进行坐标采集，最终在设计图纸上准确标定该桥台边界位置，如图6所示，该结果为轨道交通设计和施工提供了翔实的参考依据。

图6　小庙路桥桥台边界位置示意图

4　结 论

（1）在城市复杂地带开展障碍物调查一定要采取多种手段相互验证。单一的物探方法有其原理的局限性。

（2）物探方法只能现场确定障碍物的最或是位置，还必须结合专业的测量手段，才能将物探确定的障碍物位置准确标定到设计图纸。

（3）多原理的物探手段和先进的测绘技术结合，能精确标定地下障碍物的位置、埋深等信息，为城市轨道交通等地下工程提供更科学的技术支持。

［1］潘瑞林.物探在城市轨道交通勘察中的应用及发展［J］.铁道勘察，2015（4）：27～31.

［2］刘传逢，张云霞.物探技术在城市地下空间开发中的应用［J］.城市勘测，2015（2）：168～172.

［3］CJJ7-2007.城市工程地球物理探测规范［S］.

［4］唐扬.物探技术在地铁项目勘察中的综合应用［J］.市政技术，2015（5）：111～113，116.

［5］肖顺，张永命，任建平.地震映像法在超深管线探测中的应用［J］.城市勘测，2014（1）：170～172.

［6］林万顺，张琦伟，汪德云等.物探技术在南水北调下穿北京五棵松地铁工程中的试验研究［J］.工程勘察，2011 （3）：86～91.

［7］占文锋，王强，贺学海.综合物探技术在跨地铁建筑场地地基勘察中的应用［J］.施工技术，2015（7）：55～59.

［8］孙中科，章飞亮.物探测井技术在南宁地铁勘察中的应用分析［J］.中国西部科技，2014（2）：24～26.

The Study of Geophysical Prospecting Orientation for Rail Transit Typical Obstacle

Xu Liang1，Zhang Yang1，Li Wei2，Zhao Jie1
（1.Changzhou Surveying&Mapping Institute，Changzhou 213002，China；2.The 2nd Geological Brigade of Jiangsu Geology&Mineral Exploration Bureau，Changzhou 213002，China）

In order to measure the location and depth of underground pile foundation and bridge foundation accurately，ensure the smooth operation of the urban rail transit.Xiao miao lu bridge foundation of changzhou rail transit Line 1 was taken as an example，it was detected with three geophysical prospecting methods and was measured its location combined with the measurement technology.The results provide the basis for design and construction of changzhou urban rail transit，which can solve the engineering problems effectively.

rail transit；geophysical prospecting；bridge foundation；location

1672-8262（2016）04-168-04

P631

B

2016—04—22

徐良（1976—），男，高级工程师，主要从事城市规划测量及监测等技术工作。

住房和城乡建设部软科学研究项目研究开发项目（K82013165）