探地雷达在承压水条件下盾构进出洞环箍注浆质量检测中的应用

周雪莲

上海市基础工程集团有限公司 上海 200433

随着地下工程向着越来越深的方向发展，深层承压水的突涌风险成为了工程建设期间的突出问题。在近年来的地下工程建设中，出现的重大险情和安全事故，大部分都跟承压水有直接关系。地下工程建设技术一直在进步，经验一直在积累，但是对于深层地下承压水的认识仍不足以确保工程建设的安全。

环箍注浆的实质是当盾构机位于加固土体中时，在管片外侧进行二次注浆，浆液凝结硬化后充填加固体、盾构外壳与管片之间的空隙，提供一定的承载力并起到稳定管片衬砌的作用，同时可以与周围加固土体或冻土形成环向封闭结构，在承压含水层盾构进洞过程中有效防止渗漏水沿着衬砌界面涌入盾构机内部。在实际工程中，针对承压含水层盾构进出洞衬砌环箍注浆效果及浆液在管片背后分布情况的研究较少[1-5]。本文结合实际工程案例，配合探地雷达无损探测技术对环箍注浆施工质量进行检测，为类似工程项目的实施提供借鉴。

1 工程概况

上海市轨道交通14号线12标陆家嘴站—浦东南路站区间上行线起始里程为SK22＋359.532，终点里程为SK23＋200.980，上行线隧道长度841.448 m；下行线起始里程为XK22＋372.932，终点里程为XK23＋199.572，下行线隧道长度838.149 m。区间隧道纵坡为“V”字坡，坡度为2.8%，隧道顶部埋深14.8～22.8 m。陆家嘴站—浦东南路站区间采用2台盾构机，从浦东南路站西端头井始发，掘进至陆家嘴站西端头井接收（图1）。

图1 陆家嘴站—浦东南路站区间平面

盾构机外径6 760 mm，管片外径6 600 mm，管片厚度35 mm，每环宽1.2 m。

2 工程重难点

本区间盾构进洞掘进范围内涉及土层为⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉质黏土、⑥暗绿-草黄色粉质黏土（图2），具有明显的触变、流变特性，在盾构掘进时土体结构极易被破坏，同时会有一定的回弹变形。盾构推进时应注意控制施工速度，避免对土体产生过大的扰动，以减少施工后的沉降和不均匀沉降。同时，距离承压含水层⑦层较近，易造成涌水涌砂事故，使盾构进出洞面临高承压水渗漏风险。

图2 陆家嘴站—浦东南路站区间地层剖面

3 施工工艺

3.1 物探原理

探地雷达是利用高频电磁波的反射来探测有电性差异的界面或目标体的一种非破坏性的物探技术，即通过发射天线发射入射波，随后接收天线进行反射波接收，通过对反射波进行处理形成图像后，结合地球物理解释模型等判定界面或目标体的性质（图3）。

图3 雷达探测时电磁波传播示意

3.2 物探设备

为达到最佳的检测效果，本次采用RTS（实时采样）和HDR（高动态范围）新技术双频探地雷达——CrossOver CO1760。本次所检隧道管片混凝土厚度为35 cm，考虑分辨率需求及操控方便等因素，采用50～100 MHz屏蔽天线进行试验探测。

3.3 测线布设

本次试验期间，隧道仍在掘进施工中，下部铺设轨道及电瓶车通行，顶部有盾构机专用高压电缆、进浆及出浆管等设施，限制了测线的布置范围。根据隧道现场情况及地质条件，以盾构进洞时681—683环（图4）左右两侧A1、A3标准环作为雷达探测位置，并进行实时监测，监测结果采用如图5所示的坐标系表示。

图4 陆家嘴站—浦东南路站下行线加固示意

图5 用于表示监测结果的坐标系

3.4 检测流程

1）环箍施工完毕48 h后，对浆液介电常数进行测定，将探地雷达架设50～100 MHz屏蔽天线，然后沿盾尾以外、管片内侧顺序移动，连续测设，形成完整的环箍注浆探测图像区域。

2）开启探地雷达系统及软件，进行数据收集和存储，同时设置探测参数，进行探测图像数据的导出及处理，室内计算介电常数，分析各种异常情况的可能原因。

3）进行探测结果分析：管片材质均匀，衰减缓慢，界面清晰，而环箍注浆加固体的介电常数为6.5～7.5，波速为0.5 m/ns，土层介电常数为35～37，波速为0.4 m/ns，不同土层引起不同程度的衰减；当出现连续的反射波界面，且反射界面明显时，则表明有明显的材质分层现象。

4）整理探测结果报告，针对加固区空洞及渗漏水位置，标明并提出补充加固建议。

4 物探成果分析

4.1 检测结果图像

根据物探结果（图6）可以清晰看见管片厚度为0.35 m，环箍注浆范围与原状土的反射界面存在明显差异，注浆浆液经过48 h凝结硬化后，形成均匀的环箍，厚度约为0.2 m，原状土衰减差异明显，内部波长不一。可以根据以上检测结果分析环箍注浆效果。

4.2 注浆厚度理论值

现场实时监测数据显示，同步注浆量为2.5 m3/环，环箍注浆量为7 m3/环，注浆压力为0.2～0.3 MPa。经计算，同步注浆后浆液外圈直径为6.798 m，同步注浆厚度为0.099 m；环箍注浆后浆液外圈直径为7.324 m，环箍注浆厚度为0.263 m。

图6 检测结果图像

4.3 检测结果分析

通过分析探地雷达检测结果（图7～图9）可知：681环衬砌同步注浆厚度为0.16～0.25 m，最小值在A1环；682环衬砌同步注浆及环箍注浆厚度为0.45～0.65 m，最小值在A3环；683环衬砌同步注浆厚度为0.17～0.27 m，最小值在A1环。

图7 681环衬砌同步注浆检测结果示意

图8 682环衬砌同步注浆及环箍注浆检测结果示意

图9 683环衬砌同步注浆检测结果示意

4.4 注浆厚度结果对比

由于盾构渗漏水一般发生在薄弱部位，因此取实际检测值中的最小值进行对比分析。

1）同步注浆厚度。同步注浆厚度理论值约为0.09 m，实际值为0.16 m，则扩散率约为1.78（0.16/0.09）。

2）同步注浆及环箍注浆总厚度。注浆总厚度理论值为0.362 m，实际值为0.450 m，则扩散率约为1.24（0.450/0.362）。

由此可知，在承压含水层中进行环箍注浆可以明显降低浆液扩散率，进一步提高浆液的浓度，使得衬砌周围形成厚厚的一层泥浆体，将衬砌与盾构机之间、衬砌与周围冻土之间的间隙有效填充，防止承压水沿管片界面渗入盾构机内部，形成有效的“瓶塞”效应。此外，通过环箍注浆可以有效弥补前期同步注浆过程中注浆厚度不足的情况。

5 实施效益

本文以上海市轨道交通14号线12标陆家嘴站盾构进洞施工为例，通过对盾构机盾尾后方区间范围管片环箍注浆的专项检测，可得出以下结论：

1）探地雷达检测设备及检测方法能够对隧道环箍注浆质量进行有效检测，管片、注浆层（水泥砂浆层）和加固土层等各个电性反射界面清楚连续，探测深度和精度都能达到要求，效果良好，为施工质量评判提供了科学依据。

2）将探地雷达检测设备应用于隧道盾构的环箍注浆质量检测，可掌握衬砌与盾构机之间、衬砌与周围加固土间的间隙填充情况，判断是否形成有效“瓶塞”效应，防止承压水沿管片界面渗入盾构机内部。

3）探地雷达技术可以进行环箍注浆质量的无损检测，不仅受环境影响小，而且能保证施工质量。

6 结语

从市政施工长远来看，深层地下空间开发必将成为一种趋势，而当下上海市已有多个深层地下施工项目面临高承压水下盾构进出洞问题。通过不断完善探地雷达无损探测技术并将其应用于盾构进出洞环箍注浆质量检测，可以有效保证施工质量，解决行业难题，并为类似项目提供参考及借鉴。