本發(fā)明涉及一種管片拼裝方法，具體設(shè)計(jì)一種基于微動(dòng)探測(cè)結(jié)合地質(zhì)鉆探的地鐵區(qū)間孤石群探測(cè)方法。

背景技術(shù)：

城市軌道項(xiàng)目中，車站間的區(qū)間一般采用地下隧道形式，不可避免的需要在復(fù)雜地層中施工?，F(xiàn)有區(qū)間隧道施工方法大多采用盾構(gòu)法，由于孤石強(qiáng)度與其周圍地層強(qiáng)度相比差異巨大，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中若突遇孤石，往往對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤造成損壞，影響盾構(gòu)機(jī)正常施工，造成經(jīng)濟(jì)損失，有時(shí)更會(huì)造成地面沉降異常，影響施工周邊建(構(gòu))筑物的安全。現(xiàn)今工程領(lǐng)域的地質(zhì)勘查技術(shù)尚未具有成本較低且行之有效的技術(shù)手段可以完全探測(cè)清楚施工范圍內(nèi)的孤石的空間分布及大小。因此，孤石已經(jīng)成為地下隧道盾構(gòu)施工的天敵之一，如何經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的處理孤石，避免孤石對(duì)盾構(gòu)施工造成安全、質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)上的影響，是盾構(gòu)施工必然面臨的一個(gè)問題。

現(xiàn)有的兩種孤石探測(cè)方法為鉆探及物探，鉆探是采用地質(zhì)鉆機(jī)提取土層芯樣，以此探明孤石；物探是指通過地質(zhì)雷達(dá)、跨孔電阻率ct等儀器進(jìn)行微波探測(cè)，借此探明孤石?，F(xiàn)有孤石探測(cè)方法主要存在以下問題：

①鉆探能直觀的揭示鉆探點(diǎn)位處地層深度范圍內(nèi)的孤石豎向大小、空間位置及相關(guān)物理特性，通過數(shù)個(gè)鉆孔點(diǎn)可確定一個(gè)孤石的水平大小及位置。但對(duì)于孤石數(shù)量極多的孤石群，改范圍受成本、場(chǎng)地所限，極大程度上無法實(shí)現(xiàn)。

②物探方法不受地形限制，且成本相對(duì)較低。但現(xiàn)在業(yè)內(nèi)缺乏系統(tǒng)深入的研究，未有一套成熟的探測(cè)儀器及方法，經(jīng)常出現(xiàn)探測(cè)精度失準(zhǔn)，存在將數(shù)個(gè)小孤石探測(cè)為一個(gè)大孤石的情況，因?yàn)闊o法在工程實(shí)際中單獨(dú)使用。

因此，需要提出一種成熟可靠且施工成本較低的地鐵區(qū)間孤石群探測(cè)方法，在現(xiàn)有孤石探測(cè)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，增加孤石探測(cè)的精度，為實(shí)現(xiàn)區(qū)間隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工遇孤石群提供一條可行的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)的以上不足，提供一種成本低、孤石探測(cè)精度高、適用性強(qiáng)、工效高的的基于微動(dòng)探測(cè)結(jié)合地質(zhì)鉆探的地鐵區(qū)間孤石探測(cè)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

(1)微動(dòng)臺(tái)陣探測(cè)獲取微動(dòng)信號(hào)，測(cè)試微動(dòng)儀器，一致性檢測(cè)合格后對(duì)區(qū)間范圍進(jìn)行微動(dòng)臺(tái)陣探測(cè)，獲取微動(dòng)信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，并制作微動(dòng)探測(cè)結(jié)果圖；

①采用sws-6工程地震儀結(jié)合三分量檢波器完成微動(dòng)數(shù)據(jù)采集，對(duì)儀器的一致性做出評(píng)價(jià)，一致性達(dá)90％以上方為合格。

②施工時(shí)在地面上由小里程往大里程方向進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)范圍為隧道單線開挖平面范圍。單點(diǎn)每次觀測(cè)時(shí)間為10分鐘～20分鐘，觀測(cè)結(jié)束后將整個(gè)臺(tái)陣移動(dòng)到下一個(gè)勘探點(diǎn)觀測(cè)。

③采集完畢后對(duì)微動(dòng)信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，剔除個(gè)別因?yàn)樵胍暨^大影響的數(shù)據(jù)。

④繪制二維視s波速度剖面圖及h/v曲線圖。

(2)確定孤石群分布范圍，分析微動(dòng)探測(cè)結(jié)果圖，利用判定準(zhǔn)則確定區(qū)間范圍內(nèi)孤石群分布范圍。

(3)地質(zhì)鉆孔，根據(jù)上述步驟(2)所得到的孤石群分布范圍進(jìn)行地質(zhì)鉆孔布孔，在區(qū)間孤石群位置布設(shè)密集孔、非孤石群位置布設(shè)松散孔，通過鉆孔芯樣中的巖芯大小及深度位置確定孤石的大小及空間位置。

(4)對(duì)第(3)步中得到的孤石大小及空間位置進(jìn)行適當(dāng)處理，在區(qū)間平縱斷面圖中繪制孤石的大小及空間位置，形成區(qū)間隧道孤石分布圖。

本發(fā)明基于微動(dòng)探測(cè)結(jié)合地質(zhì)鉆探的地鐵區(qū)間孤石探測(cè)方法中，步驟(1)所述微動(dòng)探測(cè)儀器為sws-6工程地震儀結(jié)合三分量檢波器完成微動(dòng)數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)由2hz拾震儀(速度型、三分量)和地震儀組成。用一個(gè)記錄儀同時(shí)記錄一個(gè)臺(tái)陣6個(gè)拾振器(擺)的微動(dòng)數(shù)據(jù)。步驟(3)所述的地質(zhì)鉆探設(shè)備為zl50地質(zhì)鉆機(jī)。

本發(fā)明改良了傳統(tǒng)地質(zhì)鉆探成本高、適用性差的缺點(diǎn)、傳統(tǒng)物探探測(cè)精度低的缺點(diǎn)，以物探為基礎(chǔ)，以地質(zhì)鉆探為準(zhǔn)心，具有精度準(zhǔn)、工效高、成本低的有益效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明采用“微動(dòng)探測(cè)”這一技術(shù)獲取天然的微動(dòng)信號(hào)，確定孤石群的分布范圍。在孤石群分布范圍圖上進(jìn)行布孔并地質(zhì)鉆探，通過鉆孔取芯來獲取區(qū)間孤石的大小及空間分布具體情況。在探明孤石大小及空間分布后，繪制區(qū)間隧道孤石群分布圖，能夠適用于盾構(gòu)法隧道開挖范圍內(nèi)孤石群探測(cè)施工。

微動(dòng)探測(cè)因?yàn)樘綔y(cè)技術(shù)的原因，對(duì)于孤石探測(cè)的精度并不是很高，對(duì)于單獨(dú)的孤石而言容易誤探，無法準(zhǔn)確確定孤石的大小及空間位置。跟現(xiàn)有的一些方法相比，本發(fā)明并不通過微動(dòng)探測(cè)來確定孤石大小以及空間位置，而是通過微動(dòng)探測(cè)確定孤石群的分布范圍，然后再借助微動(dòng)探測(cè)劃明的孤石群區(qū)域，節(jié)省地質(zhì)鉆孔的布孔密度，實(shí)現(xiàn)成本降低，精度提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明微動(dòng)探測(cè)臺(tái)陣布置示意圖；

t1至t6為拾振器；箭頭為測(cè)線前進(jìn)方向

圖2為本發(fā)明孤石群區(qū)域地質(zhì)鉆探孔布置示意圖；

圖3為本發(fā)明非孤石群區(qū)域地質(zhì)鉆探孔布置示意圖；

圖4為本發(fā)明鉆探取芯遇孤石后加密布孔示意圖。

1-區(qū)間邊線2-隧道中心線3-地質(zhì)鉆孔點(diǎn)

31-芯樣存在孤石32-芯樣未存在孤石

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

以某地鐵盾構(gòu)法區(qū)間隧道施工為例，該區(qū)間設(shè)計(jì)勘查階段共施工地質(zhì)鉆孔23個(gè)，其中有6個(gè)鉆孔揭示了球狀風(fēng)化體(孤石)。施工區(qū)間始發(fā)盾構(gòu)井時(shí)，線路深度范圍內(nèi)地層存在大量孤石，孤石直徑為0.3～3.5m。對(duì)巖樣進(jìn)行4組單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，單軸抗壓強(qiáng)度值在134.2～144.7mpa之間，因此斷定區(qū)間存在孤石群，需進(jìn)行孤石探測(cè)，該實(shí)施例孤石探測(cè)方案具體內(nèi)容如下：

(1)微動(dòng)探測(cè)

①儀器一致性檢測(cè)

采用sws-6工程地震儀結(jié)合三分量檢波器完成微動(dòng)數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)由2hz拾震儀(速度型、三分量)和地震儀組成。用一個(gè)記錄儀同時(shí)記錄一個(gè)臺(tái)陣6個(gè)拾振器(擺)的微動(dòng)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，儀器的一致性優(yōu)于97％，達(dá)到微動(dòng)探測(cè)對(duì)儀器一致性的要求。

②微動(dòng)信號(hào)探測(cè)

微動(dòng)探測(cè)的觀測(cè)系統(tǒng)主要采用正五邊形圓形陣列，每個(gè)圓形陣列由放置于正五邊形頂點(diǎn)和中心點(diǎn)的6個(gè)擺和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，正五邊形頂點(diǎn)到中心點(diǎn)的距離稱為觀測(cè)半徑r。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件的不同，分別采用了2～2.5m等不同半徑的臺(tái)陣進(jìn)行觀測(cè)，按5m測(cè)點(diǎn)間距逐點(diǎn)進(jìn)行，以形成二維剖面觀測(cè)，如附圖1所示。

施工時(shí)在地面上由小里程往大里程方向進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)范圍為隧道單線開挖平面范圍。單點(diǎn)每次觀測(cè)時(shí)間為10分鐘～20分鐘，觀測(cè)結(jié)束后將整個(gè)臺(tái)陣移動(dòng)到下一個(gè)勘探點(diǎn)觀測(cè)。

③信號(hào)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)及篩選

因?yàn)槲?dòng)信號(hào)探測(cè)施工場(chǎng)地為區(qū)間正上方路面，地處交通主干道，雖然數(shù)據(jù)采集一般在當(dāng)天夜間10:00時(shí)至次日5:20，但仍有一部分交通車輛經(jīng)過，車輛經(jīng)過造成的噪音將影響數(shù)據(jù)的采集。

為了保證原始記錄質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)及時(shí)檢查原始數(shù)據(jù)，10個(gè)背景噪音稍大的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)。本次施工采集的數(shù)據(jù)信噪比相對(duì)較高，數(shù)據(jù)處理可靠性高。本次微動(dòng)探測(cè)共處理208個(gè)(包括10個(gè)復(fù)測(cè)點(diǎn))微動(dòng)探測(cè)點(diǎn)，獲得198條光滑的頻散曲線。

④繪制二維視s波速度剖面圖及h/v曲線圖

現(xiàn)場(chǎng)施工有微動(dòng)記錄求空間自相關(guān)系數(shù)采用專用儀器，通過拾振器提取角頻率波，然后自行計(jì)算空間自相關(guān)系數(shù)的相關(guān)計(jì)算機(jī)，并自動(dòng)形成頻散曲線。

(2)確定孤石群分布范圍

孤石群與周圍的花崗巖風(fēng)化土體區(qū)別在于：①密度差別；(2)s波速度差別；(3)s波波阻抗差別。通過微動(dòng)探測(cè)得到的視s波速度剖面圖及h/v曲線圖可判定隧道開挖范圍內(nèi)孤石群的分布范圍，具體判別準(zhǔn)則如下：

根據(jù)判別準(zhǔn)則，本實(shí)施例中存在5處孤石群，如下所示：

(3)地質(zhì)鉆孔

利用地質(zhì)鉆探法能詳細(xì)掌握孤石的具體大小及空間分布。

①鉆孔布置

地質(zhì)鉆探施工前用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)儀對(duì)管線進(jìn)行探測(cè)，確保鉆孔過程中不會(huì)破壞地下管線。距盾構(gòu)開挖平面邊緣1.5m起縱向布置2排鉆探孔，孤石群區(qū)每排鉆探孔線路縱向間距1.5m，鉆孔到隧道底面以下1米，為保證完全掌握區(qū)間地質(zhì)情況，結(jié)合微動(dòng)探測(cè)效果，對(duì)安全區(qū)(非孤石群區(qū))每排鉆探孔線路縱向間距5m，鉆孔到隧道底面以下1米。鉆孔平面布置圖如附圖2、3所示。

②鉆探發(fā)現(xiàn)孤石

探明存在孤石位置后，形狀大小還不清楚，以已探明孤石的鉆孔為基點(diǎn)，以探測(cè)孤石的點(diǎn)為中心點(diǎn)向外布置鉆孔圈，第一圈距離原鉆孔0.6m的四個(gè)方向布置4個(gè)鉆孔；若第一圈鉆孔還不能找到孤石的邊界，則距第一圈圓周向外0.6米布置第二圈鉆孔；以此類推，直到找到孤石邊界為止，以確定孤石的具體形狀和大小，鉆孔平面布置圖如圖4所示。從實(shí)際鉆孔發(fā)現(xiàn)，區(qū)間存在多個(gè)孤石群，個(gè)體孤石直徑0.3m～3.5m不等，最多一個(gè)鉆孔發(fā)現(xiàn)4個(gè)孤石存在。

③地質(zhì)鉆探后續(xù)處理

對(duì)于鉆孔后未探測(cè)到孤石或基巖突起的，封孔后保證孔口標(biāo)高與原地面保持平整，然后將原地面清理干凈；如發(fā)現(xiàn)孤石或基巖突起的鉆孔，做好詳細(xì)鉆孔記錄(記好：鉆孔平面坐標(biāo)、孤石頂面及底面標(biāo)高、基巖頂面標(biāo)高)，并用兩頭帶蓋子直徑75mmpvc護(hù)管全孔保護(hù)鉆孔(鉆孔直徑89mm)，爆破時(shí)利用此孔，以減少成本。

(4)繪制區(qū)間隧道孤石分布圖

①對(duì)每個(gè)遇孤石鉆孔點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，統(tǒng)合所有鉆孔遇孤石點(diǎn)，在區(qū)間隧道平面圖中標(biāo)注位置，沿位置描出孤石的大體平面輪廓大小。

②根據(jù)取芯后芯樣中孤石的深度位置，在區(qū)間隧道縱斷面圖中標(biāo)注相應(yīng)深度位置，并利用巖芯的長(zhǎng)度繪制出孤石的縱斷面輪廓大小。

綜上所述，本發(fā)明所述基于微動(dòng)探測(cè)結(jié)合地質(zhì)鉆探的地鐵區(qū)間孤石探測(cè)方法能精確確定孤石群分布范圍，并準(zhǔn)確確定各個(gè)孤石的大小及空間位置，并克服了現(xiàn)有孤石探測(cè)適用性差、準(zhǔn)確性低、成本高等缺陷，適用于盾構(gòu)法隧道開挖范圍內(nèi)孤石群探測(cè)。本發(fā)明具有精度高、成本低、適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確探明孤石群位置及大小，有效支持盾構(gòu)區(qū)間隧道孤石爆破處理，對(duì)盾構(gòu)區(qū)間隧道的整體施工起到有益效果。