广东管片背后注浆效果探测.docx

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广东管片背后注浆效果探测

广州地铁6号线盾构管片背后注浆效果地质雷达探测

试验报告

成都畅达通地下工程科技发展有限公司

2009年6月

1序言

盾构管片背后注浆效果测试试验主要是对同步注浆层厚度和注浆层空隙缺陷进行检测。

检测结果对于控制地层沉降、保护管片结构有重要意义，并可为二次注浆提供依据。

国内对此项目研究甚少，尚无成熟检测技术及经验。

盾构隧道施工工艺和管片防水性，决定了适宜采用无损探测方法进行检测试验。

我公司在总结成都地铁1号线盾构管片背后注浆效果地质雷达探测经验基础上，对广州地铁6号线针对其工程地质特点，采用地质雷达进行了检测试验。

2探地雷达探测原理

探地雷达（GroundPenetratingRadar，简称GPR）方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术。

在检测范围无大量铁磁性物体干扰的情况下，可采用探地雷达理进行探测。

探地雷达利用天线向地下发射电磁脉冲，并接收由地下不同介质界面的反射波。

电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质（如介电常数εr）及几何形态的变化而变化。

根据接收到的回波时间、幅度和波形等信息，可判定地下介质的结构与埋藏体的位置与形态。

其测试原理如图1所示。

图1

脉冲波的走时为：

式中：

t—脉冲波走时（ns）

h—目标深度（m）

x—发射天线与接收天线的距离（m）

v—电磁波波速（m/ns）

常见的介质为非磁介质，在探地雷达的频率范围内，一般有

，因此介质的电磁波速度为：

式中：

c=0.3m/ns（光速）

—介质相对介电常数

当发射天线和接收天线相距很近时，检测目标深度的计算公式为：

3管片背后注浆效果可探性

探地雷达使用电磁波理论，根据不同介质其介电常数具有差异性，对应的电磁波反射在传播路径、电磁场强度、反射波走时、幅度等有不同特性，据此来推断介质的结构和界面的位置。

探测目标体（水泥砂浆凝固体）与管片、围岩层（粉质砂岩）介电常数差异较大，故雷达信号在界面存在较强反射，以此来探测注浆体厚度分布和注浆缺陷情况是可行的。

但由于探测区为圈闭空间，且存在金属器件、电线，需要滤除和压制杂波。

4探测工作

2009年6月4日，我公司派出2名技术人员在建设单位、监理单位、施工单位相关人员配合下，采用瑞典RAMAC雷达及500MHz屏蔽天线，对广州地铁6号线海珠广场站～北京路站盾构区间，选取5段（管片幅宽1.5m的直线段2段、幅宽1.2m曲线段3段），分别采用不同的探测参数进行了探测试验。

对所选区段进行纵向探测，共采集了6条测线数据。

本盾构区间同步注浆采用的注浆材料为水泥砂浆，探测段注浆体已超28d龄期。

由于现场缺乏标定条件，注浆体相对介电常数参照成都地铁探测经验，

取18。

本次探测6条测线均布置于隧道右侧拱脚略下位置，详见表2和图2。

测线采集情况表表2

序号

测线名

管片环数

对应里程

探测参数（时窗/叠加次数/采样频率）

备注

1

A

HBY13～21

YDK11＋6.202～＋16.702

45ns、4次、5650MHz

幅宽1.5m

2

B

HBY22～66

YDK11＋16.702～＋82.702

39ns、16次、13028MHz

幅宽1.5m

3

C

HBY180～207

YDK11＋233.302～＋265.702

40ns、4次、6400MHz

幅宽1.2m

4

D

HBY212～221

YDK11＋269.302～＋280.102

38ns、4次、133698MHz

幅宽1.2m

5

E

HBY1～9

YDK10＋986.702～YDK11＋000.302

39ns、4次、6530MHz

幅宽1.2m

6

F

HBY9～1

YDK11＋000.302～YDK10＋986.702

40ns、16次、6400MHz

幅宽1.2m

图2测线布置图

5数据处理

雷达数据处理的目的是压制随机的和规则的干扰波，最大限度地提高雷达剖面的信噪比，提取电磁回波各种有用参数，用来解释不同介质的物理特征。

正因为干扰信号多，所以对本项目来说，数据处理是项目技术重点。

根据数据采集的质量，利用中国矿大《GR雷达处理分析系统》软件对采集效果较好的a、c、e这3条测线的数据进行了处理。

本次数据主要处理应用了小波变换、数字滤波及增益等处理手段。

经数据处理后获得雷达波形图和时间剖面图，对其数据分析和解释结果如下。

1）注浆层厚度

利用上述雷达数据处理方法，将现场所采集数据（截取a测线1～3环的数据）处理所得剖面图（图3）作为示例。

虽然实际探测中由于隧道内输电线和管片表面连接螺栓的干扰等因素，导致所得图像局部会出现扭曲断裂等现象，但从图上仍然能清楚地看出隧道管片与注浆体的界面，注浆体与围岩的界面。

以层速度分析时，取电磁波在管片（钢筋混凝土）中的传播速度为0.12m/ns,第2层强反射同相轴为管片外表面与注浆体之间的界面，深度坐标显示其深度为0.30m，与管片实际厚度非常一致，第3层强反射同相轴即为注浆体的界面位置。

图3实测雷达剖面

理论上隧道壁后的建筑空隙厚度为：

h=（D-d）/2=（6.28-6）/2=0.14m

考虑到外置注浆管、盾壳刮土效应、盾构纠偏以及曲线推进等因素影响，实际的壁后存在的空隙量应为0.14m～0.20m左右。

通过处理软件将最终数据按道输出（每道对应一个厚度数据），并将其与里程相对应即得到各条测线注浆厚度值。

以每20道为间隔取注浆厚度，将各测线数据利用软件作出厚度分布图，（附图1）以它们为例来分析隧道壁后注浆厚度分布情况。

从附图1中可以看出管片壁后注浆分布比较均匀，根据厚度统计表（附表1）中的数据得出最大注浆厚度约为0.22m，最小注浆厚度约为0.12m。

2）注浆层缺陷

根据雷达信号的反射特征，如若注浆层中存在注浆空洞，其反射特征应是从管片层下开始，在空洞位置出现强反射能量，较明显的双曲线反射，同相轴出现错断，有较明显的三相位反射特点，可以结合振幅谱、能量谱分析。

从测线a、c、e剖面图看，未发现明显上述图形特征，因此推断所测段管片部位注浆填充较密实。

我们注意到管片联结螺栓和管片钢筋对雷达波发射信号干扰很大，需要对照现场仔细识别。

我们同样截取a测线1-3环数据的时间剖面图（图4），从图上可以清楚地看出2处明显的反射异常区（画圈处），其反射特征有较明显的双曲线反射，从表面一直延伸至注浆层下，虽然其反射特征与介质中圆形空洞的反射极为相似，但我们根据其时窗范围分布与现场实际情况相对应，推测其应为管片表面的金属螺栓所引起而不是注浆层存在注浆缺陷所导致。

图4实测时间剖面图

6结论

通过本次地质雷达探测试验，进一步证实探地雷达探测管片壁后注浆效果有用性和适用性；与其它物探检测方法相比，利用探地雷达对盾构隧道注浆效果检测,具有省时、省力且更为科学的优势；通过对探地雷达实测图像进行分析处理，可较为准确地确定注浆体厚度和注浆层缺陷。

当然，由于盾构隧道干扰源较多，如何在探测过程中尽量减少周围干扰源对雷达信号的影响，在后期数据处理中如何更进一步提高信号的信噪比，以使探测效果更好。

7成果图表

附表1《各测线雷达探测注浆厚度表》

附图2《各测线注浆厚度分布图》

附图3《各测线雷达探测波形剖面图》

附表1各测线雷达探测注浆厚度表

距测线始端距离（m）

测线a厚度（m）

测线c厚度（m）

测线e厚度（m）

0

0.207

0.172

0.18

0.2

0.211

0.172

0.177

0.4

0.214

0.172

0.174

0.6

0.217

0.172

0.166

0.8

0.223

0.172

0.155

1

0.223

0.172

0.145

1.2

0.22

0.172

0.134

1.4

0.214

0.172

0.129

1.6

0.207

0.172

0.129

1.8

0.201

0.172

0.137

2

0.195

0.172

0.142

2.2

0.192

0.172

0.147

2.4

0.192

0.172

0.15

2.6

0.195

0.172

0.15

2.8

0.195

0.172

0.153

3

0.195

0.172

0.15

3.2

0.195

0.172

0.15

3.4

0.195

0.172

0.147

3.6

0.195

0.172

0.145

3.8

0.195

0.172

0.142

4

0.192

0.172

0.139

4.2

0.189

0.172

0.139

4.4

0.186

0.172

0.137

4.6

0.183

0.172

0.137

4.8

0.18

0.172

0.137

5

0.177

0.172

0.134

5.2

0.177

0.172

0.134

5.4

0.173

0.175

0.134

5.6

0.173

0.175

0.134

5.8

0.17

0.175

0.134

6

0.17

0.175

0.134

6.2

0.167

0.175

0.134

6.4

0.167

0.175

0.134

6.6

0.167

0.175

0.134

6.8

0.167

0.178

0.137

7

0.167

0.178

0.137

7.2

0.167

0.178

0.139

7.4

0.164

0.178

0.145

7.6

0.164

0.178

0.145

7.8

0.164

0.178

0.15

8

0.164

0.178

0.155

8.2

0.164

0.178

0.158

8.4

0.167

0.18

0.161

8.6

0.167

0.18

0.163

8.8

0.161

0.18

0.169

9

0.161

0.18

0.174

9.2

0.161

0.18

0.174

9.4

0.164

0.18

0.177

9.6

0.164

0.18

0.177

9.8

0.164

0.183

0.174

10

0.164

0.183

0.172

10.2

0.164

0.183

0.169

10.4

0.164

0.183

0.166

10.6

0.183

0.163

10.8

0.183

0.158

11

0.183

0.153

11.2

0.183

0.147

11.4

0.186

0.142

11.6

0.186

0.137

11.8

0.186

0.137

12

0.186

0.142

12.2

0.186

0.147

12.4

0.186

0.153

12.6

0.186

0.158

12.8

0.189

0.163

13

0.189

0.169

13.2

0.189

0.163

13.4

0.189

0.158

13.6

0.189

13.8

0.189

14

0.189

14.2

0.191

14.4

0.191

14.6

0.191

14.8

0.191

15

0.194

15.2

0.194

15.4

0.194

15.6

0.189

15.8

0.183

16

0.178

16.2

0.172

16.4

0.178

16.6

0.183

16.8

0.189

17

0.183

17.2

0.178

17.4

0.172

17.6

0.167

17.8

0.172

18

0.178

18.2

0.183

18.4

0.189

18.6

0.189

18.8

0.189

19

0.189

19.2

0.189

19.4

0.189

19.6

0.189

19.8

0.189

20

0.189

20.2

0.189

20.4

0.189

20.6

0.189

20.8

0.186

21

0.186

21.2

0.186

21.4

0.186

21.6

0.186

21.8

0.186

22

0.186

22.2

0.186

22.4

0.186

22.6

0.186

22.8

0.186

23

0.186

23.2

0.183

23.4

0.183

23.6

0.183

23.8

0.183

24

0.183

24.2

0.183

24.4

0.183

24.6

0.183

24.8

0.183

25

0.183

25.2

0.183

25.4

0.183

25.6

0.18

25.8

0.18

26

0.18

26.2

0.18

26.4

0.18

26.6

0.18

26.8

0.18

27

0.18

27.2

0.18

27.4

0.18

27.6

0.18

27.8

0.178

28

0.183

28.2

0.186

28.4

0.18

28.6

0.175

28.8

0.17

29

0.164

29.2

0.164

29.4

0.164

29.6

0.164

29.8

0.164

30

0.164

30.2

0.164

30.4

0.164

30.6

0.164

30.8

0.164

31

0.164

31.2

0.164

31.4

0.164

31.6

0.164

31.8

0.164

32

0.164

32.2

0.164

32.4

0.164

附图2各测线注浆厚度分布图

附图3《各测线雷达探测波形剖面图》

测线a

测线c

测线e