地下空洞及不密实探测实施方案中铁西南科学研究院改0901讲解.docx

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地下空洞及不密实探测实施方案中铁西南科学研究院改0901讲解

兰州地铁1号线

地下空洞及不密实探测实施方案

中铁西南科学研究有限公司

工程地质研究所

2014年8月26日

目录

1前言1

2工作目的及大纲编制依据3

2.1工作目的3

2.2编制依据4

3项目探测方法及测线布置4

3.1地质雷达4

3.2瞬态面波6

3.3测线布置9

4现场实施细则10

4.1工作内容10

4.2探测技术方案制定原则10

4.3探测工作实施方案10

4.4探测资料提交11

5工程质量管理体系及保证措施12

5.1质量保障措施12

5.2质量管理承诺13

5.3安全生产管理体系及保证措施14

5.4环境保护保证体系及保证措施16

5.5设备及人员配置17

5.7进度保证措施19

地下空洞及不密实探测实施方案

1前言

近年来，随着城市发展，我国地铁建设进入高峰发展时期，其中安全问题已成为地铁施工过程中的重中之重。

目前，修建地铁所引起常见事故有：

塌方、周围建筑物倾斜、地下管道受损等，其中地面塌陷事故占有较大比例，地面塌陷事故往往造成重大人员伤亡。

以北京地铁为例，截至2010年北京发生的24起（除管理外）安全事故中就有16起是地面塌陷事故。

地面塌陷具有突发性、复杂性和高危害性特征，一旦发生地面塌陷事故，不但造成巨大的经济财产损失，产生恶劣的社会影响，还严重威胁着人民的生命安全，特别是近期发生的多起重大地铁塌陷事故，更是引起全社会的广泛关注，产生了极其恶劣的社会影响，例如，2006年北京地铁10号线三环路京广桥附近地面塌陷，导致附近交通全部中断，2007年北京地铁10号线苏州街地面塌陷造成6人死亡，2007年南京地铁汉中路地面塌陷，导致天然气管道断裂、爆炸，附近大厦被点燃，2008年杭州“11.15”地铁工地重大塌陷事故造成20余人伤亡，其它城市如大连、东莞、哈尔滨、南昌等城市也发生多起塌陷事故，今年（2013年）1月28日，广州地铁荔湾区康王南路发生一起地陷事件，导致地面出现一个面积近300平方米、最深约10米的巨大空洞，致两栋2层楼房发生垮塌，6间店铺被埋。

据统计，全国28个城市在建地铁，有19个发生过塌陷事故。

国内外实践表明，盾构法施工都会扰动地层，进而引起地表的沉降，即使采用目前先进的（包括同步壁后注浆在内）密闭盾构技术，也不能完全消除施工对地面的影响。

根据国内外相关研究成果，盾构法施工造成地表沉降或塌陷的主要原因是施工中产生的地层损失引起的地层移动，形成空洞，造成地面塌陷。

受中铁十六局集团有限公司的委托，我公司对兰州地铁一号线迎门滩~马滩~土门墩三站点区间段进行地铁上覆地层空洞及不密实探测实施方案设计，具体位置见图1。

其中：

迎门滩~马滩区间设计里程为：

YDK13+149.946～YDK15+056.513，ZDK13+149.946～ZDK15+056.513（长链1.462mm），右线长1906.567m，左线长1908.029m，以及区间风井（兼联络通道）一座（YDK13+749.00），盾构检修井（兼联络通道）2座，区间拟采用盾构法施工，线路中下穿黄河段长度约404.0m。

马滩站为兰州市城市轨道交通1号线一期工程中间车站，车站设计起止里程为：

YDK15+056.513~YDK15+355.713，车站为地下三层单柱双跨箱型框架结构，主体长度299.20m。

马滩~土门墩区间起止里程为：

YDK15+355.713～YDK16+657.614，ZDK15+355.713～ZDK16+657.614（短链13.086m），右线长1301.901m，左线长1288.815m。

区间隧道主要走行于卵石土中，基本位于地下水位以下，区间拟采用盾构法施工。

图1工程位置示意图

工程特点：

城市路面，要求探测地铁上覆地层深度范围内（0-40m）地层详细情况，含地层空洞、不密实等。

2工作目的及大纲编制依据

2.1工作目的

（一）通过前期勘察设计资料，对地铁施工沿线进行地质调查，重点调查基础埋深，基础类型与地铁线路的位置关系及使用情况等，开展风险源分析，并进行风险评价；

（二）通过综合物探方法对地铁隧道沿线影响范围的覆盖层进行详细探测，结合地质资料，探明场区内地层工程地质和水文地质特征用于与隧道开挖后的地层物探图谱资料作对比，查明场区内的重点地质段落，划分施工风险重点控制段，并分析对施工的影响。

2.2编制依据

根据本工程的特点，制定了地层空洞、不密实探测方案。

方案的制定主要依据有：

（1）《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2010）；

（2）《多道瞬态面波勘察技术规程》（JGJ/T143-2004）；

（3）兰州地铁1号线岩土工程勘察报告。

3探测方法及测线布置

3.1地质雷达

（一）探测原理

地质雷达测量原理如图2所示。

（二）仪器设备

本项目探测主要采用瑞典MALA公司生产的X3M雷达系统进行测试。

测试天线采用中心频率为50MHz非屏蔽天线，采集与分析软件为同一软件包，与本探测仪器系统配套。

主要包括控制单元、发射机、接收机、天线、信号处理机和成像显示设备、电源等。

图2地质雷达测量原理图

（三）数据采集

（1）测试前应收集场地内的地质勘查资料，详细了解场地内的地质情况、管线等分布情况；

（2）现场测试时选择合适的天线频率，确定介电常数；

（3）地表布置纵向及横向测线探测浅表地层内的不密实和空洞；

（4）选择合适的时间窗口和时间间隔，采用连续测量方式进行测试；

（5）现场测试时排除、避开电磁干扰物，不能排除或避开时做好标记；

（6）测试时应对观测到的不良地质体和地下水应做好现场记录。

（四）数据处理与解释

探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测雷达剖面图。

地质雷达探测资料的解释包括两部分内容，一为数据处理，二为图象解释。

标记隧道名称、

测线、里程

时深剖面

原始数据

设计及施工资

料和地质资料

现场原始记录

数字处理

形成报告

统计列表、复核

确定缺陷类型和位置

图3数据处理及资料解释流程图

图4地质雷达典型成果示意图

3.2瞬态面波

（一）探测原理

面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的P波和S波不同，它是地滚波。

面波法是利用面波的上述运动学特征和动力学特征来进行工程地质勘察的物探方法。

瞬态面波方法的物理前提就是利用地下介质间的物性差异，通过仪器接收人工激发或天然的地球物理场波速在空间或时间上的响应，以达到探测地下介质分布特征的目的。

面波探测方法一般分为瞬态法和稳态法两种。

这两种方法的区别在于震源不同。

瞬态法是在激震时产生一定频率范围的面波，并以复频波的形式传播；而稳态法是在激震时产生相对单一频率的面波，并以单一频率波的形式传播。

（二）仪器设备

本项目测试采用我单位自主研发生产的SF12型多通道瞬态面波仪，配备专用4Hz面波检波器。

该仪器采用采用人工锤击方式激震,外触发，全通道接收方式。

检测仪器的主要工作参数设置如下表2，相关设备见图5：

表1仪器主要工作参数

仪器名称

仪器型号

工作道数

采样间隔

采样点数

触发型式

通频带宽

多通道瞬态面波仪

SF12

24/12

148μs

8K

外

全通

图5SF12型多通道瞬态面波仪

（三）数据采集

（1）参数实验测试

正式检测前，选择符合基本测试条件的单一岩土区域，对测区可能出现的地层岩土基本参数进行测试。

（2）道间距、炮检距选择

道间距为1m，炮检距不小于最大勘探深度的一半，具体采用的炮检距根据场地土层覆盖层的厚度由现场试验确定，采用56磅重锤激发震源。

（3）数据采集

①观测系统主要采用单端激振全排列移动法，具体根据地形、地质与地球物理条件作适当调整，以保证主要目的层的连续追踪；

②仪器设置在全通状态，仪器各道增益设置一致；

③在进行现场检测时，将各个检波器布设在同一直线上，若规定的检波点场地条件有限时，采取左右移动检波器，移动距离不超过道间距的10%；

④在地表介质松软时或风力较大条件下，检波器采取相应的挖坑埋置，对检波器周围的杂草等易引起检波器微动之物提前作清除处理；

⑤采集工作结束后，及时传导数据，并同时做好现场采集班报表记录，相关的信息和数据用铅笔记录在瞬态面波法记录纸上对应项目中

（四）数据处理与解释

瞬态瑞雷面波法数据处理主要采用SurfaceWaveAnalysisWizard软件配合WaveEq（SurfaceWaveAnalysis）进行综合分析处理。

本套软件整个数据处理在四个分别不同数据域的处理页面上逐步进行，每个处理页面都具备窗口显示和多页的操作控制。

页面按处理顺序排列，共分：

X-T时距域，F-K频率波数域，X-F距离频率域，Z-V深度速度域等四个处理页面。

瞬态瑞雷面波法采集到的原始资料是面波沿地面传播的时距域振动波形,它是由不同频率的面波叠加在一起，以脉冲的形式向前传播，因此瞬态法记录的信号要经过x-t时距域、f-k频率波数域、x-f距离频率域、z-v深度速度域进行分步处理，最终得到一条频散曲线，再进行反演获取测点地层面波速度大小。

如图6为兰州地铁1号线拱星墩站～焦家湾站竖井位置面波反演剖面图（DK32+229～+253）。

图6面波反演结果示意图

3.3测线布置

根据工程特点及探测目的，对测区进行详细地质探测、地层空洞探测。

拟采用多种物探方法进行综合探测，应用不同物探方法探测特点，优劣互补，共同完成探测任务，实现探测目的。

主要采用物探方法有：

地质雷达法（超低频天线）、瞬态面波法等；测线布设原则：

对区间段左线、右线分别布设2条地质雷达测线（左中轴线左侧、左中轴线右侧、右中轴线左侧、右中轴线右侧）进行探测（异常普查）；再结合地质雷达异常区进行瞬态面波法精测，确定异常具体位置与大小。

具体现场探测方法测试情况如下表（表1）：

表2各探测方法拟设计测试情况表

探测方法

仪器

测线布置

拟设计

工程量

备注

地质雷达（50M）

地质雷达

水平：

4条测线（左中轴线左侧、左中轴线右侧；右中轴线左侧、右中轴线右侧）

11200m

连续测试（3500m-300m明挖-400m黄河下穿）*4

瞬态面波法

SF12型多通道瞬态面波仪

对雷达异常区进行精测（预估测试5%）

560点

1m/点（11200m*0.05）

4现场实施细则

4.1工作内容

对地铁上覆地层采用综合物探方法进行系统探测，补充地质探测、划分重点病害段，并采用网格化高精度复测，对病害段验证。

目的：

探明地层工程地质和水文地质特征；

探明地层中已存空洞、不密实区的规模、形态、特性等；

4.2探测技术方案制定原则

（一）根据工程实际情况，科学、合理的安排勘查方案，做到成本低、精度高、受场地限制小等优点；

（二）保证探测工作具有连续性、全面性，又突出重点，加强重点；

（三）不影响施工或影响施工小。

4.3探测工作实施方案

针对兰州地铁1号线工程特点，根据探测的重点、难点不同，探明已存在空洞、不密实区等病害，防止地面塌陷事故的发生。

由于各种物探方法适用范围及性质特点，恐因环境影响出现假异常或漏掉部分真异常，因此在不同风险级别地段内，按预计比率采用地震面波法进行综合探测，确定病害具体位置及影响范围。

具体方案如下：

（1）宏观整体探测

沿地铁纵向布设4测线（左中轴线左侧、左中轴线右侧、右中轴线左侧、右中轴线右侧），采用较快速物探手段进行扫描或探测，探明地层工程地质和水文地质特征，并找出异常段，为下一步重点异常段精确探测提供依据。

计划采用的方法有：

地质雷达。

（2）重点段精确探测

在宏观整体探测成果的基础上，对疑似异常段采用采用地震面波法进行复测，进一步确认不良地质性质、分布位置等情况。

4.4探测资料提交

本项目探工作完成后，探测成果以探测报告的形式提交，报告中应包括各种测试方法的分析成果图，报告主要内容包括：

（1）地质雷达分析剖面图及相关成果资料；

（2）瞬态面波法探测剖面图及相关成果资料；

（3）工程区域探测综合分析报告。

针对现场测试工作量情况，探测报告在每次探测完毕后15个工作日内提交。

5工程质量管理体系及保证措施

5.1质量保障措施

（一）质量保证体系

质量是工程的生命，我院将在此次项目的实施中，拟定操作性强的质量保证方案，不折不扣的认真落实。

结合以往我院探测项目的执行经验，目前已形成了一套合理、完善的质量控制体系，覆盖了探测实施过程中可能产生的一切与质量控制相关的活动。

投标人对探测的质量目标是试验检测成果真实可靠、试验报告具体详实。

我院在探测过程中将认真贯彻GB/T19001-2000标准，根据公司《质量手册》、《程序文件》开展各项工作。

对探测工作加强自检、互检，严格执行复核制度，加强各项记录的管理，做好探测的每一个程序，保证规范化做好探测工作。

1、质量目标

数据结果准确、问题判断正确，满足有关现行规范规程及指南要求。

2、组织管理

建立由项目技术负责人策划、组织实施，项目质量工程师中间控制，各小组长检查监督的管理系统，形成项目部质量管理网络。

（1）建设管理标准化，全面实施标准化管理，按业主要求，在项目建设期间全面推行标准化管理。

（2）以合约控制为手段，以工期控制为目标，调动各小组的积极性，发挥综合协调管理优势，确保各项指标的完成。

（3）制定工程进度控制性网络计划，确定重难点工程段，根据工期控制点制定总体工作计划、各单项计划，并对计划进行动态管理，通过不断的调整寻找确定新的关键技术。

（4）为了充分利用施工空间和时间，合理安排我方工作程序，在绝对保证安全质量的前提下，充分利用施工空间，科学组织各个站点的立体交叉作业。

（5）实施严格的管理控制。

进场前，根据项目经理部总进度计划编制各小组进度计划，各小组长参加项目经理部定期或不定期召开的生产例会，把每天存在的问题以及需要协调的问题落实解决。

（6）严控预报质量，确保合格，工作中建立一系列现场制度，诸如安全制度、仪器维护使用制度、报告审查制度、文件收发制度、人员管理制度、奖惩制度等。

（7）建立例会制度，在每周的固定时间由项目部组织召开所有员工参加的工作例会；及时解决、协调生产过程中的问题；不定期邀请专家来进行专题会，及时解决影响进度的重大问题；提高工作效率，确保进度计划的有效实施。

5.2质量管理承诺

根据我公司质量管理体系文件，为切实保证项目的工作质量，确保项目的顺利进行，特承诺如下：

1、确保按合同要求保质保量及时提交报告。

2、建立健全企业质量体系，加强质量管理，保证预报及监控成果达到国家标准和行业标准及合同规定的技术条件，确保预报工作的可靠性。

3、在项目工作实施的过程中，项目部承诺预报流程均接受ISO质量管理体系的严格监控，依据作业指导书实施。

4、保证人员的出勤率，同时根据业主要求随时调整探测人员，以最大限度保证探测工作的开展。

5、在探测过程中注意仪器的保养，严格按规程操作仪器，出现意外情况，及时报告项目负责人，采取有效措施，保障仪器有效、可靠安全的工作。

6、报告提交前，经过三级检查验收制度，严禁弄虚作假，承诺报告结果真实有效。

7、工作实施过程中出现的技术问题，及时通知技术负责人解决，需要做出变更的报请现场监理工程师，并经总监理工程师签认审查后报请业主协商解决。

8、建立工作质量监督检查制度，设置质量监督员岗位，不定期进行监督检查工作，控制检测过程的各个环节，定期分析汇总质量监督检查记录，形成分析报告。

9、在测试过程中严格遵守合同条款的规定的相关细则。

10、按业主要求和相关规范要求，及时提交相关报告。

5.3安全生产管理体系及保证措施

认真贯彻执行党和国家的安全生产方针、政策，严格执行国家颁发有关施工规范和安全技术规则，牢固树立“安全第一、预防为主”和“管生产必须管安全”的思想意识。

建立健全安全保证体系，领导挂帅，全员参加，使安全工作制度化、经常化，并贯穿监控和检测全过程。

（一）安全生产管理体系及保证措施

1、安全管理组织机构

根据公司《安全生产管理办法》的规定，成立安全生产领导小组，项目组长为组长，是安全生产管理的第一责任人，对本项目安全生产负有全面责任。

项目副组长为副组长，项目部成员为组员。

项目部设专职安全员，全员参与管理，设立专门机构负责工地安全生产现场管理，组织日常检查。

2、建立和完善安全生产体系

安全生产保障体系全项目部各个作业层，认真执行我公司职业健康安全管理标准，坚持管生产必须管安全，实行安全包保责任制。

针对性的制定确保各项安全措施落实的监控措施，制定履行职责的考核办法和失职追究制度。

3、安全生产教育与培训

作好项目安全教育与培训工作，牢固树立“安全第一，预防为主”的思想，自觉地遵守各项安全生产法令和规章制度，对于从事爆破等特殊工种的人员，经过专业培训，获得《安全操作合格证》后，方准持证上岗。

4、安全生产检查

开工前的安全检查、定期安全生产检查、经常性的安全检查、专业性的安全检查、季节性与节假日安全生产专项检查相结合。

5、隐患整改

安全管理隐患登记与分析、整改、复查、销案。

6、安全奖罚措施

项目部制定安全生产管理办法，明确相关奖罚规定。

（三）安全管理承诺

根据我公司职业健康安全管理体系文件，为切实防范和杜绝项目建设中的各种不安全因素，实现“安全第一、预防为主”，本投标人特作如下承诺：

1、制定项目安全管理机构和安全管理责任制，配备项目专职安全员，并认真落实各项施工安全管理规定。

2、所有作业人员都要是经过安全教育和技术操作培训，特殊工种的作业人员须有相应的技术资质证书。

3、项目中需要的各种辅助材料（设备）要有产品格合证书，辅助设备的安装、使用要符合安全管理规定。

并严格执行安全操作规程。

4、本单位愿意自觉接受成投公司、监理、监督单位（人）及社会各界对探测安全生产的监督。

5、项目工作期间发生任何安全责任事故，本单位愿承担一切责任。

5.4环境保护保证体系及保证措施

为了保护和改善生活环境与生态环境，防止由于地质预报造成的作业污染和扰民，保障建筑工地附近居民和施工人员的身体健康，项目部将努力做好环境保护工作。

（一）环境保护保证体系及保证措施

1、环境保护的方针、目标

环境保护方针：

全面规划，合理布局，预防为主，综合治理，强化管理。

严格贯彻执行“谁污染谁治理，谁破坏谁恢复”的环保原则。

2、环境保证措施

强化环保宣传和思想教育工作，使环保意识全面深入人心，真正认识到环保的重要作用。

探测工作期间，不影响当地道路和交通设施的使用，不干扰群众的通行方便，不影响群众的生活和工作。

工作中采取有效措施，保护环境，不影响其它设施正常安全使用。

3、环境保护培训

作好项目环境保护工作，牢固树立“谁污染谁治理，谁破坏谁恢复”的思想，自觉地遵守各项环境保护法令和规章制度，加强环保教育和激励措施，把环保作为全体工作人员的上岗教育内容之一，提高环保意识。

对违反环保的个人进行处罚。

（二）环境管理承诺

根据我公司环境管理体系文件，为切实保证探测的工作环境管理，进一步规范现场的环境管理，特承诺如下：

1、构筑完善的环境管理体系，谋求技术、人力、物力、资源的有效利用。

2、全体员工要彻底贯彻环境保护的思想，推进环境保护活动。

3、在使用资源、环境负荷物质中减少对环境的影响。

4、遵守有关法律法规及其他要求，努力提高环境管理水平。

5.5设备及人员配置

1、项目计划配备仪器列表

表3配备仪器列表

序号

试验测量仪器名称

型号

单位

数量

备注

1

地质雷达

X3M雷达系统

台

1

50MHz天线

2

地质雷达

Sir3000

台

1

100MHz天线

2

瞬态面波仪

SF12

台

2

12/24道

3

2、项目计划配备人员名单

表4配备人员名单

序号

姓名

性别

年龄

技术职称、学历

岗位职责

1

李苍松

男

42

教授级高工、博士

组长

2

吴丰收

男

35

高工、博士

副组长、物探

3

卢松

男

30

工程师、硕士

副组长、物探

4

丁建芳

男

34

高工、本科

技术协调

5

于维刚

男

35

工程师、本秒

地质工程师

6

陈俊栋

男

33

工程师、博士

物探工程师

7

苏有财

男

33

工程师、硕士

地质工程师

8

李富明

男

29

工程师、硕士

土木工程师

9

谷婷

女

31

工程师、本科

地质工程师

5.6项目管理流程

针对兰州地铁1号线施工期地层空洞及不密实探测实施方案，设立兰州地铁1号线施工期地层空洞及不密实探测项目组，具体管理流程如下：

图7项目管理流程

5.7进度保证措施

为了保证探测工作能够按照计划完成，满足业主的要求，计划采取如下进度保证措施：

1、为保证探测工作的实效性，所有通过物探手段进行的探测资料将在现场采集数据完毕后及时提供阶段成果报告，当采集的数据在进行室内处理发现重大异常并达到警报或紧急警报等级时，将及时提供口头报告，以便现场及时采取应急措施。

2、探测阶段成果报告将于15个工作日内通过指定的信息平台提交给甲方单位。

3、将探测设备和试验仪器的准备工作放在确认进场之前来完成，以赢得时间。

4、投入足够的人力和物力，使所有的各项探测和试验工作平行交叉进行。

5、在野外工作的同时，分阶段进行室内资料整理，节约时间。