综合孔中物探在地连墙渗漏检测中的应用

盛灿军

(中铁二十四局集团有限公司 上海 200433)

1 引言

随着我国经济建设迅速发展，大深度地下空间的利用日益成为城市建设开发的一个重要领域[1]。进入21世纪以来，我国以地铁为主导的地下轨道交通、以综合管廊为主导的地下市政工程开发快速崛起[2]。地下连续墙技术因其工效高、工期短、适用于多种地基条件等特点，在地下空间工程中得到广泛应用。伴随施工技术的日益完善，地下连续墙的深度也在不断增加[3]。地下连续墙作为围护结构虽能发挥很好的作用，但其主要施工过程均在地下进行，施工工艺复杂、难度大，往往因各种原因造成墙体及接缝处损伤。因此，有必要采用适当的检测手段，探明地下连续墙是否有渗漏水情况，提前做好堵漏补强措施，保障工程施工安全。

目前，地下连续墙渗漏点的识别和检测技术取得了一定的进展。声纳渗流检测技术[4]、浅层地震勘探法[5]、冲击回波法[6]、超声波法[7－9]常用于地下连续墙成槽质量检测中。这些方法大都是在地面进行，方法简便易行、效率高但是较难揭示深部地下连续墙的渗漏异常。随后，孔中物探技术被应用到地下连续墙渗漏点检测和识别研究，取得了较好进展。跨孔电磁波层析成像[10]、跨孔雷达方法[11]、高密度电阻率 CT成像方法[12]、微测井电法[13]都成功应用于地下连续墙检测中，能够探明地连墙渗漏点异常。但是目前的理论研究、模型试验和工程验证中局限于单种方法的探测，由于地质的复杂性和物探方法的多解性，单一探测方法难以对地连墙缺陷做出准确预报，亟需对多种钻孔勘探技术综合应用效果进行研究。综合物探方法已经在煤炭采空区探测[14]、深部资源开发[15]、地质灾害调查[16]、隧道超前预报[17]等领域广泛应用，但在地连墙渗漏检测中应用较少。本文采用跨孔电阻率CT方法、跨孔弹性波CT方法和钻孔雷达方法对地连墙接缝的渗漏进行检测，借助不同物探方法的特性，相互配合、相互印证。

本文利用综合钻孔精细探测技术来检测上海市域机场联络线1＃风井基坑地下连续墙接缝渗漏点。在地连墙接缝的坑内坑外两侧打下合适深度的钻孔，借助这些钻孔开展跨孔电阻率CT探测方法、跨孔弹性波CT探测方法与钻孔雷达探测方法，结果显示地下连续墙接缝存在可能渗漏点，配合抽水试验，认为应在重点部位进行隔水补强，最后基坑开挖验证综合钻孔精细探测方法的结果。

2 工程概况及问题分析

2.1 工程概况

上海市轨道交通市域线机场联络线工程起于虹桥枢纽，接入沪通铁路上海东站。线路长度68.6 km(其中高架桥梁段长度约7.9 km，地面段长度约4.1 km，地下隧道段长度约56.6 km)，是国内首条与国铁网络互通互联的市域铁路示范工程。1＃风井为盾构始发井，围护结构设计范围为DK6＋490.1～DK6＋646.5(156.4 m)。该风井邻近沪昆高铁路基段，保护要求高，场区位置俯瞰图如图1a所示。场区地质勘查结果剖面如图1b所示，依据相关水文地质勘察报告，场区潜水年平均水位埋深为0.5～0.7 m，承压水水位埋深3～12 m。

图1 上海市域机场联络线一号风井示意

1＃风井基坑邻近沪昆高铁路基段，围护结构采用地下连续墙＋内支撑支护形式，除二～五号基坑靠近西边沪昆铁路侧采用1.5 m厚地下连续墙外，其余地下连续墙均为1.2 m厚，围护深度40～56 m，开挖深度16.657～25.533 m，沿基坑深度方向采用钢筋混凝土支撑＋钢支撑进行支护，并采取分坑措施共分5段，各基坑详细信息如表1所示。

表1 各基坑基本信息 m

2.2 问题分析

1＃风井基坑工程四周环境复杂，场地四周存在大量已拆迁房屋遗留的浅基础。基坑东侧为杨新竖河，距离为11.4 m；基坑西侧为沪昆高铁，距沪昆高铁路基坡脚的最近距离约为10.6 m，距高铁线路中线距离约20 m，给工程带来巨大的困难，若地连墙存在漏水点，可能给高铁运行带来严重安全隐患。

1＃风井地下连续墙深度达60 m，且存在较高渗漏水风险的接缝数目多，可能存在的渗漏水通道尺寸较小，传统的检测方法无法达到探测要求，需要小尺度结构精细探测，因此采用跨孔电阻率 CT、跨孔弹性波CT和钻孔雷达等地球物理方法进行综合探测，精细探明地连墙缝存在的主要可能渗漏水点，为施工方采取相应措施提供依据和指导。

3 探测过程

一号风井共设置5个基坑，鉴于篇幅所限，本文以四号基坑为例说明综合孔中物探方法的特点和优势。四号基坑宽17.7 m，深22.972～23.809 m，地连墙接缝采用RJP止水帷幕，加固深度同墙底，地连墙底部设置5 m厚的N-jet封底隔水层。

3.1 测线布置

1＃风井四号基坑钻孔设置与测线布置如图2所示。地连墙缝标记为F，外侧钻孔标记为W，内侧钻孔标记为N。共布置跨孔电阻率CT测线9条、跨孔弹性波CT测线8条、钻孔雷达测线7条。为确保探测效果和效率，保证每条跨墙电阻率CT测线和跨墙弹性波CT测线跨且只跨1条地连墙缝，跨孔之间距离不小于5 m且不大于11 m，钻孔深度约为40 m。

图2 1#风井四号基坑(杨新竖河侧)测线布置

3.2 跨孔电阻率CT探测过程

测线布置如图2a所示，进行跨孔电阻率CT探测时，每个钻孔放置25个电极，电极点间距为1 m，每对钻孔需要探测两次，中间有10 m的重叠，保证覆盖地连墙接缝所有位置。本次探测共在9对钻孔中完成18次跨孔电阻率CT数据采集，共采集11 250组数据。通过对采集的电阻率数据进行反演处理，并对每对钻孔的两组探测结果图进行拼接处理，得到视电阻率分布情况，根据介质电性差异，能够找到地下连续墙渗漏点。

3.3 跨孔弹性波CT探测过程

测线布置如图2b所示，进行跨孔弹性波CT探测时，在其中一个钻孔放入炮头，且通过提拉方式移动炮头，每隔2 m激发一次弹性波，本次探测需要提拉20次左右；另一钻孔放置检波器，接收弹性波透射信号，检波器间距为2 m，平均每个钻孔放置20个检波器，布设于每个地连墙接缝处。跨孔地震CT探测剖面需要完成透射射线数20×20，8组跨孔弹性波CT剖面共采集射线对3 200对。对采集的弹性波数据进行偏移成像处理，通过剖面上介质波速差异，能够找到地下连续墙渗漏点。

3.4 钻孔雷达探测过程

测线布置如图2c所示，探测时对每个钻孔分别放置收发一体钻孔雷达天线，测量钻孔共计9个，天线在钻孔中均速缓慢下降、上升，并通过线缆连接至测距轮，天线在同一钻孔中的上升和下降均可得到一组雷达信号随深度变化的数据，经过全变分算法处理得到电阻率剖面图，通过对比分析电阻率差异，可找到地下连续墙渗漏处。

4 地下连续墙探测结果分析及抽水试验验证

4.1 探测结果与分析

探测结果如图3所示。在跨孔电阻率CT成像剖面中展示了15处主要异常。其中，地面10 m范围以内的低阻异常可能受地表积水影响，不纳入考虑范围之内。跨孔弹性波CT成像结果中发现3处主要异常，在钻孔雷达成像中发现4处主要异常。

图3 四号基坑(靠杨新竖河侧)探测结果

对三种物探方法进行综合考量，认为四号基坑靠杨新竖河侧地连墙缝共存在6处较大渗漏点，分别为:F4-1存在1处范围较大的异常，深度范围为33～43 m；地墙缝F4-3存在2处范围较大的异常，深度范围分别为11～18 m和33～40 m；地墙缝F4-4存在2处范围较大的异常，深度范围分别为14～22 m和32～38 m；地墙缝F4-5存在1处范围较大的异常，深度范围为32～43 m，如表2所示。

如图4所示，三种探测方法均揭示了位于地连墙接缝F4-3处深度范围为11～18 m的渗漏点，同时跨孔电阻率法单独揭示了位于33～40 m的渗漏异常，这是因为相较于其他两种方法，该方法对水体响应非常敏感。由于单种物探方法的多解性和地连墙的特殊性，任何单一的探测方法都可能存在误差。使用综合孔中探测方法，跨孔电阻率CT、跨孔弹性波CT和钻孔雷达探测方法之间可以从电性差异、波阻抗差异等不同角度相互印证、相互配合，减小误差，能够得到比单一物探方法更可靠的结果。

图4 三种探测结果对比

4.2 抽水试验对比与建议

抽水试验设置如图5所示，其中BG4为观测井，J4-1、J4-2、J4-3为抽水井。在抽水井内安放水泵，合理布置电源，接通排水系统。分别为减压井J4-1～J4-3安装水泵，水泵额定出水量10 m3/h，试验过程中安装球阀，以控制稳定流量。校正水位计，试验抽水持续约5.17 h，J4-1累计出水量21.3 m3，J4-2累计出水量24.7 m3，J4-3累计出水量22.1 m3，BG4井中水位降幅约为12.44 m。测定观测井BG4水位恢复情况并记录。

图5 抽水试验井布置

由图6可知，停止抽水后BG4水位约10 h恢复10%，约43 h恢复80%，约67 h后恢复至未抽水时水平。根据水位恢复情况，认为基坑地下连续墙存在个别渗漏点，与物探结果一致。在探测结果的指导下，为确保不放过任何一个疑似渗漏异常，保障基坑开挖过程安全稳定，在对应地连墙接缝位置进行了高压旋喷隔水补强工艺作业，经补强后的基坑开挖结果如图7所示。

图6 四号基坑坑内观测井水位恢复百分比曲线

图7 基坑开挖现场

5 结束语

本文采用综合孔中物探方法对上海市域机场联络线工程一号风井基坑地下连续墙渗漏点进行了探测和联合解译，在四号基坑杨新竖河侧地连墙体中探明了6处渗漏异常，与抽水试验结果相吻合，并依据试验结果指导隔水补强，保证工程顺利安全开挖，是综合孔中物探方法在工程上的一次成功应用。

(1)孔中物探方法被证实在基坑地连墙渗漏异常检测中实用有效，其中，跨孔电阻率CT法和钻孔雷达法对地下水体的响应更为明显，但也更加容易因为浅地表覆水而影响浅部探测效果；跨孔弹性波CT探测主要针对构造进行探测，但可能会遗漏较小的渗漏点。

(2)综合孔中物探方法具有信息互补、相互印证的优势，通过融合分析和联合解译，能够取长补短，避免单一物探方法的多解性问题，提高对渗漏异常判识的准确率。

(3)针对地连墙隐患检测难题，未来可考虑在地连墙施工时预留探测孔于墙缝两侧，及时检测接缝质量缺陷，优化施工工艺，更好地推动技术进步和发展。