(福建永福電力設計股份有限公司，福建 福州 350108)

1 工程概況

福州某220 kV線路工程為新建雙回220 kV和多回110 kV地下電纜線路，線路長度約6.5 km，全線采用非開挖頂管隧道方案，鋼筋混凝土頂管外徑3.8 m。

本工程路徑沿市政主干道的機動車道、非機動車道及綠化帶等布置。沿線布置工井19個，副井8個，工井平面形狀采用矩形(8 m×7 m)、方形(6 m×6 m)、圓形(直徑6 ～8 m)，井底埋深約13 ～22 m，工井和副井均采用沉井法施工，沉井周圍采用兩排高壓旋噴樁帷幕，沉井底部采用滿堂高壓旋噴樁進行固砂止水。該工程于2016年5月竣工投產。

2015年4月－5月，在本工程G10工井附近，通過對鄰近市政污水管網5#井路面開挖，揭示其井頂平面位置和尺寸，但無法核實其下部結構形狀和尺寸。該5#井底與本段設計頂管安全距離不足，另外，在本工程G13－G14之間的污水管網YG20工井與本工程頂管也較近，存在安全距離不足風險。由于無法搜集到已有污水管工井準確資料，為確保兩處頂管方案可行性和施工安全，采用無損探測方法查明污水井的底部結構尺寸和標高等。

2015年6月，本工程G10－G11段原直線頂管設計方案在頂管施工前更改為曲線頂管方案(長約250 m)，由于該線段路徑位于主干道的機動車道及十字路口，難以采用鉆探方法進行補充勘察，采用了近年來在地鐵勘察中應用效果較好的微動探測方法，同時輔以少量鉆探工作。

2015年8月，本工程穿越光明港的G7－G8段頂管施工前，施工單位在河岸兩側工井(G7－G8段)施工過程中發(fā)現填土含碎塊石，擔心可能遇到光明港河岸拋石等障礙物，為確保施工安全和進度，需提前詳細探明光明港河道內及駁岸處地下障礙物的分布情況，采用非開挖定向鉆拉管進行初步探測，拉管成孔后，在管間進行地震波層析成像探測工作。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

沿線工程場地位于福州盆地東南部，屬于海陸交互相沉積盆地地貌，沿線地形較平坦，路徑南段(鰲峰路、排尾路)距離閩江較近。

沿線地下市政管線較多、較復雜，地下管線的埋深一般在2 ～5 m，雨水管、污水管埋深稍大，管底埋深一般4 ～7 m，采用拉管敷設段埋深5 ～10 m，局部采用拉管敷設的煤氣管道埋深較大，弧線最低點深度約12 m，沿線穿越光明港等內河5條，地表和地下環(huán)境條件較復雜。

2.2 沿線場地土層分布

(1)人工填土：灰－灰黃色，松散，稍濕，多為老填土，一般厚度3 ～6 m，局部厚約10 m，地表多為混凝土或瀝青路面，下部為碎石、砂及粘性土等，局部地下1 m殘留有舊水泥路面。

(2)粘土：灰黃色，可塑，零星分布，厚度0.40 ～ 1.60 m。

(3)淤泥：深灰－灰黑色，流塑－軟塑，沿線從北往南分布由厚變薄(厚度0.7 ～16.9 m)，局部地段夾粉細砂層。

(4)中細砂：淺灰－灰黃色，飽和，松散－稍密，局部夾薄層淤泥，個別地段夾少量碎塊石。分布于路徑南段，往南厚度漸變大，厚度最大約14 m。

(5)粉質粘土：淺灰－灰黃色，可塑，分布于路徑北段，厚2.5 ～5.4 m。

(6)淤泥、淤泥質粘土：深灰色，軟塑，局部夾薄層粉砂，厚度1 ～8 m，路徑北段厚度較大。

(7)含泥中細砂：灰色，稍密－中密，飽和，局部夾淤泥質土透鏡體，分布于路徑南段，厚度一般大于5 m。

(8)粉質粘土夾砂：灰黃－灰白色，可塑，夾薄層中砂，局部分布，厚度約5 m。

(9)淤泥質粘土：深灰色，軟塑，局部分布，厚度約5 m。

(10)中砂：沖洪積，灰色，中密，飽和，埋深超過30 m。

2.3 地下水

沿線各砂層含水量較豐富，局部地表填土中的上層滯水水量不大，沿線地下水埋深較淺(1.0 ～2.5 m)，地下水對建筑材料腐蝕性微弱。

3 微動探測

3.1 適用條件與探測目的

本工程G10－G11改線段位于交通主干道，沿線地下市政管線較多，無法采用較大密度的鉆探補勘。微動探測可在交通主道上利用夜間作業(yè)，且作業(yè)時間短、不涉及破土開挖等影響，可以避免對交通的影響和路面破壞。利用微動探測技術可查明沿線地下一定深度范圍內較大或分布較廣泛的不良地質體分布情況，找出障礙物的大致位置，進行先期處理，或者排除障礙物存在的可能性，提供頂管施工的安全區(qū)，為頂管施工提供預警信息。

地下障礙物與周圍的包裹土體有如下差別：密度差別；S波速度差別；S波波阻抗差別。障礙物具有致密、堅硬的物理特性，相對于周圍第四系土層而言均為高速體。

3.2 微動探測原理與方法

微動探測是一種基于微動臺陣探測的地球物理探測方法，采用類空間自相關法—SPAC 法從微動臺陣記錄中提取瑞雷波頻散曲線，計算視S波速度Vx，再經插值光滑計算獲得二維視S波速度剖面，視S波速度剖面反映地層波阻抗界面，進而反映地層巖性變化或土石分界面。

觀測系統(tǒng)一般采用正五邊形圓形陣列，每個圓形陣列由放置于正五邊形頂點和中心點的6個擺和數據采集系統(tǒng)組成，正五邊形頂點到中心點的距離稱為觀測半徑R。

3.3 工程應用簡介

根據現場場地條件的不同，本次探測使用SWS－6工程地震儀系統(tǒng)，傳感器采用三分量檢波器，采用2.0 m半徑的臺陣進行觀測，按5 m測點間距逐點進行，以形成二維剖面觀測，共完成47個圓形臺陣、282個檢波點的H/V曲線，在各測點獨立進行微動數據采集。

通過類空間自相關法從微動記錄中提取瑞雷波頻散曲線，由相速度頻散曲線計算獲得視S波速度剖面。從探測區(qū)段H/V等值線圖(見圖1)、面波相速度等值線圖(見圖2)和S 波視層速度剖面圖(見圖3)綜合分析評價，探測區(qū)段除表層反映為局部不均勻體外，其余頻率范圍、波速變化較為平緩、自然，未見明顯波阻抗異常、較大高速異常體，G10－G11線段評價為頂管頂進施工安全區(qū)。

圖1 探測區(qū)段H/V等值線圖

圖2 探測區(qū)段面波相速度等值線圖

圖3 探測區(qū)段S波視層速度剖面圖

4 地震波層析成像

4.1 適用條件

污水管網5#工井與YG20標段工井段，由于被探測目標體底部混凝土構筑物與周邊介質存在顯著的波速差異，滿足地震波跨孔掃描探測工作必要的地球物理勘探條件；探測區(qū)域地下主要地層為雜填土和中細砂層，具備較好的地震波傳播條件，當發(fā)射孔與接收孔間距小于20 m時，人工激發(fā)地震波傳播到接收孔時能量較強，滿足跨孔探測的數據采集條件；現場工作前向探測鉆孔中灌滿清水，使得激發(fā)探頭和檢波器串分別與地下介質較好的耦合，為地震波跨孔掃描探測創(chuàng)造良好的工作條件。

圖4 污水管網5#工井探測點平面位置圖

4.2 工程應用簡介

通過在預探測工井兩側布設2個鉆孔(見圖4、圖5)，鉆孔間距分別為10.3 m、12.4 m，進行地震波跨孔掃描探測，數據采集時地震波激發(fā)點和檢波點間距均為0.5 m。原始數據經數據合并、建立坐標、初至時間拾取、層析反演成像及surfer 軟件圖像處理等，生成跨孔CT層析成像剖面圖(見圖6、圖7)。

圖5 污水管網YG20工井探測點平面位置圖

圖6 污水管網YG20工井跨孔CT層析成像剖面圖

圖7 污水管網5#工井跨孔CT層析成像剖面圖

探測結果：污水管網 5#工井位于剖面樁號2.5～8.5 m位置、底部構筑物高程0.25～－2.4 m，底板厚度約2.65 m；污水管網YG20工井位于剖面樁號2.0～10.0 m 位置、底部構筑物高程－0.26～－3.63 m，底板厚度約3.37 m。

5 定向鉆拉管結合層析成像探測

本工程G7－G8 段穿越光明港，光明港河床寬約122 m，河床面高程約1.6～2.9 m。采用非開挖定向拉管方法進行初步探測，拉管成孔后進行地震波層析成像(CT)探測。

5.1 定向鉆拉管初步探測結果

通過拉管施工設備監(jiān)測數據分析可知，入鉆點至G8工井段鉆進過程中較為順利，施工過程鉆頭轉速、扭力等數據變化較為平穩(wěn)，故推測河道段高程－6.7～－10.7 m范圍內未遇到地下障礙物；另根據定向鉆過程中鉆頭轉速及扭力等參數分析，距離入鉆點180 m 位置處，高程－1.5～－3.2 m范圍內，遇到障礙物，推測為G8工井的圍護樁，隨后在相應深度水平調整鉆進方向，繞過圍護樁及G8工井繼續(xù)鉆進至地面。

5.2 地震波層析成像探測及結果

定向拉管沿擬建頂管路徑布設4條PE套管，呈矩形對稱布置在頂管外圍，矩形長邊對應兩套管間距5 m，矩形短邊對應兩套管間距2.89 m，擬建頂管與本次套管相對位置及探測范圍見圖8。

地震波層析成像(CT)數據采集時，在1條PE套管內放置激震源，另1套管內放置檢波器接收震動波，沿矩形長邊及對角線兩個方向探測，共可探測4條剖面，探測區(qū)覆蓋頂管上下邊界及中心區(qū)域。

圖8 頂管與套管相對位置及探測范圍示意圖

層析成像探測剖面共8條，其中典型剖面見圖9、圖10。剖面顯示探測區(qū)間內存在多處高速異常，綜合定向鉆初步探測結果、場地附近的工程地質資料以及波速異常的形態(tài)和波速變化情況等分析，這些高速異常均為密實砂層的反映，探測區(qū)域內未發(fā)現明顯的地下障礙物異常反映。

圖9 地震波層析成像W1-3(N)剖面圖

圖10 地震波層析成像W1-3(S)剖面圖

6 結語

(1)通過具體電纜頂管工程微動探測技術方法的實際應用，查明了該工程局部線段分布有密實砂層，未見明顯波阻抗異常、較大高速異常體，排除障礙物存在可能性，評價為頂管頂進施工安全區(qū)。微動探測技術可應用于城市電纜隧道工程可研路徑選擇時，當沿線地質資料欠缺，或局部預選電纜路徑可能存在頂管或盾構施工難以實施，需要采用物探技術手段初步查明沿線地下障礙物的分布情況；當詳細勘察階段鉆探難以布置，或需要在鉆探點之間進行連續(xù)性補充勘察時，也可采用。該探測方法是一種有效的面域或線狀物探普查手段，也是城市電纜頂管隧道工程施工勘察的有效手段。由于現階段該方法應用經驗還不太豐富，以及成本相對較高，一般工程較少采用。

(2)地震波跨孔層析成像(CT)方法，通?？捎糜谔綔y規(guī)模小、要求精度高的地下介質結構尺寸，可以為設計施工提供較準確的不明地下結構物的空間形狀數據信息。

(3)非開挖水平定向鉆進拉管方法是城市地下管道工程設計施工中常見的非開挖施工技術，近年來在地下電纜工程施工中也有采用，但是拉管直徑一般較小。非開挖水平定向鉆進也是電纜頂管或盾構隧道工程施工中有效的超前勘察手段。當采用在拉(套)管中進行地震波層析成像(CT)探測，可進一步詳細查明設計施工隧道區(qū)段的地下障礙物情況，是大直徑電纜隧道補充勘察的有效手段。其主要缺點，一是須先完成拉管施工，成本較高；二是受限于CT設備電纜長度，一次探測長度有限。