盾构隧道壁后注浆的探地雷达探测模拟试验

盾构隧道壁后注浆的探地雷达探测模拟试验

第29卷 第2期 岩 土 工 程 学 报 Vol.29 No.2 2007年 2月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Feb., 2007

盾构隧道壁后注浆的探地雷达探测模拟试验

黄宏伟，杜 军，谢雄耀

（1. 同济大学岩土工程重点实验室，上海 200092；2. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092）

摘 要：针对现阶段软土盾构隧道壁后注浆过程中存在的问题及其可能引起后果的基础上，通过对隧道管片后的探地雷达探测目标的模拟试验研究，充分展示了隧道壁后充填 “探测对象”时电磁波的传播规律。结合室内实体管片壁后注浆体和砂层的探地雷达无损探测模拟试验的研究成果，和基于FDTD法的GPR数据二维正演结果，对隧道壁后注浆体的分布形态进行了准确的识别。结果表明：隧道壁后注浆材料的龄期、分布形态以及组成材料配比对GPR探测的剖面图具有显著的影响。试验对探地雷达准确探测和解释盾构隧道盾尾壁后注浆效果具有十分重要的作用。 关键词：盾构隧道；探地雷达；壁后注浆；模拟试验；正演分析

中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2007)02–0243–06

作者简介：黄宏伟(1966– )，男，博士，教授，博士生导师，主要从事地下结构与岩土工程的研究。E-mail：huanghw@mail.tongji.edu.cn。

Simulation of GPR detecting of grouting materials behind shield tunnel segments

HUANG Hong-wei，DU Jun，XIE Xiong-yao

(1. Key Laboratory of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Department of Geotechnical Engineering,

Tongji University, Shanghai 200092, China)

Abstract: In recent years, there were some defects in the grouting behind the lining of shield tunnels which might cause some heavy aftermaths. When some were filled in the gap behind shield tunnel segments, the propagation rules of electromagnetic waves were summed up through a lot of simulation examinations of detecting of grouting materials behind shield tunnel segments with GPR (Ground Penetrating Radar). Combining simulation examination results with the two-dimensional model based on the finite difference time domain method (FDTD), the distribution of the grouting materials could be identified accurately. It was shown that the profile of GPR might be affected evidently by three factors: the curing period, different mixture ratios and distribution of gaps and grouting materials. Meanwhile, this simulation examination was important for GPR to interpret grouting effect behind shield tunnel segments.

Key words: shield tunnel; GPR; grouting behind segment; simulation examination; direction deduce analysis

0 引 言

探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)采用非接地性测量，可作快速连续检测，对检测对象无损，能比较直观地表现检测目标[1]。因此，探地雷达技术成为地球物理勘查的重要方法之一。尤其是最近逐渐应用到软土盾构隧道壁后注浆效果的无损检测领域[2]。

在盾构法隧道施工中，壁后注浆是隧道施工中必不可少的重要环节之一。上海长江隧道工程为上海十五期间重点建设项目，其中南港隧道长约9 km，拟建的隧道外径15.0 m，内径13.7 m。地质调查表明隧址的地质条件十分复杂，这样大直径、长距离的推进是史无前例的，但带来的技术难度也同样是罕见的，例如：长大隧道的注浆控制问题就是隧道界的世界性的

难题。目前仅根据现场隧道和地表的沉降观测数据，来决定是否进行二次注浆或补偿注浆。采取这些方法，在某种程度上可以有效缓解隧道施工引起过大的地表沉降。然而，根据沉降观测指导再注浆或控制，在时间上已经晚了一步[2]。另外，由于隧道的大直径及长距离推进，目前传统的注浆工艺是否能有效确保上海隧道工程中盾尾空隙的充填，关系到能否有效的控制地层和隧道结构本身的稳定性及其沉降。

探地雷达的无损探测方法应用于上海隧道工程盾构隧道壁后注浆施工中，其主要目的是探测注浆体沿

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基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划；上海市科学技术委员会重大科技攻关项目（04dz12021） 收稿日期：2005–12–20

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