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攻克難題!廣西這一團隊潛心鑽研新技術,爲地鐵隧道“體檢”

閱讀數:334 1 天前 來源:南國早報客戶端 舉報
填補了國內外此項技術的空白。

地鐵是南甯城市交通的地下“主動脈”,地鐵隧道從高樓大廈、老舊小區以及邕江下穿過,如何保障隧道的質量安全,是地鐵建設中的頭等大事。地鐵隧道施工普遍采用盾構法,給盾構管片壁後注入水泥砂漿填充加固,是一道重要的施工工序。然而,如何對被遮擋在管片後的注漿質量進行有效評估,一直是地鐵施工過程中的一項難題。

廣西有色勘察設計研究院院長助理、高級工程師馬富安帶領團隊開展研究,最終找到了通過地質雷達開展快速無損檢測的方法,填補了國內外此項技術的空白。

▲馬富安使用地質雷達對盾構管片後注漿質量進行檢測。

給“主動脈”體檢遇技術難題

南甯目前已開通3條地鐵線路,挖掘地鐵隧道,現在通常用盾構機進行施工。盾構機掘出隧洞後,要盡快用鋼筋混凝土制成的管片進行加固,並把水泥砂漿注入管片和它背後隧洞之間的縫隙裏,相當于給隧洞裝上一個堅固的外殼。若注漿質量不好,如存在空洞、不夠密實等問題,就有可能引起地下水滲漏等情況,嚴重的甚至會導致地面塌陷、隧道坍塌、地上建築開裂等。

既然注漿質量這麽重要,就有必要在施工過程中,對注漿情況進行檢測。然而,注漿層完全被厚厚的管片遮擋,看不到也摸不著,如何評估注漿效果成了一道難題。馬富安介紹,過去,檢測注漿質量並沒有相關規範和標准,業內一般采用觀察管片是否滲水,或在管片上鑽孔取樣的方法來檢測。這些方法的缺點顯而易見,不但費時費力,還會損壞管片。且鑽一個孔,只能知道孔所在位置的情況,有可能孔位附近就有一個空洞,卻完全沒有被發現。

嘗試地質雷達檢測屢遭失敗

“南甯正處在地鐵建設的高峰期,解決管片注漿質量檢測這個難題,保障地鐵建設安全勢在必行。”2015年初,馬富安了解到這一情況後,就想通過自己的專業技術,嘗試解決這個問題。長期從事地球物理勘探工作的馬富安,經常使用地質雷達來探測地表以下的地質情況。“能不能用地質雷達來探測盾構管片後的注漿情況?”地質雷達可發射高頻電磁波並接收地層中物體反射的回波,通過回波可分析地面以下否存在空洞、管道等。

然而,試驗結果讓他感覺到事情沒這麽簡單。盾構管片厚達30厘米,且夾有兩層鋼筋網,雷達波難以有效穿透。探測儀的顯示器上,顯示出雷達波被多次反射後雜亂無章的探測結果圖,完全無法判斷管片後的情況。“就像人在醫院拍X光胸片,胸前卻放著一塊鋼板把X光擋著了。”馬富安解釋。

“是不是我們的設備出了問題?”馬富安認爲,用地質雷達檢測管片後注漿情況,在理論上是可行的。之所以沒有得到好的檢測效果,可能是設備或人出了問題。爲了驗證這一猜想,他邀請區內外多家地勘單位,由各自單位的技術員,操作型號各異的地質雷達開展試驗,結果都無法得到有效的檢測結果。

外國生産商拒絕幫忙調整參數

研究已進行了數月,卻沒有一點進展,馬富安的團隊裏開始有不少人懷疑研究方向是否正確,他面臨越來越大的壓力。“理論上是可行的,設備也很先進,究竟是哪裏不對?”馬富安向同行求助,結果一些同行聽說他在研究這個課題,都勸他“不要浪費時間了”。

馬富安調整心態,靜下心來查閱了大量關于電磁波和地質雷達的相關論文。從電磁波的傳播理論,到地質雷達的設計調試技術,他都仔細鑽研,並進行試驗。經過大量理論研究和反複驗證後,他認爲,如果對地質雷達的一些運行參數進行修改,可能會對檢測管片後注漿情況有幫助。

目前行業內使用的地質雷達多爲國外進口,參數在出廠前就設置好了,用戶一般不能調整。馬富安聯系了在美國的生産商,希望廠家能幫助調整參數,結果對方傲慢地拒絕了他的請求。“生産商說他們的參數設置肯定是最優的,沒有必要調整。”無奈之下,他只好又自己鑽研調整參數的方法。

可能影響探測結果的參數有多組,需要找出最優的組合方式,馬富安和團隊成員不斷進行試驗。2015年9月的一天,馬富安修改設置了一組參數,把地質雷達貼到專爲試驗搭建的模擬盾構隧道上。與雷達連接的顯示器上,出現了一個異常區域,正好對應模擬隧道內預先設置的一個注漿空洞區域。雖然有些興奮,但他還是不敢確信,又換人、換設備反複驗證了幾次。結果,每次都能准確探測到空洞,說明這套參數起作用了。

▲馬富安(左)在查看地質雷達檢測結果。

技術攻關成功被推廣應用

爲進一步驗證這組參數的有效性,馬富安把設備拉到了當時在建的一段地鐵隧道裏進行實戰驗證。一輪檢測結束,顯示屏上出現了一處疑似空洞的異常。經鑽孔采樣,對應位置的管片後,確實存在一處注漿空洞。隨後進行的多次驗證,也都證實經過參數調整的地質雷達,對管片後注漿情況有著很高的評估准確率。

隨後,這項技術迅速被應用到南甯地鐵施工中。在對2、3號線的檢測過程中,就發現了145處管片後注漿的面狀異常,並向相關部門提出了重新注漿加固的處理建議。目前,在建的南甯地鐵2號線東延線以及4、5號線,也都采用這項技術進行管片後注漿質量檢測。

新技術驗證成功,馬富安和團隊並沒有打算把它藏著掖著,而是希望通過制定標准、規範,讓更多人了解、掌握這項技術,以便在更多的地鐵建設工程中得到應用。2018年,經自治區住房和城鄉建設廳批准,由廣西有色勘察設計研究院主編的工程建設地方標准《盾構法隧道管片壁後注漿質量地質雷達法檢測技術規範》正式發布實施,標志著這項技術獲得了自治區級主管部門的認可和推廣。

目前,相關部門還在積極推動上述規範上升爲國家標准。近期,已經有廣州等地的地鐵建設單位,表示出了對這項技術濃厚的興趣。馬富安介紹,經過在實踐中不斷完善,目前這套技術的應用範圍已經更廣泛了。比如當前南甯市正在開展的黑臭水體治理,在對水汙染源及汙染範圍的檢測過程中,這套技術也能發揮作用。

編輯丨褚瑞懿

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