静力触探法精细化探测深埋管线的研究与应用

文/董光辉 解亚雄 姚龙龙

拟建地铁沿线周边环境调查，特别是埋深＞10 m的管线属性信息调查是地铁建设前期勘察过程中最重要的工作之一，关系到地铁的选线、设计和邻近建（构）筑物的安全保护。在地铁建设勘察设计阶段，遇到地铁车站或区间等结构必须穿越埋深10 m 以上的管线时，无法采用常规的雷迪管线探测仪进行精细化探测，但只有获取了深埋管线的精确三维信息结果，设计者方可出具施工图指导施工［1］。

鉴于以上需要，本文提出采用静力触探法进行深埋管线的精细化探测。

1 静力触探法探测

1.1 常规操作

静力触探技术(CPT)是岩土工程勘察专业，特别软土钻孔勘察中较为常用的一种原位测试技术；主要是在岩土勘察钻大孔径孔之前，利用静力触探获得软土的天然地基承载力及判断是否接触到硬质物体。常规操作流程：架设好静力触探仪器设备后，进行接杆下钻，一般钻到岩土大孔径孔同深的位置［2］。

1.2 精细化探测

精细化探测为常规探测工作的深化，是指在轨道交通施工图设计或施工阶段，因设计、施工需要，要求进一步提高探测精度或针对常规物探因场地条件、探测手段所限未能探明的关键对象，采用特定的高精度探测方法对地下管线和地下障碍物进行详细探测的过程。

相对于常规操作精细化探测表现在：

1）不同于常规操作1 个孔位即可；精细化探测每排需要布置至少6个以上孔位，至少3排断面；

2）钻杆下钻时，钻杆的垂直度要求精度高，可利用水平尺随时调整，条件允许时，可使用全站仪调平，利用竖丝随时观测调整；

3）需要精确测量出各孔位平面和高程数值；

4）数据处理比常规操作复杂，需要和地铁各结构进行数据比对。

2 工程案例

2.1 工程概况

某城市地铁3 号线施工图设计阶段，某区间需要穿越一个地下3层的冷冻室，线路左右线为上下设置，但进出冷冻室区间平行设置。在该冷冻室下方距离23 m 位置有埋深16.20 m(到管顶）、外直径1.5 m 的给水管，平行于给水管是埋深15.60 m（到管底）、外直径1.0 m 污水管，给水管和污水管平面间距是5.5 m。在给水管和污水管下方，区间隧道设计顶部距离管线底分别为0.4、2.55 m。此处地下土层为黏性土。

以上是根据管线竣工属性信息数据和设计数据推算。为了更精确地获得2 根深埋管线的信息，采用静力触探法进行精细化探测，采用井中磁梯度野外测试方法进行复核验证。

2.2 操作要点

2.2.1 准备工作

在准备好KE—U310型静探仪静力触探仪器相关的设备后，首先取得路政管理的许可，搁置隔离墩在安全距离范围内进行钻杆钻孔工作。

2.2.2 探测

第一步，根据竣工资料或浅埋段探测的管线点，在管线半径范围内放样出管线和地铁中线相交位置，两侧各3.5 m位置放样出管线中线位置。

第二步，分别在3处位置，垂直于管线中线方向钻孔，每排断面根据现场条件间隔1/4管径钻孔至少6个点位，放样出每个断面的孔位。

第三步，在每个孔位上架设好钻机并与显示器调试连接，钻前对钻机进行水平尺调平工作，每压入3 m进行一次钻机水平调整，随时关注显示器上波形变化，判断出接触到的管顶位置埋深数据并记录。

第四步，测量出每个孔位的高程数值。

第五步，根据勘察和测得的孔位高程数据，精确算得每个孔位的埋深数据，结合钻孔的各个孔位触探到管面的埋深数据，把3个断面的圆在CAD软件中画出，找到中心进行拟合后，分析得到管顶的埋深数值，继而根据管顶的埋深数值和孔位高程数值，推算出管底的高程数值，与设计的地铁结构高程数值进行比较，同时推算出管顶位置离孔位的平面距离。

第六步，现场测量最终管顶位置的平面和高程值，整理成果报告，得出管底和结构物之间的竖向和平面的距离。

2.2.3 复测

根据现场条件，采用井中磁梯度技术在中线附近3.5 m范围内复核井位2处。见图1。

图1 井中磁梯度野外测试

2.3 勘测结果

勘测数据见表1和表2。

表1 给水管线现场静力触探和磁梯度测试复核埋深m

表2 污水管线现场静力触探和磁梯度测试复核埋深m

续表2

通过分析表1和表2数据，在CAD中三点画圆，得到最终6 个在5 cm 误差范围内的探测点，三维立面中分析获取管顶精确三维埋深信息，探测精度满足相关规范要求［3］，与设计区间隧道顶部换算的埋深数据进行比对，区间可以顺利穿越给水和污水这两条管线，给施工图设计提供强有力的数据支撑。

3 结论及建议

1）根据竣工资料或已有管线资料等大概放样出管线走向，精度越高越有利于布孔。

2）钻孔前根据地质勘察报告判断土层是否适宜钻孔，较深杂填土等区域不适宜采用此法。

3）钻孔时每加杆一节必须利用水平尺严格进行钻杆的垂直度检核和校正。

4）根据现场条件适当加孔进行精细化探测，提高数据分析的可靠性。

5）计算是在三维立面中分析获取的管顶精确三维埋深信息，根据各精细化探点在圆中位置，分析计算出管顶处精确埋深数值，根据管外径求得管底处精确埋深，继而根据地铁设计数据信息判断，地铁结构是否在管线安全距离外，进行避让。