团队潜心钻研新技术 为地铁隧道“体检”

2019年10月03日 10:47 来源：南国早报客户端 编辑：陆权香

       地铁是南宁城市交通的地下“主动脉”，地铁隧道从高楼大厦、老旧小区以及邕江下穿过，如何保障隧道的质量安全，是地铁建设中的头等大事。地铁隧道施工普遍采用盾构法，给盾构管片壁后注入水泥砂浆填充加固，是一道重要的施工工序。然而，如何对被遮挡在管片后的注浆质量进行有效评估，一直是地铁施工过程中的一项难题。广西有色勘察设计研究院院长助理、高级工程师马富安带领团队开展研究，最终找到了通过地质雷达开展快速无损检测的方法，填补了国内外此项技术的空白。

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▲马富安使用地质雷达对盾构管片后注浆质量进行检测。

给“主动脉”体检遇技术难题

        南宁目前已开通3条地铁线路，挖掘地铁隧道，现在通常用盾构机进行施工。盾构机掘出隧洞后，要尽快用钢筋混凝土制成的管片进行加固，并把水泥砂浆注入管片和它背后隧洞之间的缝隙里，相当于给隧洞装上一个坚固的外壳。若注浆质量不好，如存在空洞、不够密实等问题，就有可能引起地下水渗漏等情况，严重的甚至会导致地面塌陷、隧道坍塌、地上建筑开裂等。既然注浆质量这么重要，就有必要在施工过程中，对注浆情况进行检测。然而，注浆层完全被厚厚的管片遮挡，看不到也摸不着，如何评估注浆效果成了一道难题。马富安介绍，过去，检测注浆质量并没有相关规范和标准，业内一般采用观察管片是否渗水，或在管片上钻孔取样的方法来检测。这些方法的缺点显而易见，不但费时费力，还会损坏管片。且钻一个孔，只能知道孔所在位置的情况，有可能孔位附近就有一个空洞，却完全没有被发现。

尝试地质雷达检测屡遭失败

         “南宁正处在地铁建设的高峰期，解决管片注浆质量检测这个难题，保障地铁建设安全势在必行。”2015年初，马富安了解到这一情况后，就想通过自己的专业技术，尝试解决这个问题。长期从事地球物理勘探工作的马富安，经常使用地质雷达来探测地表以下的地质情况。“能不能用地质雷达来探测盾构管片后的注浆情况？”地质雷达可发射高频电磁波并接收地层中物体反射的回波，通过回波可分析地面以下否存在空洞、管道等。然而，试验结果让他感觉到事情没这么简单。盾构管片厚达30厘米，且夹有两层钢筋网，雷达波难以有效穿透。探测仪的显示器上，显示出雷达波被多次反射后杂乱无章的探测结果图，完全无法判断管片后的情况。“就像人在医院拍X光胸片，胸前却放着一块钢板把X光挡着了。”马富安解释。“是不是我们的设备出了问题？”马富安认为，用地质雷达检测管片后注浆情况，在理论上是可行的。之所以没有得到好的检测效果，可能是设备或人出了问题。为了验证这一猜想，他邀请区内外多家地勘单位，由各自单位的技术员，操作型号各异的地质雷达开展试验，结果都无法得到有效的检测结果。

外国生产商拒绝帮忙调整参数

         研究已进行了数月，却没有一点进展，马富安的团队里开始有不少人怀疑研究方向是否正确，他面临越来越大的压力。“理论上是可行的，设备也很先进，究竟是哪里不对？”马富安向同行求助，结果一些同行听说他在研究这个课题，都劝他“不要浪费时间了”。马富安调整心态，静下心来查阅了大量关于电磁波和地质雷达的相关论文。从电磁波的传播理论，到地质雷达的设计调试技术，他都仔细钻研，并进行试验。经过大量理论研究和反复验证后，他认为，如果对地质雷达的一些运行参数进行修改，可能会对检测管片后注浆情况有帮助。目前行业内使用的地质雷达多为国外进口，参数在出厂前就设置好了，用户一般不能调整。马富安联系了在美国的生产商，希望厂家能帮助调整参数，结果对方傲慢地拒绝了他的请求。“生产商说他们的参数设置肯定是最优的，没有必要调整。”无奈之下，他只好又自己钻研调整参数的方法。可能影响探测结果的参数有多组，需要找出最优的组合方式，马富安和团队成员不断进行试验。2015年9月的一天，马富安修改设置了一组参数，把地质雷达贴到专为试验搭建的模拟盾构隧道上。与雷达连接的显示器上，出现了一个异常区域，正好对应模拟隧道内预先设置的一个注浆空洞区域。虽然有些兴奋，但他还是不敢确信，又换人、换设备反复验证了几次。结果，每次都能准确探测到空洞，说明这套参数起作用了。

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　▲马富安、师虎峰在查看地质雷达检测结果。

技术攻关成功被推广应用

       为进一步验证这组参数的有效性，马富安把设备拉到了当时在建的一段地铁隧道里进行实战验证。一轮检测结束，显示屏上出现了一处疑似空洞的异常。经钻孔采样，对应位置的管片后，确实存在一处注浆空洞。随后进行的多次验证，也都证实经过参数调整的地质雷达，对管片后注浆情况有着很高的评估准确率。随后，这项技术迅速被应用到南宁地铁施工中。在对2、3号线的检测过程中，就发现了145处管片后注浆的面状异常，并向相关部门提出了重新注浆加固的处理建议。目前，在建的南宁地铁2号线东延线以及4、5号线，也都采用这项技术进行管片后注浆质量检测。新技术验证成功，马富安和团队并没有打算把它藏着掖着，而是希望通过制定标准、规范，让更多人了解、掌握这项技术，以便在更多的地铁建设工程中得到应用。2018年，经自治区住房和城乡建设厅批准，由广西有色勘察设计研究院主编的工程建设地方标准《盾构法隧道管片壁后注浆质量地质雷达法检测技术规范》正式发布实施，标志着这项技术获得了自治区级主管部门的认可和推广。

       目前，相关部门还在积极推动上述规范上升为国家标准。近期，已经有广州等地的地铁建设单位，表示出了对这项技术浓厚的兴趣。马富安介绍，经过在实践中不断完善，目前这套技术的应用范围已经更广泛了。比如当前南宁市正在开展的黑臭水体治理，在对水污染源及污染范围的检测过程中，这套技术也能发挥作用。

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