2024年5月11日发(作者：衷棠华)
2020
年
盾构隧遣同多濮浆实时栓測就*
g
牍泉数臬今析
田闯
1
曾里
2
黄钟晖
1
谢雄耀彳王炳华
1
曾少武彳
（1
•南宁轨道交通集团有限责任公司
,530029,
南宁;
2
.同济大学土木工程学院
,
200092,
±
海
；
3.
南宁中铁广发轨道装备有限公司
,530200,
南宁〃第一作者,高级工程师
）
摘要
盾构隧道同步注浆是控制地层变形以及建筑物沉
降的重要措施
，
传统注浆方式通过注浆量和注浆压力进行双
控,但对壁后注浆效果难以控制
，
无法实现注浆质量实时监
测
。
介绍了一种将探地雷达检测装置与盾构车架进行融合
grouting
and
the
cost
of
grouting
construction
are
significantly
reduced
,
the
project
safety
is
guaranteed
at
the
same
time.
Key
words
metro
tunnel
；
synchronous
grouting
；
GPR
；
backfill
grouting
；
ground
subsidence
设计的盾构隧道同步注浆实时检测装备
，
该装备在盾构推进
First-author^s
address
Nanning
Rail
Transit
Co.
,
Ltd.
,
530029,
Nanning
,
China
间隙采用探地雷达对壁后注浆进行实时检测
。
以南宁轨道
交通
3
号线工程应用为例
，
分析该装备的工程应用效果
。
通
过该装备对壁后注浆形态进行实时检测
，
同步指导注浆参数
调整
，
显著减少了超注浆情况的发生，
在保证工程安全的同
0
引言
盾构同步注浆是通过同步注浆液填充盾尾空
时减少了注浆工程支出。
关键词
地铁隧道
；
同步注浆
；
探地雷达
；
壁后注浆
；
地表
沉降
隙
，
从而有效防止盾尾上部土体塌落
，
控制地表的
沉降
。
同步注浆还有利于盾构姿态控制
，
有利于提
高隧道拼装质量
。
目前国内外盾构同步注浆质量
控制常基于经验
,
结合盾尾建筑空隙理论对注浆量
及注浆压力进行控制
。
因此,亟需发展同步注浆可
视化检测技术及装备
，
实现注浆分布形态的实时探
中图分类号
U455.49
DOI
：
10.16037/j.
1007
-
869x. 2020.01.029
Real-time
Detection
Technology
for
Shield
Tunnel
Synchronous
Grouting
and
Grouting
Effect
Analysis
TIAN
Chuang,
ZENG
Li,
HUANG
Zhonghui,
XIE
Xiongyao
,
WANG
Binghua,
ZENG
Shaowu
Abstract
Shield
tunnel
synchronous
grouting
is
an
important
countermeasure
to
control
stratum
deformation
and
building
set
测
，
进而实现同步注浆由传统的以人工经验为主的
模式向注浆形态实时检测
、
注浆量精确控制及注浆
模式智能化选择方向转变
，
为盾构隧道精细化施工
提供技术保障
。
在盾构隧道施工过程中
，
隧道沉降也一直是注
tlement.
The
traditional
way
is
to
control
both
the
grouting
vol
ume
and
grouting
pressure
simultaneously
,
however,
the
effect
浆所需要控制的问题
。
壁后同步注浆和二次补注
浆是一个控制地表沉降的重要手段
，
但是壁后注浆
质量控制一宜是工程界的难题
。
经过前期研究和
验证
,
笔者认为探地雷达是理想的盾构同步注浆检
of
backfill
grouting
is
uncontrollable
and
consequently
,
the
re
al-time
monitoring
of
grouting
quality
couldn
z
t
be
implemen
ted.
In
this
paper,
the
design
of
a
real-time
detecting
equip
ment
for
shield
tunnel
synchronous
grouting
is
introduced
,
测手段
。
which
combines
the
ground
penetrating
radar
(
GPR)
detecting
device
and
shield
frame
to
implement
real-time
detection
in
the
同步注浆检测范围是管片壁后大约
lm
范围以
内的区域
。
由探地雷达检测对象中的混凝土管片
、
advance
clearance
of
shield
machine.
Taking
the
example
of
Nanning
metro
Line
3,
the
engineering
application
effect
of
the
equipment
is
analyzed.
The
real-time
detection
of
backfill
grouting
formation
is
used
to
guide
the
grouting
parameters
ad
注浆材料及壁后土体电性参数可知
，
这
3
种介质间
的电性质相差较大
，
电磁波在管片和浆液层
，
以及
在浆液层和土体之间都会产生明显的反射
。
根据
电磁波反射以及电磁波在不同介质中的传播速度,
justment
synchronously
・
As
a
result,
the
occurrence
of
over
采用探地雷达发射和采集波形
，
可取得良好的检测
*
国家自然科学基金
(51778476,51608379);
上海科技发展基金
(
17DZ1204203
,
18DZ1205200
)
•
124
•
第
T
期
效果
。
实时注浆探地雷达自动检测装置研制步骤
是:首先进行同步注浆材料及穿越区典型土体的电
性参数测试
，
获得检测所需基础数据;然后建立快
速
、
高效的电磁波目标智能识别算法
，
并编写数据
采集及处理软件;最后研制实时注浆探地雷达自动
检测装置
。
文献
［
1
］
的隧道检测系统
，
安装有探地雷达设
备
,
利用升降机进行隧道顶端的检测;文献
［
2
］
介绍
了一种隧道检测装置;文献
［
3
］
介绍了一种检测混
凝土衬砌落石的探地雷达装置;文献
［
4
］
介绍了一
种基于雷达的山岭隧道病害检测车;文献
［
5
］
进行
了山岭隧道空洞病害的雷达图像正演模拟
，
模拟结
果和实际模型比较吻合
，
相关结论为复杂探地雷达
图像的识别提供了依据
,
为建立此类图像识别数据
库打下了基础;文献
［
6
］
利用网络分析仪测定了不
同频率下影响探地雷达探测精度的壁后注浆材料
的介电常数
，
并对试验结果进行了正演分析
，
与介
电常数恒定时的波形进行了比较
。
文献
［
7
］
介绍了
Noggin
250
MHz
,500
MHz
A
1
GHz
频率探地雷达在
上海长江隧道壁后注浆效果检测中的应用情况
,
探
测结果对比分析表明
,500
MHz
频率的探地雷达能
够取得最佳的探测效果;文献
［
8
］
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
验研究成果和基于
FDTD
（
有限时域差分法
）
法的
GPR
（
探地雷达
）
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识别
。
对于盾构隧道壁后注浆所产生的沉降,所查找
文献的研究主要集中在软件的数值模拟以及工程
现场的实地测量方面
。
探地雷达技术已经应用到
了壁后注浆的研究中
，
但是文献中没有采用探地雷
达技术的检测装备应用于工程实地的案例
。
1
盾构隧道同步注浆实时检测方法
1.1
车架随行式同步注浆实时检测装备硬件系统
1
）
硬件系统设计与集成
。
车架随行式同步注
浆自动检测系统的硬件系统主要包括非接触式空
气耦合天线
、
步进频率式探地雷达装置及台车
、
随
行式壁后注浆雷达实时检测装备
。
该装备的设计
思路主要是为适应隧道中盾构机的操作环境。
随
行式台车主要为了使雷达装置能够沿着半径方向
扫描隧道的管片以及注浆层
，
提供雷达运动的轨
道
，
限制雷达装置的速度和位置
。
步进频率式雷达
天线为采集设备,加载在轨道上
，
沿着圆弧形轨道
方向运动
。
2
）
检测机构安装位置
。
如图
1
所示
，
检测机构
安装位置基本确定为装配后的第四环管片
，
此时,
管片完全脱出盾壳的时间已经有
1
h
。
这个位置是
盾尾所在位置
，
因此整个检测设备的操作和运行不
会影响工地现场的正常施工
。
如果检测发现地表
出现沉降
，
可以指导工地现场技术人员进行及时补
注浆
。
□
PR
檜测哦轉
图
1
盾构机前方机械位置布置平面图
3
）
硬件系统系统集成
。
检测装备的机械结构
采用多部件装配形式
。
主体由多个拼装式导轨及
支架组装形成
，
形式简单便于量产
。
整套系统包括
轨道
、
同步带
、
传动机构
、
检测天线
、
伺服分机和驱
动与减速器
。
1.2
车架随行式同步注浆实时检测装备软件系统
1
）
检测机构伺服控制系统
。
为了对机械结构
进行有效控制
，
为自动检测系统开发相应的控制软
件,命名为
TGIS
O
TGIS
能够实现定位
、
步进及连续
移动式采集
。
2
）
雷达信号采集及智能处理系统
。
考虑到隧
道内工作环境比较恶劣
，
系统的操作界面应简洁优
化
，
让操作者尽可能少输入参数;如必须改变参数
设置时
,
系统提供选项供用户选择
。
3
）
雷达信号处理识别模块
。
处理及同步注浆
性态自动识别解释模块可采用其它编程语言实现
,
编译后由
C#®
言编写的主控程序来调用应用程序
来实现雷达数据的处理
、
自动识别等功能
。
4
）
壁后注浆形态可视化模块及识别原理
。
成
果可视化模块是决定用户对本项目认可度高低的
最为关键的一个环节
。
可视化模块使雷达测线范
围内隧道壁后注浆的分布能够清楚简洁地表现出
来
。
壁后注浆分层识别原理是基于回波的最大振
•
125
•
幅来确定分层之间的界面
。
通过对回波的振幅进
行分析
，
将两次的振幅最大处标记为混凝土与注浆
层
、
注浆层与土体之间的分界面
。
同步注浆实时检
测智能解析软件将判别振幅最大位置并画出注浆
分层示意图
。
2
同步注浆实时检测系统的工程应用
2.1
工程概况
车架随行式同步注浆实时检测装备于
2017
年
3
月
30
日正式应用于南宁市轨道交通
3
号线一期
工程右线盾构隧道施工
。
本文以南宁轨道交通
3
号
线青秀山站一市博物馆站
（
原博艺路站
）
区间
（以下
简称
“
青市区间
”
）
为例进行分析
，
该区间工程采用
2
台泥水盾构施工
。
区间盾构自市博物馆站北端头始发
,
需要穿过
邕江至北岸江滩
，
沿途地质条件较差
，
施工难度较
大
。
沿途以南宁特殊的圆砾石层为主
，
在圆砾地层
中注浆很容易在岩石空隙中流散
，
导致注浆质量难
以保证
，
地表沉降的隐患难以及时排除
，
如果发生
严重事故
，
可能会对该工程造成相当大的影响
。
青
市区间隧道平面位置示意图如图
2
所示
。
图
2
南宁轨道交通
3
号线青市区间位置示意图
2.2
注浆材料及注浆方式
1
）
注浆配比
。
同步注浆浆液配比见表
1
。
始
发段砂浆配合比
，
采用单液浆
，
施工中需根据实际
施工情况进行调整
。
表
1
南宁轨道交通
3
号线青市区间右线隧道
同步注浆浆液配比表
注浆
每
m
3
浆液不同成分的质量
/kg
方式
水
水泥
细砂
粉煤灰
膨润土
同步注浆
350
180
1
200
200
30
2
）
注浆方式
。
在盾构掘进过程中采取以下
2
种注浆方式:①同步注浆
。
通过盾尾注浆管在掘进
的同时进行注浆
，
同步注浆完成后约
1
h
进行同步
•
126
•
2020
年
注浆的监测
。
②二次注浆
。
在探地雷达检测装置
检测壁后注浆数据反馈出现欠注浆时
，
在管片脱出
盾尾后
,
通过管片上预留的注浆孔进行二次补浆
。
3
）
注浆设备配置
。
同步注浆系统配备
KSP
液
压注浆泵
2
台
（
单台注浆能力为
10
n?/h
）
、
4
个盾
尾注浆管口及其配套管路,并预留
4
个盾尾注浆管
。
2.3
检测装备操作步骤及检测结果评价
车架随行式同步注浆实时检测装备的导轨位
置为隧道上部
45
。
到
105
。
的范围
，
在导轨末端设置
传感器进行位置限制
，
防止装备滑出导轨
。传感器
实时获取检测装备的位置信息
，
在盾构移动过程
中
，
检测装备的位置信息将以角度的形式传到电脑
的软件上
。
当雷达进入新的一环管片的范围
，
可以
在操作室进行远程操作
，
完成一次扫描
。
预设每一
环扫描
2
次
，
扫描位置位于每一环的
50
cm
和
100
cm
处
。
安装于盾尾的车架随行式同步注浆实时检
测装备的探地雷达如图
3
所示
。
图
3
安装于盾尾的探地雷达装置
2.
3.1
检测装备的主要操作步骤
1
）
打开"数据库"文件夹里的
EmDraw.
exe
,
产
生如图
4
所示的操作界面
。
点击
“
寻零
”
将雷达天
线置于于起始位置
。
“
寻零
”
完成后,依次点击
“
复
位
”
“
开始
”
“
停止
”
“
复位
”
按钮
。
*
'U
E
-
■d
GM
W8<
pn
-
/
n~
讣
tui
・・
•
a
Itt
l-BXA
•
l>T
14
CM
*
«
■
***
图
4
检测系统操作界面
2
）
信号采集完毕之后
，
系统会形成雷达的原始
图像
，
如图
5
所示
。
图
5
信号采集和读取结果
3
）
点击
“
注浆解释
”
按钮
，
查看如图
6
所示的同
步注浆结果
。
O
KH5
并疫•肿
图
6
同步注浆结果
4
）
盾构每推进一环
，
重复以上步骤进行扫描
检测
。
2.3.2
区间同步注浆典型雷达图像结果评价
1
）
评价指标设定
。
为了更好地解释注浆层
，
为
了对目前已经搜集到的
127
组数据进行更好的分类
和解释
，
将注浆分成了注浆正常
、
超注浆和欠注浆
3
种形式
。
从南宁轨道交通
3
号线的施工记录来看,
每一环的同步注浆量都控制为
6~7
m
3
的单浆液,
具体换算到注浆层的厚度大约为
0.
14
m,
由此可以
认为是
120%
和
66%
的注浆层厚度
，
即
0.
14
m
x
l.
20
=0.
168
m
和
0.14
mx0.66
=0.092
4
m
为衡
量注浆的
2
个控制指标
。
因此
，
超注浆的控制指标
为超过
0.165
m,
欠注浆的控制指标为小于
0.092
m,
注浆正常的控制指标为大于
0.
095
m
但小于
0.165
m
o
每一次采集的注浆层厚度数据大约有
150
个
，
在标定每个注浆点的注浆量的同时,统计各
组数据中的超注浆和欠注浆的个数
。
欠注浆个数
超过
50
个
，
即将该点标注为
“
本环欠注浆
”
，
需要实
时补注浆;超注浆个数超过
30
个,即将该点标注为
“
本环超注浆
”
;如果欠注浆个数和超注浆个数都没
有达到相应标准
，
则将该点标注为
“
本环注浆正
常
”
。
以
2017
年
4
月
17
日第
141
环雷达注浆图像分
级结果为例进行分析
，
其同步注浆可视化图像如图
7
所示
。
采集完成后可实时査阅该图像
。
陲呃刑而
图
7
青市区间第
141
环注浆解释图像
图
8
为青市区间
141
环注浆层注浆厚度统计
图
。
由图
8
可知,欠注浆的点有
5
个,超注浆的点有
1
个,因此本环注浆为注浆正常
。
0.20
■
注荒高度
(MJ5
0
2
斗
矗
G
PR坏向扫描距离佝
注:两线之间为注浆正常区段
图
8
青市区间
141
环注浆层注浆厚度统计结果图
如图
9
和图
10
分别为青市区间
141
-215
环注
浆层注浆厚度的二维和三维图
。
从已经采集到的
数据来看,南宁轨道交通
3
号线青市区间右线隧道
同步注浆的品质以正常注浆为主
。
在施工中通过
补注浆和二次注浆的施工措施避免了地表沉降事
故的发生
。
图
11
为青市区间地表沉降时态图
。
由图
11
可
见:青市区间施工期间地表沉降累计变化量最大测
点为
D31-9,
沉降累计变化量为
4.
22
mm,
变化速率
为
0.
19
mm/d
；
沉降速率最大测点为
D23-8,
沉降累
计变化量为
0.36
mm,
变化速率
1.
40
mm/d
o
因此
可知
，
青市区间地表沉降完全处于施工单位的地表
沉降的规定范围内
。
监测报告的结论为
：
隧道变化
・
127
・
处于安全可控范围
。
50
■
超注浆点
40
二欠注浆点
隸
sy
30
砸
啄
20
炊
覆
、
*
10
0
160
180
200
220
240
255
环数
/
环
图
9
青市区间
141
-
215
环注浆层二维连续显示
图
10
青市区间
141-
215
环注浆层三维连续显示
---口绍
】
—
I
皿
r
—
LB1-1
l^i-1
—
DJI-J
iJiF-+
-9
t-
-
iih
』
—
DS-6
l]J!-T
-
II'
IHE-®
-
—
—
-----
IK!-II
-
Dll-12
D'L-ll
W
--
D1J-1
口弘工
I334-]
DM-2
DM-1
SC|/d
图
11
青市区间地表沉降时态图
3
结语
本文介绍的盾构隧道同步注浆实时检测技术
・
128
・
2020
年
及装备
，
解决了过往同步注浆人工检测实时性和可
视化程度低的难题
。
结合该技术和装备在南宁轨
道交通
3
号线现场示范应用,得到如下主要结论
：
1
）
对盾构拼装间隙壁后注浆，
通过探地雷达实
时检测及检测系统的实时可视化分析
，
可为现场注
浆效果评判提供良好依据
。
2
）
检测装备的检测结果表明，
在探地雷达扫描
的范围内
，
盾构隧道顶部注浆分布较为均匀
。
3
）
通过注浆参数调整
，
降低了注浆超注浆率的
发生
，
在保证地表沉降的同时
，
减少了工程浆液
支出
。
4
）
检测装备应用于盾构隧道施工
，
可对盾构施
工引起的地表沉降进行实时有效控制
。
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,
29
（
2
）
：
243.
（
收稿日期
：
2018
-
04
-
01
）
2024年5月11日发(作者：衷棠华)
2020
年
盾构隧遣同多濮浆实时栓測就*
g
牍泉数臬今析
田闯
1
曾里
2
黄钟晖
1
谢雄耀彳王炳华
1
曾少武彳
（1
•南宁轨道交通集团有限责任公司
,530029,
南宁;
2
.同济大学土木工程学院
,
200092,
±
海
；
3.
南宁中铁广发轨道装备有限公司
,530200,
南宁〃第一作者,高级工程师
）
摘要
盾构隧道同步注浆是控制地层变形以及建筑物沉
降的重要措施
，
传统注浆方式通过注浆量和注浆压力进行双
控,但对壁后注浆效果难以控制
，
无法实现注浆质量实时监
测
。
介绍了一种将探地雷达检测装置与盾构车架进行融合
grouting
and
the
cost
of
grouting
construction
are
significantly
reduced
,
the
project
safety
is
guaranteed
at
the
same
time.
Key
words
metro
tunnel
；
synchronous
grouting
；
GPR
；
backfill
grouting
；
ground
subsidence
设计的盾构隧道同步注浆实时检测装备
，
该装备在盾构推进
First-author^s
address
Nanning
Rail
Transit
Co.
,
Ltd.
,
530029,
Nanning
,
China
间隙采用探地雷达对壁后注浆进行实时检测
。
以南宁轨道
交通
3
号线工程应用为例
，
分析该装备的工程应用效果
。
通
过该装备对壁后注浆形态进行实时检测
，
同步指导注浆参数
调整
，
显著减少了超注浆情况的发生，
在保证工程安全的同
0
引言
盾构同步注浆是通过同步注浆液填充盾尾空
时减少了注浆工程支出。
关键词
地铁隧道
；
同步注浆
；
探地雷达
；
壁后注浆
；
地表
沉降
隙
，
从而有效防止盾尾上部土体塌落
，
控制地表的
沉降
。
同步注浆还有利于盾构姿态控制
，
有利于提
高隧道拼装质量
。
目前国内外盾构同步注浆质量
控制常基于经验
,
结合盾尾建筑空隙理论对注浆量
及注浆压力进行控制
。
因此,亟需发展同步注浆可
视化检测技术及装备
，
实现注浆分布形态的实时探
中图分类号
U455.49
DOI
：
10.16037/j.
1007
-
869x. 2020.01.029
Real-time
Detection
Technology
for
Shield
Tunnel
Synchronous
Grouting
and
Grouting
Effect
Analysis
TIAN
Chuang,
ZENG
Li,
HUANG
Zhonghui,
XIE
Xiongyao
,
WANG
Binghua,
ZENG
Shaowu
Abstract
Shield
tunnel
synchronous
grouting
is
an
important
countermeasure
to
control
stratum
deformation
and
building
set
测
，
进而实现同步注浆由传统的以人工经验为主的
模式向注浆形态实时检测
、
注浆量精确控制及注浆
模式智能化选择方向转变
，
为盾构隧道精细化施工
提供技术保障
。
在盾构隧道施工过程中
，
隧道沉降也一直是注
tlement.
The
traditional
way
is
to
control
both
the
grouting
vol
ume
and
grouting
pressure
simultaneously
,
however,
the
effect
浆所需要控制的问题
。
壁后同步注浆和二次补注
浆是一个控制地表沉降的重要手段
，
但是壁后注浆
质量控制一宜是工程界的难题
。
经过前期研究和
验证
,
笔者认为探地雷达是理想的盾构同步注浆检
of
backfill
grouting
is
uncontrollable
and
consequently
,
the
re
al-time
monitoring
of
grouting
quality
couldn
z
t
be
implemen
ted.
In
this
paper,
the
design
of
a
real-time
detecting
equip
ment
for
shield
tunnel
synchronous
grouting
is
introduced
,
测手段
。
which
combines
the
ground
penetrating
radar
(
GPR)
detecting
device
and
shield
frame
to
implement
real-time
detection
in
the
同步注浆检测范围是管片壁后大约
lm
范围以
内的区域
。
由探地雷达检测对象中的混凝土管片
、
advance
clearance
of
shield
machine.
Taking
the
example
of
Nanning
metro
Line
3,
the
engineering
application
effect
of
the
equipment
is
analyzed.
The
real-time
detection
of
backfill
grouting
formation
is
used
to
guide
the
grouting
parameters
ad
注浆材料及壁后土体电性参数可知
，
这
3
种介质间
的电性质相差较大
，
电磁波在管片和浆液层
，
以及
在浆液层和土体之间都会产生明显的反射
。
根据
电磁波反射以及电磁波在不同介质中的传播速度,
justment
synchronously
・
As
a
result,
the
occurrence
of
over
采用探地雷达发射和采集波形
，
可取得良好的检测
*
国家自然科学基金
(51778476,51608379);
上海科技发展基金
(
17DZ1204203
,
18DZ1205200
)
•
124
•
第
T
期
效果
。
实时注浆探地雷达自动检测装置研制步骤
是:首先进行同步注浆材料及穿越区典型土体的电
性参数测试
，
获得检测所需基础数据;然后建立快
速
、
高效的电磁波目标智能识别算法
，
并编写数据
采集及处理软件;最后研制实时注浆探地雷达自动
检测装置
。
文献
［
1
］
的隧道检测系统
，
安装有探地雷达设
备
,
利用升降机进行隧道顶端的检测;文献
［
2
］
介绍
了一种隧道检测装置;文献
［
3
］
介绍了一种检测混
凝土衬砌落石的探地雷达装置;文献
［
4
］
介绍了一
种基于雷达的山岭隧道病害检测车;文献
［
5
］
进行
了山岭隧道空洞病害的雷达图像正演模拟
，
模拟结
果和实际模型比较吻合
，
相关结论为复杂探地雷达
图像的识别提供了依据
,
为建立此类图像识别数据
库打下了基础;文献
［
6
］
利用网络分析仪测定了不
同频率下影响探地雷达探测精度的壁后注浆材料
的介电常数
，
并对试验结果进行了正演分析
，
与介
电常数恒定时的波形进行了比较
。
文献
［
7
］
介绍了
Noggin
250
MHz
,500
MHz
A
1
GHz
频率探地雷达在
上海长江隧道壁后注浆效果检测中的应用情况
,
探
测结果对比分析表明
,500
MHz
频率的探地雷达能
够取得最佳的探测效果;文献
［
8
］
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
验研究成果和基于
FDTD
（
有限时域差分法
）
法的
GPR
（
探地雷达
）
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识别
。
对于盾构隧道壁后注浆所产生的沉降,所查找
文献的研究主要集中在软件的数值模拟以及工程
现场的实地测量方面
。
探地雷达技术已经应用到
了壁后注浆的研究中
，
但是文献中没有采用探地雷
达技术的检测装备应用于工程实地的案例
。
1
盾构隧道同步注浆实时检测方法
1.1
车架随行式同步注浆实时检测装备硬件系统
1
）
硬件系统设计与集成
。
车架随行式同步注
浆自动检测系统的硬件系统主要包括非接触式空
气耦合天线
、
步进频率式探地雷达装置及台车
、
随
行式壁后注浆雷达实时检测装备
。
该装备的设计
思路主要是为适应隧道中盾构机的操作环境。
随
行式台车主要为了使雷达装置能够沿着半径方向
扫描隧道的管片以及注浆层
，
提供雷达运动的轨
道
，
限制雷达装置的速度和位置
。
步进频率式雷达
天线为采集设备,加载在轨道上
，
沿着圆弧形轨道
方向运动
。
2
）
检测机构安装位置
。
如图
1
所示
，
检测机构
安装位置基本确定为装配后的第四环管片
，
此时,
管片完全脱出盾壳的时间已经有
1
h
。
这个位置是
盾尾所在位置
，
因此整个检测设备的操作和运行不
会影响工地现场的正常施工
。
如果检测发现地表
出现沉降
，
可以指导工地现场技术人员进行及时补
注浆
。
□
PR
檜测哦轉
图
1
盾构机前方机械位置布置平面图
3
）
硬件系统系统集成
。
检测装备的机械结构
采用多部件装配形式
。
主体由多个拼装式导轨及
支架组装形成
，
形式简单便于量产
。
整套系统包括
轨道
、
同步带
、
传动机构
、
检测天线
、
伺服分机和驱
动与减速器
。
1.2
车架随行式同步注浆实时检测装备软件系统
1
）
检测机构伺服控制系统
。
为了对机械结构
进行有效控制
，
为自动检测系统开发相应的控制软
件,命名为
TGIS
O
TGIS
能够实现定位
、
步进及连续
移动式采集
。
2
）
雷达信号采集及智能处理系统
。
考虑到隧
道内工作环境比较恶劣
，
系统的操作界面应简洁优
化
，
让操作者尽可能少输入参数;如必须改变参数
设置时
,
系统提供选项供用户选择
。
3
）
雷达信号处理识别模块
。
处理及同步注浆
性态自动识别解释模块可采用其它编程语言实现
,
编译后由
C#®
言编写的主控程序来调用应用程序
来实现雷达数据的处理
、
自动识别等功能
。
4
）
壁后注浆形态可视化模块及识别原理
。
成
果可视化模块是决定用户对本项目认可度高低的
最为关键的一个环节
。
可视化模块使雷达测线范
围内隧道壁后注浆的分布能够清楚简洁地表现出
来
。
壁后注浆分层识别原理是基于回波的最大振
•
125
•
幅来确定分层之间的界面
。
通过对回波的振幅进
行分析
，
将两次的振幅最大处标记为混凝土与注浆
层
、
注浆层与土体之间的分界面
。
同步注浆实时检
测智能解析软件将判别振幅最大位置并画出注浆
分层示意图
。
2
同步注浆实时检测系统的工程应用
2.1
工程概况
车架随行式同步注浆实时检测装备于
2017
年
3
月
30
日正式应用于南宁市轨道交通
3
号线一期
工程右线盾构隧道施工
。
本文以南宁轨道交通
3
号
线青秀山站一市博物馆站
（
原博艺路站
）
区间
（以下
简称
“
青市区间
”
）
为例进行分析
，
该区间工程采用
2
台泥水盾构施工
。
区间盾构自市博物馆站北端头始发
,
需要穿过
邕江至北岸江滩
，
沿途地质条件较差
，
施工难度较
大
。
沿途以南宁特殊的圆砾石层为主
，
在圆砾地层
中注浆很容易在岩石空隙中流散
，
导致注浆质量难
以保证
，
地表沉降的隐患难以及时排除
，
如果发生
严重事故
，
可能会对该工程造成相当大的影响
。
青
市区间隧道平面位置示意图如图
2
所示
。
图
2
南宁轨道交通
3
号线青市区间位置示意图
2.2
注浆材料及注浆方式
1
）
注浆配比
。
同步注浆浆液配比见表
1
。
始
发段砂浆配合比
，
采用单液浆
，
施工中需根据实际
施工情况进行调整
。
表
1
南宁轨道交通
3
号线青市区间右线隧道
同步注浆浆液配比表
注浆
每
m
3
浆液不同成分的质量
/kg
方式
水
水泥
细砂
粉煤灰
膨润土
同步注浆
350
180
1
200
200
30
2
）
注浆方式
。
在盾构掘进过程中采取以下
2
种注浆方式:①同步注浆
。
通过盾尾注浆管在掘进
的同时进行注浆
，
同步注浆完成后约
1
h
进行同步
•
126
•
2020
年
注浆的监测
。
②二次注浆
。
在探地雷达检测装置
检测壁后注浆数据反馈出现欠注浆时
，
在管片脱出
盾尾后
,
通过管片上预留的注浆孔进行二次补浆
。
3
）
注浆设备配置
。
同步注浆系统配备
KSP
液
压注浆泵
2
台
（
单台注浆能力为
10
n?/h
）
、
4
个盾
尾注浆管口及其配套管路,并预留
4
个盾尾注浆管
。
2.3
检测装备操作步骤及检测结果评价
车架随行式同步注浆实时检测装备的导轨位
置为隧道上部
45
。
到
105
。
的范围
，
在导轨末端设置
传感器进行位置限制
，
防止装备滑出导轨
。传感器
实时获取检测装备的位置信息
，
在盾构移动过程
中
，
检测装备的位置信息将以角度的形式传到电脑
的软件上
。
当雷达进入新的一环管片的范围
，
可以
在操作室进行远程操作
，
完成一次扫描
。
预设每一
环扫描
2
次
，
扫描位置位于每一环的
50
cm
和
100
cm
处
。
安装于盾尾的车架随行式同步注浆实时检
测装备的探地雷达如图
3
所示
。
图
3
安装于盾尾的探地雷达装置
2.
3.1
检测装备的主要操作步骤
1
）
打开"数据库"文件夹里的
EmDraw.
exe
,
产
生如图
4
所示的操作界面
。
点击
“
寻零
”
将雷达天
线置于于起始位置
。
“
寻零
”
完成后,依次点击
“
复
位
”
“
开始
”
“
停止
”
“
复位
”
按钮
。
*
'U
E
-
■d
GM
W8<
pn
-
/
n~
讣
tui
・・
•
a
Itt
l-BXA
•
l>T
14
CM
*
«
■
***
图
4
检测系统操作界面
2
）
信号采集完毕之后
，
系统会形成雷达的原始
图像
，
如图
5
所示
。
图
5
信号采集和读取结果
3
）
点击
“
注浆解释
”
按钮
，
查看如图
6
所示的同
步注浆结果
。
O
KH5
并疫•肿
图
6
同步注浆结果
4
）
盾构每推进一环
，
重复以上步骤进行扫描
检测
。
2.3.2
区间同步注浆典型雷达图像结果评价
1
）
评价指标设定
。
为了更好地解释注浆层
，
为
了对目前已经搜集到的
127
组数据进行更好的分类
和解释
，
将注浆分成了注浆正常
、
超注浆和欠注浆
3
种形式
。
从南宁轨道交通
3
号线的施工记录来看,
每一环的同步注浆量都控制为
6~7
m
3
的单浆液,
具体换算到注浆层的厚度大约为
0.
14
m,
由此可以
认为是
120%
和
66%
的注浆层厚度
，
即
0.
14
m
x
l.
20
=0.
168
m
和
0.14
mx0.66
=0.092
4
m
为衡
量注浆的
2
个控制指标
。
因此
，
超注浆的控制指标
为超过
0.165
m,
欠注浆的控制指标为小于
0.092
m,
注浆正常的控制指标为大于
0.
095
m
但小于
0.165
m
o
每一次采集的注浆层厚度数据大约有
150
个
，
在标定每个注浆点的注浆量的同时,统计各
组数据中的超注浆和欠注浆的个数
。
欠注浆个数
超过
50
个
，
即将该点标注为
“
本环欠注浆
”
，
需要实
时补注浆;超注浆个数超过
30
个,即将该点标注为
“
本环超注浆
”
;如果欠注浆个数和超注浆个数都没
有达到相应标准
，
则将该点标注为
“
本环注浆正
常
”
。
以
2017
年
4
月
17
日第
141
环雷达注浆图像分
级结果为例进行分析
，
其同步注浆可视化图像如图
7
所示
。
采集完成后可实时査阅该图像
。
陲呃刑而
图
7
青市区间第
141
环注浆解释图像
图
8
为青市区间
141
环注浆层注浆厚度统计
图
。
由图
8
可知,欠注浆的点有
5
个,超注浆的点有
1
个,因此本环注浆为注浆正常
。
0.20
■
注荒高度
(MJ5
0
2
斗
矗
G
PR坏向扫描距离佝
注:两线之间为注浆正常区段
图
8
青市区间
141
环注浆层注浆厚度统计结果图
如图
9
和图
10
分别为青市区间
141
-215
环注
浆层注浆厚度的二维和三维图
。
从已经采集到的
数据来看,南宁轨道交通
3
号线青市区间右线隧道
同步注浆的品质以正常注浆为主
。
在施工中通过
补注浆和二次注浆的施工措施避免了地表沉降事
故的发生
。
图
11
为青市区间地表沉降时态图
。
由图
11
可
见:青市区间施工期间地表沉降累计变化量最大测
点为
D31-9,
沉降累计变化量为
4.
22
mm,
变化速率
为
0.
19
mm/d
；
沉降速率最大测点为
D23-8,
沉降累
计变化量为
0.36
mm,
变化速率
1.
40
mm/d
o
因此
可知
，
青市区间地表沉降完全处于施工单位的地表
沉降的规定范围内
。
监测报告的结论为
：
隧道变化
・
127
・
处于安全可控范围
。
50
■
超注浆点
40
二欠注浆点
隸
sy
30
砸
啄
20
炊
覆
、
*
10
0
160
180
200
220
240
255
环数
/
环
图
9
青市区间
141
-
215
环注浆层二维连续显示
图
10
青市区间
141-
215
环注浆层三维连续显示
---口绍
】
—
I
皿
r
—
LB1-1
l^i-1
—
DJI-J
iJiF-+
-9
t-
-
iih
』
—
DS-6
l]J!-T
-
II'
IHE-®
-
—
—
-----
IK!-II
-
Dll-12
D'L-ll
W
--
D1J-1
口弘工
I334-]
DM-2
DM-1
SC|/d
图
11
青市区间地表沉降时态图
3
结语
本文介绍的盾构隧道同步注浆实时检测技术
・
128
・
2020
年
及装备
，
解决了过往同步注浆人工检测实时性和可
视化程度低的难题
。
结合该技术和装备在南宁轨
道交通
3
号线现场示范应用,得到如下主要结论
：
1
）
对盾构拼装间隙壁后注浆，
通过探地雷达实
时检测及检测系统的实时可视化分析
，
可为现场注
浆效果评判提供良好依据
。
2
）
检测装备的检测结果表明，
在探地雷达扫描
的范围内
，
盾构隧道顶部注浆分布较为均匀
。
3
）
通过注浆参数调整
，
降低了注浆超注浆率的
发生
，
在保证地表沉降的同时
，
减少了工程浆液
支出
。
4
）
检测装备应用于盾构隧道施工
，
可对盾构施
工引起的地表沉降进行实时有效控制
。
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