張雪雷

(河北冶金建設(shè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)有限公司,河北石家莊056033)

地鐵巖土工程勘探過程中的幾個(gè)關(guān)鍵問題＊

張雪雷

(河北冶金建設(shè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)有限公司,河北石家莊056033)

地鐵工程是一項(xiàng)建設(shè)規(guī)模大、工期長(zhǎng)、投資多、社會(huì)效益倍受關(guān)注的工程,地鐵巖土工程勘察的目的是查明地鐵沿線及附屬工程的工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件,提供滿足設(shè)計(jì)、施工所需的基礎(chǔ)資料和設(shè)計(jì)參數(shù)。本文以地鐵工程的特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合不同勘察階段的特點(diǎn),歸納不同的施工方法對(duì)巖土工程勘察的要求,總結(jié)現(xiàn)階段地鐵巖土工程勘察中存在的問題,并提出相應(yīng)的解決措施以供同行參考。

地鐵;巖土工程勘探;地質(zhì)條件

各項(xiàng)工程建設(shè)在設(shè)計(jì)和施工前,都必須按基本建設(shè)程序進(jìn)行巖土工程勘察,地鐵工程也不例外。地鐵工程是一項(xiàng)建設(shè)規(guī)模大、工期長(zhǎng)、投資多、社會(huì)效益倍受關(guān)注的工程,地鐵巖土工程勘察的目的是查明地鐵沿線及附屬工程的工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件,提供滿足設(shè)計(jì)、施工所需的基礎(chǔ)資料和設(shè)計(jì)參數(shù)。地鐵巖土工程勘察工作按勘察階段的不同分為可行性研究階段、初步勘察階段、詳細(xì)勘察階段、(施工過程中)補(bǔ)充勘察階段。不同勘察階段有著不同的勘察精度和要求,勘查工作者要根據(jù)不同階段的要求,適時(shí)采取有效措施,保障勘察工作的順利開展。本文以地鐵工程的特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合不同勘察階段的特點(diǎn),對(duì)不同的施工方法下巖土工程勘察的要求進(jìn)行歸納,同時(shí)重點(diǎn)分析了地鐵巖土工程勘察中應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵問題,并提出相應(yīng)的解決措施以供同行參考。

一、地鐵巖土工程勘察的內(nèi)容與原則

(一)地鐵巖土工程勘察的特點(diǎn)

與其他巖土工程相比,地鐵巖土工程勘察具有自身的獨(dú)特性。由于地鐵工程按線路敷設(shè)方式可分為地下線、地面線和高架線等;按功能可分為車站、區(qū)間、車輛段、停車場(chǎng)、變電站、控制中心等;而按施工方法可分為盾構(gòu)法、礦山法、明挖法、蓋挖法和沉管法等,地鐵線路敷設(shè)方式和施工方法的多樣性,導(dǎo)致地鐵工程基礎(chǔ)類型和結(jié)構(gòu)形式多樣化(如樁、連續(xù)墻、支撐、錨桿、復(fù)合地基等),因此地鐵巖土工程勘察兼有鐵路隧道、城市高層建筑、深基坑、水文地質(zhì)勘察的特點(diǎn)。而不同的線路敷設(shè)方式、工法和結(jié)構(gòu)形式對(duì)巖土工程勘察提出不同的要求,其側(cè)重點(diǎn)也不同。

(二)地鐵巖土工程勘察的內(nèi)容與方法

地鐵巖土工程勘察的目的是查明地鐵沿線及附屬工程的工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件,提供滿足設(shè)計(jì)、施工所需的基礎(chǔ)資料和設(shè)計(jì)參數(shù),勘查的重點(diǎn)為地鐵沿線及附屬工程的地質(zhì)條件和水文條件。按階段來劃分,地鐵巖土工程勘察可分為可行性研究勘察、初勘、詳勘及施工勘察等幾個(gè)階段,另外必要時(shí)可在某階段補(bǔ)充水文專題勘察、斷裂專題勘察、軟土專題勘察、物探等。地鐵巖土工程勘察應(yīng)在地質(zhì)調(diào)繪的基礎(chǔ)上根據(jù)工程施工方法、場(chǎng)地條件及地質(zhì)情況等綜合確定?？辈爝^程中應(yīng)盡量避免單一勘察手段,因地制宜地選擇鉆探、物探及原位測(cè)試試驗(yàn),包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、波速測(cè)試等。

(三)地鐵巖土工程勘探的原則

不同勘察階段有著不同的勘察精度和要求,在勘察過程中要因地制宜,堅(jiān)持以下原則:一是要在初勘基礎(chǔ)上,詳細(xì)查明沿線工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,特別是地質(zhì)復(fù)雜地段、特殊巖土地段或有特殊施工要求區(qū)段,應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)勘察,詳細(xì)查明不良地質(zhì)條件及特殊性巖土的分布特征。二是要對(duì)于車站、出入口、通風(fēng)道、水源井、車輛段等應(yīng)進(jìn)行單獨(dú)詳細(xì)勘察。三是要依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,結(jié)合設(shè)計(jì)及施工方法的要求,以數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法分層、分段綜合各項(xiàng)指標(biāo),提出設(shè)計(jì)所需技術(shù)參數(shù)。四是要查明水文地質(zhì)條件,進(jìn)一步查明地下水及含水層的性質(zhì)并做出評(píng)價(jià),需降水施工時(shí)應(yīng)分段提出降水方法及有關(guān)計(jì)算參數(shù)。同時(shí)各車站、區(qū)間及每個(gè)地貌單元應(yīng)進(jìn)行水文地質(zhì)試驗(yàn),分站段提供沿線地下水類型、補(bǔ)給來源、流速、流向、滲透系數(shù)、水位、水質(zhì),以及歷年最高水位、枯水位等水文地質(zhì)資料。五是要分析沿線建筑物、地下構(gòu)筑物及管線在地鐵施工干擾下的穩(wěn)定性,并提出防護(hù)措施。

(四)地鐵巖土工程勘察應(yīng)取得的基礎(chǔ)資料和設(shè)計(jì)參數(shù)

地鐵巖土工程勘察應(yīng)取得的基礎(chǔ)資料主要包括:場(chǎng)地巖土類型、成因、分布及其工程性質(zhì);場(chǎng)地不良地質(zhì)現(xiàn)象及特殊地質(zhì)問題;地下水情況,包括地下水類型、水位、水量、流向、流速及水質(zhì)等。地鐵巖土工程勘察應(yīng)取得的設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括巖土物理指標(biāo)、力學(xué)指標(biāo)及熱物理指標(biāo)等?？辈鞎r(shí)應(yīng)根據(jù)工程的類別、工程性質(zhì)、基礎(chǔ)類型、土的性質(zhì)、施工方法等對(duì)巖土物理力學(xué)參數(shù)的需求來確定,對(duì)所取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)必須滿足數(shù)理統(tǒng)計(jì)和設(shè)計(jì)檢算要求。土工常規(guī)試驗(yàn)按土類確定,其他試驗(yàn)項(xiàng)目的確定可根據(jù)所取樣品的種類、工程性質(zhì)及施工方法等確定。

二、常見施工方法下地鐵巖土工程勘察的要點(diǎn)

地鐵施工方法可分為盾構(gòu)法、礦山法、明挖法、蓋挖法和沉管法等。不同施工方法下,地鐵巖土工程勘察的側(cè)重點(diǎn)不同,勘察者在進(jìn)行勘查時(shí)要采取不同的措施,滿足地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工法需要。具體來說,要從以下幾個(gè)方面做起:

(一)明挖法和蓋挖法下巖土工程勘察的要點(diǎn)

對(duì)于明挖法和蓋挖法,勘探孔應(yīng)布置于結(jié)構(gòu)邊線外2m左右,而明挖通道、風(fēng)道等鉆孔可沿其中心線布置,結(jié)構(gòu)外側(cè)1倍開挖深度范圍宜布置鉆孔。巖土工程勘察需查明巖土分層及厚度,查明基巖產(chǎn)狀、起伏及坡度情況,查明不良地質(zhì),查明地下水類型、水位、水量、補(bǔ)給來源、滲透性、對(duì)混凝土及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性等情況,判斷管涌、浮托破壞的可能性、砂層的液化特征、判斷基坑降水的可能性。同時(shí)要進(jìn)行土石可挖性分級(jí),評(píng)價(jià)環(huán)境對(duì)基坑開挖施工的承受能力,提供圍護(hù)結(jié)構(gòu)(樁、墻、土釘、錨桿)及永久性樁基設(shè)計(jì)所需的巖土參數(shù)(如重度、抗剪強(qiáng)度、泊松比、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、靜止側(cè)壓力系數(shù)、基床系數(shù)、樁基承載力特征值、巖土與錨固體的黏結(jié)強(qiáng)度等),提供工程地質(zhì)縱橫斷面等。

(二)盾構(gòu)法下地鐵巖土工程勘察重點(diǎn)

對(duì)于盾構(gòu)法,勘探孔沿線路兩側(cè)交錯(cuò)布置于隧道外3-5m。巖土工程勘察需查明地層構(gòu)造、層序以及地層中洞穴、透鏡體和障礙物分布。而對(duì)于軟土、松散砂層、含漂石、卵石地層、高粉粘粒含量地層、掌子面軟硬不均地層及硬巖地層等對(duì)盾構(gòu)機(jī)具選擇和施工有重大影響的地層,應(yīng)重點(diǎn)勘察。同時(shí)要查明硬巖的節(jié)理發(fā)育情況和巖體基本質(zhì)量分級(jí),提供力學(xué)計(jì)算和盾構(gòu)機(jī)、刀具選型所需的巖土物理、力學(xué)參數(shù),進(jìn)行土石可挖性分級(jí)并提供工程地質(zhì)縱橫斷面。此外還要查明地下水位、滲透系數(shù)、腐蝕性,估算掌子面涌水量,并以此作為衡量隧道失穩(wěn)后破壞后果的一個(gè)參考指標(biāo)。

(三)礦山法下地鐵巖土工程勘察的重點(diǎn)

對(duì)于礦山法,勘察孔盡量布置在開挖范圍外側(cè)3-5m。巖土工程勘察最首要的任務(wù)是進(jìn)行準(zhǔn)確的隧道圍巖分級(jí),進(jìn)行土石可挖性分級(jí)并提供工程地質(zhì)縱橫斷面。同時(shí)勘察還應(yīng)著重查明水文地質(zhì)條件,估算隧道單位長(zhǎng)度(可按1m或10m)的涌水量,查明構(gòu)造破碎帶、含水松散圍巖、膨脹性圍巖、巖溶、遇水軟化崩解圍巖以及可能產(chǎn)生巖爆的圍巖。對(duì)于凍結(jié)法施工,另需提供地層含水量、地下水流速、開挖范圍巖土層溫度及熱物理指標(biāo)等。

三、地鐵巖土工程勘察中的幾個(gè)關(guān)鍵問題

地鐵巖土工程勘察時(shí)應(yīng)特別注意的問題概括起來有3個(gè)方面:地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)及特殊土、地下水,其中對(duì)不良地質(zhì)及特殊性巖土著重進(jìn)行勘察。

(一)不良地質(zhì)及特殊性巖土的勘察

地鐵巖土工程勘察過程中要查清地鐵線路通過處的不良地質(zhì)及特殊巖土分布,尤其要重點(diǎn)注意人工填土、地震可液化層、軟土、膨脹土、殘積土等。其中人工填土是地鐵勘察過程中最常見的特殊土,一般按組成成分劃分為素填土、雜填土及填筑土,因其分布及層厚變化較大,成分復(fù)雜,對(duì)工程影響較大。在勘察過程中必須慎重對(duì)待,必要時(shí)增大勘探孔密度,查清其分布范圍及埋藏深度。軟土強(qiáng)度低,易擾動(dòng),易誘發(fā)基坑變形和不均勻沉降,在進(jìn)行巖土工程勘察應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)勘察和評(píng)價(jià),為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、樁基設(shè)計(jì)和地基處理設(shè)計(jì)提供依據(jù)。當(dāng)軟土分布規(guī)模較大,必要時(shí)還需進(jìn)行軟土專題勘察。

(二)地質(zhì)構(gòu)造的勘察

在進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造勘察的過程中,要查清線路通過處斷層的走向、傾向、傾角,破碎帶寬度、充填物及膠結(jié)狀況、富水情況,對(duì)其影響做出正確的評(píng)價(jià),及時(shí)給出建議。尤其要加強(qiáng)對(duì)斷裂帶及采空區(qū)的勘察。斷裂帶巖體破碎,樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量繞避,無法繞避時(shí)應(yīng)穿過斷裂帶。由于斷裂帶地下水活動(dòng)復(fù)雜,對(duì)地下隧道施工威脅較大,勘察階段應(yīng)予以查明斷裂帶的范圍、產(chǎn)狀、構(gòu)造破碎情況及富水性。斷裂的活動(dòng)性對(duì)地鐵工程可能會(huì)造成一定程度的影響,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行斷裂專題勘察,為設(shè)計(jì)考慮是否需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊處理提供資料。采空區(qū)對(duì)地鐵工程的不利影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)垮塌引起地面塌陷和開裂,以及采空區(qū)上部巖體產(chǎn)生破壞和變形,引起地鐵隧道下沉和斷裂。這些都必須引起勘察者的高度重視。

(三)地下水勘察

地下水勘察過程中必須查明地下水的類型、水位、流向、流速、補(bǔ)給來源、水位變幅、腐蝕性,以及含水層性質(zhì)、含水量、滲透系數(shù)等。還應(yīng)查明地鐵線路附近地表水與地下水的水力聯(lián)系等。分析評(píng)價(jià)地下水對(duì)巖土體及建筑物的作用和影響。分析評(píng)價(jià)降、排水措施可能引起的附近建筑物變形,市政道路下沉、塌陷,地下管線及各種設(shè)施的變形等不利因素,并提出防治措施。

除了以上這些方面外,在地鐵巖土工程勘察的過程中還要根據(jù)地鐵結(jié)構(gòu)與工法的不同,在巖土參數(shù)和工程措施建議上體現(xiàn)勘察重點(diǎn)的不同。例如對(duì)于明挖車站,重點(diǎn)巖土參數(shù)有地下水位、各巖土密度、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、側(cè)壓力系數(shù)、樁端(側(cè))阻力特征值等;對(duì)于盾構(gòu)法,重要的巖土參數(shù)主要是隧道范圍內(nèi)各巖土層天然抗壓強(qiáng)度;對(duì)于高架結(jié)構(gòu),重要的巖土參數(shù)主要有基巖埋深、樁端(側(cè))阻力特征值、巖石抗壓強(qiáng)度等。地鐵巖土工程勘察在提供巖土參數(shù)和建議時(shí),應(yīng)結(jié)合工法和設(shè)計(jì)的需要,有的放矢,抓住重點(diǎn)。

地鐵巖土工程勘察并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作,在不同的勘察階段,其勘察要求和側(cè)重點(diǎn)不同,在對(duì)地鐵沿線及其附屬工程的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘察的過程中,要根據(jù)不同工法和結(jié)構(gòu)形式的需要,采取不同的措施,這樣才能有的放矢,更好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

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2009-12-21

張雪雷(1975-),男,河北保定人,工程師。