馬　佳　王德文

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100055)

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吉林地區(qū)某客運專線工程典型地質變更問題分析與梳理

馬佳王德文

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100055)

對吉林地區(qū)某鐵路客運專線工程在施工過程中出現(xiàn)的典型地質變更問題進行分析與梳理，按照問題性質分為概念認識問題、勘察精度問題和現(xiàn)階段勘察技術手段難以解決的復雜問題。根據(jù)配合施工階段的地質變更情況，提出地質勘察工作改進建議。

客運專線地質變更梳理

1　項目概況

吉圖琿客運專線位于吉林省中部至東部，是連接吉林省中心城市吉林市至邊境口岸城市琿春市的重要通道。該客運專線設計時速250 km，地貌單元有松花江沖積平原、丘陵區(qū)、中低山區(qū)，沿線從新生界第四系至元古界震旦系地層均有出露，前第四紀巖漿活動十分頻繁，巖漿巖廣泛分布于山地地區(qū)，地質條件復雜。該項目施工階段出現(xiàn)了一些因地質情況變化引起的變更。對吉林至蛟河段配合施工過程中的典型地質變更問題進行分析和梳理，按照三個方面進行歸類。

2　典型地質變更問題

2.1概念認識問題

(1)填土的地基處理

該客運專線接入吉林市內(nèi)時，需對既有長圖線龍?zhí)渡杰囌具M行改建。根據(jù)地勘資料，該車站地表表層為2～5 m厚填土，稍密—中密，站場改造時設計地基處理措施為對表層填土全部進行挖除換填，回填土分層碾壓后要求承載力達到180 kPa以上。施工階段經(jīng)過現(xiàn)場核查發(fā)現(xiàn)，雖然原地勘報告未提供填土層承載力，但經(jīng)現(xiàn)場輕型動力觸探原位測試，地表填筑土承載力可達150～180 kPa，按照密實程度判斷，大部分可達到中密。根據(jù)現(xiàn)場測試情況，對原有地基處理工程量進行優(yōu)化，減少了挖除換填的工程量。

由于填土密實程度通常變化較大，地勘報告一般不提供填土層的承載力，只對密實程度進行描述，而設計專業(yè)在填土地段的地基處理工程措施上一般都較為保守。在施工階段經(jīng)過現(xiàn)場核查認為，中密以上或接近中密的填土層可通過原位測試確定承載力，若原有填土層能夠滿足設計要求，可減少地基處理的工程量。

(2)巖層的強弱風化線劃分

在配合施工階段，結合現(xiàn)場路塹開挖情況、橋梁成樁情況，發(fā)現(xiàn)有少量巖層風化線劃分與施工開挖情況相差較大，其表現(xiàn)主要有：一是路塹設計地質斷面以軟石為主，但施工開挖時挖掘機難以松動，只能爆破開挖，開挖后進行巖面觀察，挖方斷面中下部應為弱風化，分級應判為次堅石；二是橋梁成樁過程中，在流紋巖、花崗巖等硬質巖中設計樁長較大，流紋巖和局部花崗巖地段巖質極為堅硬，成樁困難，進度緩慢。

結合勘察階段的巖芯照片比對，分析發(fā)生此類情況的原因，多為地質勘察巖芯鑒別時對硬質巖強風化層厚度給的偏大。部分巖芯剖面新鮮，但由于裂隙較發(fā)育或鉆探機械等原因，巖芯呈短柱狀或碎塊狀，部分鉆孔此類巖芯全部劃分為“強風化”，這是不夠準確的。此類巖芯雖然節(jié)理較發(fā)育，但巖芯斷面上看不到風化作用應有的礦物變化，其巖塊力學性能并沒有大幅度下降，其基巖承載力等巖體力學參數(shù)應按照規(guī)范中裂隙發(fā)育程度進行折減，而劃為強風化則是混淆了風化的概念。此類問題對于基礎設計帶來的是偏保守的樁長而引起施工周期增長。對于路塹挖方工程，則存在工程建設期間開挖困難、施工單位要求增加土石方等級變更費用等問題。

(3)站后工程的地基處理

客運專線站后工程的建構筑物較多、較雜且差異較大，既有重要的站房房屋、大型設備房屋，以及通信鐵塔、避雷針等高聳構筑物，也有小型房屋、小型設備基礎等。部分場地由于地質情況變化較大，雖然勘測階段已有一定密度的勘探點，施工階段基底開挖地質核驗時仍發(fā)現(xiàn)局部有軟弱土層未被揭示。施工期間，出現(xiàn)較多的基底地質異常情況為：部分次要建構筑物基底開挖后，承載力不能滿足設計圖紙要求(站后房屋設計圖對房屋基底承載力要求均在180 kPa以上)，此時基底情況不明確，對基底的軟弱土層采取挖除換填能否處理好沒有把握，若采用旋噴樁、攪拌樁等復合地基處理，由于基坑已開挖，周邊部分建構筑物已施工完成，施工空間受限。

對站后各種不同類型的建構筑物驗槽情況進行分析，發(fā)現(xiàn)主要建構筑物地質驗槽情況和設計圖紙符合程度較高，這是因為勘察階段主要建構筑物均有數(shù)量較多的勘探孔進行控制，而次要建構筑物勘察階段不能做到每處均有鉆孔，施工階段出現(xiàn)了部分基底承載力不滿足設計要求的情況。經(jīng)與設計專業(yè)多次溝通，對次要建構筑物的基底壓力進行驗算，大部分基底壓力在100～150 kPa。部分基槽基底現(xiàn)場測試承載力雖然未能達到180 kPa，但大部分介于120～180 kPa之間，小于建構筑物的基底壓力，沉降檢算結果也在允許范圍內(nèi)，條件困難的情況下可不進行基底處理措施。此外，部分建構筑物還對基礎形式進行了優(yōu)化，增強了對地基條件的適應能力。對于承載力小于120 kPa的地基，則通過局部開挖小尺寸探槽繼續(xù)明確基底條件，大部分進行基底換填，少量增加了復合地基處理措施。

2.2勘察精度問題

(1)路基勘察精度不足

目前，“鐵路工程地質勘察規(guī)范”[1]中橋梁基礎的勘察要求較為明確，特別是客專工程，要求為一墩一孔甚至一墩多孔，橋梁基礎的地勘資料多和實際情況較為吻合。地質勘察階段，也容易出現(xiàn)對橋梁、隧道的地勘工作較重視，而認為路基勘察工作較為簡單的傾向。實際上，路基作為連續(xù)分布的線狀工程，即使勘探點的密度滿足規(guī)范要求，仍然容易出現(xiàn)局部軟弱土層未被揭示到的情況，相比一墩一孔甚至一墩多孔的橋基，要提高路基工程勘察精度難度反而更大。

如因基底地質條件增加地基處理的一處變更：DK76+725～DK76+762段路塹，勘察時前后均布置了勘探孔，孔間距50 m，前后勘探孔均未揭露到軟弱土層；施工階段需對路塹基床進行換填，挖至換填基底面時，發(fā)現(xiàn)灰黑色軟塑—流塑狀淤泥質粉質黏土；后對基底軟弱土層全部挖除換填滲水土，換填厚度3～5 m，增加土方開挖及換填滲水土數(shù)千方。

對諸如DK76+725～DK76+762段路基基底地質勘察精度不足的現(xiàn)象進行分析：該工點在定測時，勘探點深度、密度滿足規(guī)范要求，但在勘探點的布置上缺乏針對性。該段路基位于隧道出口，DK76+750處存在一條沖溝與路基斜交，勘察鉆孔布置于沖溝外側，未能揭露到?jīng)_溝處的地質變化。

勘察階段路基勘探點的布置，不僅要滿足規(guī)范要求的密度、橫斷面的要求，還應注意結合具體的地形地貌，進行有針對性的調(diào)整，地質狀況可能比較薄弱的地段，可適當加密鉆孔。

(2)地下水水位勘察準確度不足

個別設計地下水路塹工點，開挖后發(fā)現(xiàn)，實際地下水位與勘察報告水位有所差別。如設計地下水巖質路塹盲溝基槽或抗滑樁樁孔開挖后，基槽、樁孔內(nèi)未見地下水，路塹邊坡也無滲水現(xiàn)象。經(jīng)比對勘察資料，原因為個別鉆孔地下水位量測結果不準確，可能為雨后量測或其他原因造成?？辈祀A段若需提高地下水位勘察的準確度，除應現(xiàn)場鉆探完成后進行量測，還應結合提水或者抽水試驗的出水量情況進行驗證。

2.3勘察技術手段難以解決的復雜問題

(1)物探準確度不足

主要表現(xiàn)為隧道工程物探勘察結果與實際洞身開挖情況的差異，物探揭示出了圍巖破碎帶或富水帶，但具體里程與勘察報告確定的里程相差數(shù)百米，或者圍巖破碎程度、富水程度與物探解譯結果有一定的差別。物探勘察由于具有多解性，其準確度提高還有待于勘察技術的進一步發(fā)展[2，3]。

(2)細部巖性、構造、節(jié)理對隧道工程的影響

隧道地勘報告中側重于對圍巖等級的劃分，而對細部巖性、構造、節(jié)理等關注不夠。如位于吉林市東的吉林隧道，地勘時已確定其巖性為二疊系板巖，但施工階段發(fā)現(xiàn)，部分地段的板巖特性相差較大。該隧道大部分段落板巖泥質含量較少，為青灰色，而洞身中部穿越數(shù)百米泥質板巖和含炭泥質板巖段，泥質板巖呈灰—淺灰色，部分呈褐黃色。圍巖巖質較軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部裂隙間填充物以泥質、方解石填充為主，巖體較破碎—極破碎，呈塊(石)碎(石)狀鑲嵌結構或角礫碎石狀松散結構；圍巖自穩(wěn)能力差，易變形、坍塌?？辈祀A段，由于偏少的地質鉆孔未能揭露出同一地層巖性的成分變化，物探反映的參數(shù)也沒有明顯變化。在施工階段，泥質板巖和含炭泥質板巖段掉塊、坍塌現(xiàn)象極為嚴重，后大部分進行了圍巖等級和支護方案的變更。

該段隧道圍巖變更主要是因泥質板巖、含炭泥質板巖巖質較軟，加之受地質區(qū)域變質作用的影響，揉皺、摩擦鏡面發(fā)育，巖層面光滑，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，層間、節(jié)理面結合差，巖體較破碎—極破碎；在地下水的作用下，更易掉塊、坍塌。在勘察期間要完全查明隧道洞身圍巖的地質條件非常困難，圍巖變更主要是因復雜的地質條件所致。目前鐵路隧道圍巖等級劃分，主要考慮圍巖堅硬程度、構造(主要是結構面的組數(shù)或裂隙發(fā)育程度、節(jié)理面的張開程度和充填情況)進行圍巖等級初步判定，然后結合地下水涌水狀況和初始地應力狀態(tài)對判定的基本圍巖等級進行修正[4]，對圍巖具體巖性、復雜構造、節(jié)理的影響考慮還不充分。

(3)巖爆的預測

在吉林至蛟河之間部分深埋的變質砂巖、花崗巖隧道開挖過程中，局部地段出現(xiàn)巖爆情況。發(fā)生巖爆地段巖層為弱-微風化，巖質致密、堅硬、性脆、干燥，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整。爆破開挖后，在通風排煙期間偶爾能聽見圍巖發(fā)出嗞嗞聲，撬幫找頂時出現(xiàn)巖層剝離產(chǎn)生的空響聲，找頂完成后有局部巖層繼續(xù)剝落彈出現(xiàn)象發(fā)生。隨著工作面的向前推進，這種現(xiàn)象越來越明顯，并發(fā)展到出現(xiàn)爆裂聲，新生裂紋多，掉塊嚴重，持續(xù)時間約3～8 h，局部地段嚴重，產(chǎn)生新生裂紋。

分析該地區(qū)隧道發(fā)生巖爆的原因：一為地應力的因素，該隧道洞身最大埋深468 m，深部地段地應力較高；二為巖性的因素，發(fā)生巖爆地段的變質砂巖、花崗巖均為極硬巖且具脆性，變質砂巖結構為層理狀，開挖應力釋放后多以薄片狀剝離，部分甚至以彈射形式剝落。根據(jù)地應力測試資料及現(xiàn)場實際情況，為保證施工作業(yè)安全，采取了增加超前錨桿、控制一次爆破進尺及震動、工作面灑水、加強初支等措施。

地質勘察階段，對本地區(qū)可能出現(xiàn)巖爆的狀況有所預計并在地勘報告中進行了提示，但受到諸多條件的限制而未做專門針對性的工作。施工階段發(fā)生初次巖爆后，施工單位及設計單位現(xiàn)場加強了對本地區(qū)巖爆特性的認識并增加了觀測頻次，通過有預防性的措施，確保了巖爆地段的隧道施工安全。

3　結束語

通過對本項目施工階段典型地質變更問題的分析、梳理，可以看出：

(1)施工階段的地質核查、地質驗槽、隧道地質素描、超前地質預報等工作能夠對遺留的問題進行較好的修正和補充。

(2)基巖的強弱風化判別應按照礦物變化進行區(qū)分，同時建議基巖的承載力除了按照抗壓強度、風化程度確定，還可以按照巖芯揭示的裂隙發(fā)育程度進行相應的調(diào)整，不同地段、不同鉆孔的同種巖性基巖承載力可根據(jù)具體情況進行調(diào)整。

(3)站后建構筑物應按照不同建構筑物的特點，設計時提出適宜的承載力、沉降和差異沉降要求。功能重要、規(guī)模較大的建筑物一般地基承載力要求較高，沉降和差異沉降量要求也較高；部分中小型的建構筑物的地基承載力要求可適當降低，并可通過調(diào)整基礎形式增強對承載力和沉降的適應能力；高聳構筑物一般對沉降敏感，控制性的指標除了地基承載力和沉降量外，還應特別注意差異沉降量的控制要求。地勘工作應提高場地勘察的準確度并結合地質驗槽制定適宜的建構筑物地基處理措施。

(4)建議路基勘探點的布置，不僅要滿足規(guī)范要求的密度及橫斷面的要求，還應注意結合具體的地形地貌進行有針對性的調(diào)整。

(5)勘察階段重要工點的地下水位量測應結合提水、抽水試驗進行驗證。

(6)物探勘察的準確性和復雜隧道地質情況的勘察準確性有待于勘察技術水平的進一步發(fā)展。

(7)建議對不同巖性、巖體細部構造復雜的隧道圍巖評價方法進行進一步研究。

(8)地質勘察階段應對可能發(fā)生巖爆的隧道段做專門性勘察工作，如增加地應力測量或微震法、微重力法等分析手段，施工階段可增加超前鉆巖屑分析、巖體含水量分析等其他預測手段[5，6，7]。

[1]TB10012—2007鐵路工程地質勘察規(guī)范[S]

[2]韓松，等.綜合物探技術在鐵路隧道勘察中的應用研究[J].鐵道勘察，2010，36(5):27-30

[3]易鑫，白雪飛.淺談綜合地質勘察在長大隧道勘察中的應用[J].鐵道勘察,2011，37(2):75-78

[4]TB10003—2005鐵路隧道設計規(guī)范[S]

[5]徐成光.巖爆預測及防治方法綜述[J].現(xiàn)代隧道技術，2005，42(6):81-85

[6]姜繁智，等.國內(nèi)外巖爆預測的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2003，29(8):19-22

[7]張鏡劍，傅冰駿.巖爆及其判據(jù)和防治[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2008，27(10):2034-2042

Analysis and Sorting of Typical Geological Modifications in a Passenger Rail Line Project in JiLin Area

MA JiaWANG Dewen

2016-01-18

馬佳(1981—)，男，2007年畢業(yè)于中國科學院武漢巖土力學研究所巖土工程專業(yè)，工學碩士，工程師。

1672-7479(2016)02-0049-03

P642

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