王寧

（南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，南京 210000）

1 引言

地鐵建設(shè)是關(guān)乎人們出行質(zhì)量的重大工程，工程建設(shè)前必須有準確翔實的地質(zhì)資料為工程安全建設(shè)提供地質(zhì)依據(jù)，指導(dǎo)設(shè)計施工。地鐵隧道為線性工程，在地形地貌條件復(fù)雜的區(qū)域，同一區(qū)間隧道可能遇到多種地質(zhì)情況。影響工程建設(shè)的地質(zhì)因素較多，工程勘察時應(yīng)對影響工程建設(shè)的重難點地段進行有針對性的工作布置，采用適宜的勘察手段。本文通過對某城市地鐵隧道下穿巖性復(fù)雜且?guī)r溶強烈發(fā)育地段勘察項目實例進行分析研究，討論地質(zhì)鉆探與工程物探相結(jié)合的勘察方法在此類地質(zhì)條件復(fù)雜地段的適宜性。

2 工程概況

本項目地鐵隧道穿越巖性復(fù)雜地段，砂巖、砂礫巖及灰?guī)r交織分布，風(fēng)化巖、軟弱夾層及破碎巖廣泛分布，且?guī)r溶發(fā)育強烈，工程地質(zhì)條件極其復(fù)雜，需采用適宜的勘察手段，準確查明場地地質(zhì)條件。本項目地鐵隧道穿越復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域全長約150 m，地面標高19～28 m，呈現(xiàn)自西向東逐漸起伏的地勢特征，場區(qū)范圍內(nèi)分布有4棟6層磚混結(jié)構(gòu)的居民樓，經(jīng)調(diào)查該居民樓均為條形基礎(chǔ)，地鐵隧道建設(shè)需要考慮對居民樓建筑安全的影響。鉆探揭示該區(qū)域范圍內(nèi)場地覆蓋層厚度12～30 m，地形起伏較大，基巖面起伏大，覆蓋層自上而下分別為填土、黏性土、粉（砂）性土、硬塑黏性土。由于本區(qū)域場地內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，在完成初勘、詳勘地質(zhì)鉆探工作后，為進一步查明場地灰?guī)r巖溶發(fā)育條件，進行了地質(zhì)雷達和跨孔CT等工程物探工作。

3 巖土工程勘察要求

在巖土工程勘察過程中，需要結(jié)合施工區(qū)域地質(zhì)條件、水文條件及勘察要求，制訂有針對性的勘察方案。通常情況下，巖土工程勘察包含可行性研究、初步勘察、詳細勘察、補充勘察等不同勘察階段，每一勘察階段的勘察要求均存在差異。地鐵勘察工作有其特殊性和特殊要求，不同的施工工法關(guān)注的重點也有區(qū)別。明挖基坑主要關(guān)注基坑支護、地層滲透性、基坑突涌等，盾構(gòu)隧道則重點關(guān)注盾構(gòu)掘進影響范圍內(nèi)地層情況如洞身軟硬巖土、洞底溶洞發(fā)育等。因此，對應(yīng)勘察方案的編制也應(yīng)該圍繞實際工況確定勘察要求，地鐵工程勘察應(yīng)當始終以地鐵工程建設(shè)內(nèi)容為核心，并以此為導(dǎo)向編制有針對性的勘察方案。

4 地鐵隧道穿越巖性復(fù)雜地段巖土工程勘察方法

4.1 地質(zhì)鉆探有效獲取地質(zhì)勘察資料

勘察報告的編制，應(yīng)當先行獲取勘察需要的各種地質(zhì)勘察資料，常規(guī)的方法主要是通過地質(zhì)鉆探來獲取。通常情況下，根據(jù)相關(guān)勘察工作經(jīng)驗，將勘察資料劃分為兩項，即基礎(chǔ)資料與參數(shù)資料，而后以此為基礎(chǔ)確定巖土工程勘察步驟?；A(chǔ)資料泛指地鐵隧道施工影響區(qū)域范圍內(nèi)巖土類型、巖性、地下水以及其他地質(zhì)信息。參數(shù)資料包含物理指標、力學(xué)參數(shù)、工程類型以及施工工法等。對獲取的各種勘察資料進行準確歸類整理、認真仔細分析研究，確?？辈斐晒臏蚀_度[1]。

通過地質(zhì)鉆探可知，此工程中勘察區(qū)域淺層分布著填土，下部以可塑黏性土、粉（砂）性土為主，在粉（砂）性土層下方分布著硬塑黏性土，下覆基巖為砂巖、砂礫巖及灰?guī)r。因巖層之間的巖性復(fù)雜性突出，甚至巖層間存在穿插情況，在整理資料時，應(yīng)當做好巖性、巖石類型的準確分類歸納整理工作。此外，在統(tǒng)計分析地鐵隧道工程物理指標時，發(fā)現(xiàn)在不同巖層中顯現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象，因其具備巖性接觸帶，所以，在匯總勘察工作所需資料時，應(yīng)當將此工段認定為重難點勘察區(qū)域，之后提出更細致的勘察計劃，指引勘察人員優(yōu)選勘察方法獲取最終勘察數(shù)據(jù)。于資料整理中，也要匯總水文資料，可以設(shè)計3個常規(guī)測試孔，掌握灰?guī)r水文動態(tài)。

4.2 完善地質(zhì)雷達探測流程

在該工程中實施巖土工程勘察工作，應(yīng)當進一步完善地質(zhì)雷達探測流程。作為適用于該工況的勘察方法，需要明確每一項勘察步驟，而后得出對應(yīng)的勘察結(jié)果。首先，在應(yīng)用此種勘察方法時，理應(yīng)先期了解地質(zhì)勘察方法的應(yīng)用原理。由于地質(zhì)雷達探測中，需要釋放高頻電磁波，而后在接收反射回波期間可以利用式（1）計算出反射回波走時t。

式中，h為反射體深度；x為接收間隔距離；v為脈沖波速。

關(guān)于脈沖波速v的計算可參照式（2）：

式中，C為電磁波在真空中的傳播速度；Eγ為相對介質(zhì)常數(shù)。

在整理好計算結(jié)果后，可以根據(jù)雷達電磁波變化規(guī)律對施工區(qū)的地質(zhì)情況進行客觀評估。

其次，在選用此種方法開展地質(zhì)勘察工作時，還需要選用性能優(yōu)良的勘察設(shè)備，以主機系統(tǒng)地質(zhì)雷達為主（見圖1）。在使用探測設(shè)備時，應(yīng)當按照1 000 ns時窗，每隔20 cm設(shè)定1 024個采樣點，借此增加雷達探測方法下勘察信息的全面性。

圖1 地質(zhì)雷達探測設(shè)備

最后，需要借助GPS儀進行測量定位，依據(jù)測繩量距方式準確獲取測量點反饋的相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)勘察要求、場地地層分布并結(jié)合周邊環(huán)境，本項目共布置了5條雷達測線，合計工作量約400 m。結(jié)合上述步驟，保證在雷達探測勘察方法輔助下，可以獲得可信度較高的勘察結(jié)果。

為了梳理明確的勘察思路，還應(yīng)當依照下述順序進行細化校對，即采集勘察數(shù)據(jù)→傳輸勘察數(shù)據(jù)→編輯并預(yù)處理工程文件資料→處理勘察數(shù)據(jù)→獲取數(shù)據(jù)處理結(jié)果→分析圖形→注釋并修飾圖形→輸出雷達探測勘察結(jié)果。在處理雷達探測期間產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)時，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)偏移分析、數(shù)值計算等細節(jié)。經(jīng)過整理后方可促使此種勘察方法在本文地鐵項目中發(fā)揮出顯著的作用[2]。

4.3 加強跨孔CT測試應(yīng)用

在巖土工程勘察階段，要想保證地鐵隧道穿越巖性復(fù)雜地段時，能夠具備安全施工保障，還應(yīng)當加強跨孔CT測試勘察方法的廣泛應(yīng)用。此種勘察方法實則是在計算機技術(shù)輔助下，對巖土結(jié)構(gòu)進行無損重建分析，實現(xiàn)對內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的有效了解。在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)，勘察人員應(yīng)當應(yīng)用地震數(shù)據(jù)采集儀，對勘察區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境進行采集作業(yè)。其中應(yīng)注意的是，在初期應(yīng)當實施試操作，即調(diào)整好接收點間隔距離后，確定采樣率，自此保證此種方法具備可行性，也能在整理、試操作數(shù)據(jù)期間，制訂細致的勘察計劃。同時，在應(yīng)用跨孔CT測試勘察方法時，需要采集鉆孔與物探數(shù)據(jù)，充當輔助信息，助力勘察人員獲取對應(yīng)的勘察結(jié)果。在勘察中設(shè)置了9個測試組。第一組激發(fā)孔間距13.7 m，實測為32 m。第二組激發(fā)孔間距為18.4 m、實測為29.5 m，第三組激發(fā)孔間距20.7 m、實測為27 m。其余組別不予以詳細闡述。在此種方法輔助下，能結(jié)合地震波范圍確定巖石風(fēng)化程度。

具體應(yīng)用步驟如下：（1）建立觀測系統(tǒng)，在系統(tǒng)界面新增工程名稱，而后匯總勘測點，并將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)中；（2）采集波形數(shù)據(jù)，在釋放彈性波時，需要對勘察過程中的波形數(shù)據(jù)以層析成像分析法進行多次校正，之后方可保證該系統(tǒng)能對此工程中的地質(zhì)條件進行客觀測量；（3）建模，依據(jù)采集的數(shù)據(jù)，對層析成像分析后的信息，依照成孔速度建模。在繪制模型時可以借助Surfer軟件。

結(jié)合鉆孔資料能夠了解到：在勘察區(qū)內(nèi)分布的巖石多以砂巖為主，且經(jīng)CT測試孔后確定有10 cm厚的強風(fēng)化砂巖，且產(chǎn)生的地震波在1 900～2 400 m/s以內(nèi)。在灰?guī)r測試中產(chǎn)生的溶蝕現(xiàn)象較為明顯，溶蝕寬度（溶洞高度）最高達到了3 m，巖溶發(fā)育強烈。在地鐵隧道建設(shè)期間的底板施工期間，應(yīng)當加強防護?？紤]到工程勘察中巖石風(fēng)化程度較大，在施工時應(yīng)當采取加固措施，避免因巖石風(fēng)化而出現(xiàn)巖土脫落情況。憑借此種勘察方法形成的各種勘察數(shù)據(jù)，可為地鐵隧道安全施工事項的落實提供保障，積極應(yīng)對該工程復(fù)雜地質(zhì)條件帶來的施工風(fēng)險[3]。

4.4 實施孔壓地溫精準監(jiān)測

為了提升勘察數(shù)據(jù)的精準度，還應(yīng)當在勘察中實施孔壓與地溫的合理監(jiān)測，用于補充工程勘察報告的完整性?？讐罕O(jiān)測是指在對鉆孔作業(yè)中形成的孔壓進行測量。在此工程中，為了增加孔壓監(jiān)測結(jié)果的可靠性，應(yīng)當以經(jīng)濟性突出的雙橋靜力觸探方式監(jiān)測孔壓。在整理好測量結(jié)果后，對當前鉆孔內(nèi)部的水壓情況進行分析，用于指引施工員選擇適合的鉆進施工工藝。在地鐵隧道施工中，關(guān)于地層溫度的監(jiān)測很有必要。一方面，勘察人員應(yīng)當確定好具體的監(jiān)測點，多選擇此工程施工區(qū)的地鐵隧道頂部、隧道基底以及車站頂端。在采集溫度信息時可以采用溫度傳感器，從溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)中判斷地層溫度是否滿足施工要求。在監(jiān)測地溫時需注意的是，地溫測量初始時間應(yīng)當在勘察完成3 d以后，且至少進行7次的地溫監(jiān)測操作[4]。本工程中經(jīng)測量后，地溫在18℃左右，未發(fā)生強烈波動情況，證實此工程具備基礎(chǔ)的地鐵隧道施工條件，可行性較強。

5 結(jié)語

綜上所述，在地鐵隧道穿越巖性復(fù)雜且灰?guī)r巖溶發(fā)育地段時，通過采用常規(guī)地質(zhì)鉆探，結(jié)合地質(zhì)雷達探測、跨孔CT測試、孔壓地溫精準監(jiān)測等勘察手段，可以較好地查明場地地層分布、巖溶發(fā)育程度等工程地質(zhì)條件。通過對本勘察項目的案例分析研究，可以為類似工程勘察項目提供經(jīng)驗參考，為地鐵建設(shè)設(shè)計施工提供準確翔實的地質(zhì)資料。