地铁岩土工程勘探过程中的几个关键问题＊

张雪雷

(河北冶金建设集团勘察设计有限公司,河北石家庄056033)

地铁岩土工程勘探过程中的几个关键问题＊

张雪雷

(河北冶金建设集团勘察设计有限公司,河北石家庄056033)

地铁工程是一项建设规模大、工期长、投资多、社会效益倍受关注的工程,地铁岩土工程勘察的目的是查明地铁沿线及附属工程的工程地质条件及水文地质条件,提供满足设计、施工所需的基础资料和设计参数。本文以地铁工程的特点为出发点,结合不同勘察阶段的特点,归纳不同的施工方法对岩土工程勘察的要求,总结现阶段地铁岩土工程勘察中存在的问题,并提出相应的解决措施以供同行参考。

地铁;岩土工程勘探;地质条件

各项工程建设在设计和施工前,都必须按基本建设程序进行岩土工程勘察,地铁工程也不例外。地铁工程是一项建设规模大、工期长、投资多、社会效益倍受关注的工程,地铁岩土工程勘察的目的是查明地铁沿线及附属工程的工程地质条件及水文地质条件,提供满足设计、施工所需的基础资料和设计参数。地铁岩土工程勘察工作按勘察阶段的不同分为可行性研究阶段、初步勘察阶段、详细勘察阶段、(施工过程中)补充勘察阶段。不同勘察阶段有着不同的勘察精度和要求,勘查工作者要根据不同阶段的要求,适时采取有效措施,保障勘察工作的顺利开展。本文以地铁工程的特点为出发点,结合不同勘察阶段的特点,对不同的施工方法下岩土工程勘察的要求进行归纳,同时重点分析了地铁岩土工程勘察中应注意的几个关键问题,并提出相应的解决措施以供同行参考。

一、地铁岩土工程勘察的内容与原则

(一)地铁岩土工程勘察的特点

与其他岩土工程相比,地铁岩土工程勘察具有自身的独特性。由于地铁工程按线路敷设方式可分为地下线、地面线和高架线等;按功能可分为车站、区间、车辆段、停车场、变电站、控制中心等;而按施工方法可分为盾构法、矿山法、明挖法、盖挖法和沉管法等,地铁线路敷设方式和施工方法的多样性,导致地铁工程基础类型和结构形式多样化(如桩、连续墙、支撑、锚杆、复合地基等),因此地铁岩土工程勘察兼有铁路隧道、城市高层建筑、深基坑、水文地质勘察的特点。而不同的线路敷设方式、工法和结构形式对岩土工程勘察提出不同的要求,其侧重点也不同。

(二)地铁岩土工程勘察的内容与方法

地铁岩土工程勘察的目的是查明地铁沿线及附属工程的工程地质条件及水文地质条件,提供满足设计、施工所需的基础资料和设计参数,勘查的重点为地铁沿线及附属工程的地质条件和水文条件。按阶段来划分,地铁岩土工程勘察可分为可行性研究勘察、初勘、详勘及施工勘察等几个阶段,另外必要时可在某阶段补充水文专题勘察、断裂专题勘察、软土专题勘察、物探等。地铁岩土工程勘察应在地质调绘的基础上根据工程施工方法、场地条件及地质情况等综合确定。勘察过程中应尽量避免单一勘察手段,因地制宜地选择钻探、物探及原位测试试验,包括标准贯入试验、静力触探试验、动力触探试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、十字板剪切试验、波速测试等。

(三)地铁岩土工程勘探的原则

不同勘察阶段有着不同的勘察精度和要求,在勘察过程中要因地制宜,坚持以下原则:一是要在初勘基础上,详细查明沿线工程地质及水文地质条件,特别是地质复杂地段、特殊岩土地段或有特殊施工要求区段,应进行重点勘察,详细查明不良地质条件及特殊性岩土的分布特征。二是要对于车站、出入口、通风道、水源井、车辆段等应进行单独详细勘察。三是要依据工程地质和水文地质条件,结合设计及施工方法的要求,以数理统计的方法分层、分段综合各项指标,提出设计所需技术参数。四是要查明水文地质条件,进一步查明地下水及含水层的性质并做出评价,需降水施工时应分段提出降水方法及有关计算参数。同时各车站、区间及每个地貌单元应进行水文地质试验,分站段提供沿线地下水类型、补给来源、流速、流向、渗透系数、水位、水质,以及历年最高水位、枯水位等水文地质资料。五是要分析沿线建筑物、地下构筑物及管线在地铁施工干扰下的稳定性,并提出防护措施。

(四)地铁岩土工程勘察应取得的基础资料和设计参数

地铁岩土工程勘察应取得的基础资料主要包括:场地岩土类型、成因、分布及其工程性质;场地不良地质现象及特殊地质问题;地下水情况,包括地下水类型、水位、水量、流向、流速及水质等。地铁岩土工程勘察应取得的设计参数主要包括岩土物理指标、力学指标及热物理指标等。勘察时应根据工程的类别、工程性质、基础类型、土的性质、施工方法等对岩土物理力学参数的需求来确定,对所取得的试验数据必须满足数理统计和设计检算要求。土工常规试验按土类确定,其他试验项目的确定可根据所取样品的种类、工程性质及施工方法等确定。

二、常见施工方法下地铁岩土工程勘察的要点

地铁施工方法可分为盾构法、矿山法、明挖法、盖挖法和沉管法等。不同施工方法下,地铁岩土工程勘察的侧重点不同,勘察者在进行勘查时要采取不同的措施,满足地铁结构设计和工法需要。具体来说,要从以下几个方面做起:

(一)明挖法和盖挖法下岩土工程勘察的要点

对于明挖法和盖挖法,勘探孔应布置于结构边线外2m左右,而明挖通道、风道等钻孔可沿其中心线布置,结构外侧1倍开挖深度范围宜布置钻孔。岩土工程勘察需查明岩土分层及厚度,查明基岩产状、起伏及坡度情况,查明不良地质,查明地下水类型、水位、水量、补给来源、渗透性、对混凝土及钢结构的腐蚀性等情况,判断管涌、浮托破坏的可能性、砂层的液化特征、判断基坑降水的可能性。同时要进行土石可挖性分级,评价环境对基坑开挖施工的承受能力,提供围护结构(桩、墙、土钉、锚杆)及永久性桩基设计所需的岩土参数(如重度、抗剪强度、泊松比、无侧限抗压强度、静止侧压力系数、基床系数、桩基承载力特征值、岩土与锚固体的黏结强度等),提供工程地质纵横断面等。

(二)盾构法下地铁岩土工程勘察重点

对于盾构法,勘探孔沿线路两侧交错布置于隧道外3-5m。岩土工程勘察需查明地层构造、层序以及地层中洞穴、透镜体和障碍物分布。而对于软土、松散砂层、含漂石、卵石地层、高粉粘粒含量地层、掌子面软硬不均地层及硬岩地层等对盾构机具选择和施工有重大影响的地层,应重点勘察。同时要查明硬岩的节理发育情况和岩体基本质量分级,提供力学计算和盾构机、刀具选型所需的岩土物理、力学参数,进行土石可挖性分级并提供工程地质纵横断面。此外还要查明地下水位、渗透系数、腐蚀性,估算掌子面涌水量,并以此作为衡量隧道失稳后破坏后果的一个参考指标。

(三)矿山法下地铁岩土工程勘察的重点

对于矿山法,勘察孔尽量布置在开挖范围外侧3-5m。岩土工程勘察最首要的任务是进行准确的隧道围岩分级,进行土石可挖性分级并提供工程地质纵横断面。同时勘察还应着重查明水文地质条件,估算隧道单位长度(可按1m或10m)的涌水量,查明构造破碎带、含水松散围岩、膨胀性围岩、岩溶、遇水软化崩解围岩以及可能产生岩爆的围岩。对于冻结法施工,另需提供地层含水量、地下水流速、开挖范围岩土层温度及热物理指标等。

三、地铁岩土工程勘察中的几个关键问题

地铁岩土工程勘察时应特别注意的问题概括起来有3个方面:地质构造、不良地质及特殊土、地下水,其中对不良地质及特殊性岩土着重进行勘察。

(一)不良地质及特殊性岩土的勘察

地铁岩土工程勘察过程中要查清地铁线路通过处的不良地质及特殊岩土分布,尤其要重点注意人工填土、地震可液化层、软土、膨胀土、残积土等。其中人工填土是地铁勘察过程中最常见的特殊土,一般按组成成分划分为素填土、杂填土及填筑土,因其分布及层厚变化较大,成分复杂,对工程影响较大。在勘察过程中必须慎重对待,必要时增大勘探孔密度,查清其分布范围及埋藏深度。软土强度低,易扰动,易诱发基坑变形和不均匀沉降,在进行岩土工程勘察应进行详细勘察和评价,为基坑支护结构设计、桩基设计和地基处理设计提供依据。当软土分布规模较大,必要时还需进行软土专题勘察。

(二)地质构造的勘察

在进行地质构造勘察的过程中,要查清线路通过处断层的走向、倾向、倾角,破碎带宽度、充填物及胶结状况、富水情况,对其影响做出正确的评价,及时给出建议。尤其要加强对断裂带及采空区的勘察。断裂带岩体破碎,桩基设计时应尽量绕避,无法绕避时应穿过断裂带。由于断裂带地下水活动复杂,对地下隧道施工威胁较大,勘察阶段应予以查明断裂带的范围、产状、构造破碎情况及富水性。断裂的活动性对地铁工程可能会造成一定程度的影响,必要时应进行断裂专题勘察,为设计考虑是否需对结构进行特殊处理提供资料。采空区对地铁工程的不利影响主要表现在采空区垮塌引起地面塌陷和开裂,以及采空区上部岩体产生破坏和变形,引起地铁隧道下沉和断裂。这些都必须引起勘察者的高度重视。

(三)地下水勘察

地下水勘察过程中必须查明地下水的类型、水位、流向、流速、补给来源、水位变幅、腐蚀性,以及含水层性质、含水量、渗透系数等。还应查明地铁线路附近地表水与地下水的水力联系等。分析评价地下水对岩土体及建筑物的作用和影响。分析评价降、排水措施可能引起的附近建筑物变形,市政道路下沉、塌陷,地下管线及各种设施的变形等不利因素,并提出防治措施。

除了以上这些方面外,在地铁岩土工程勘察的过程中还要根据地铁结构与工法的不同,在岩土参数和工程措施建议上体现勘察重点的不同。例如对于明挖车站,重点岩土参数有地下水位、各岩土密度、抗剪强度指标、侧压力系数、桩端(侧)阻力特征值等;对于盾构法,重要的岩土参数主要是隧道范围内各岩土层天然抗压强度;对于高架结构,重要的岩土参数主要有基岩埋深、桩端(侧)阻力特征值、岩石抗压强度等。地铁岩土工程勘察在提供岩土参数和建议时,应结合工法和设计的需要,有的放矢,抓住重点。

地铁岩土工程勘察并不是一项简单的工作,在不同的勘察阶段,其勘察要求和侧重点不同,在对地铁沿线及其附属工程的地质和水文地质条件进行勘察的过程中,要根据不同工法和结构形式的需要,采取不同的措施,这样才能有的放矢,更好地实现目标。

[1]王典.广州地铁岩土工程勘察的重点和难点[J].广州建筑,2006,(5).

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[3]刘玉荣.岩土工程勘察中地下水问题的探讨[J].宁夏工程技术,2006,(1).

[4]李清芝,潘广灿.岩土工程勘察相关问题浅析[J].地质灾害与环境保护,2006,(3).

2009-12-21

张雪雷(1975-),男,河北保定人,工程师。