综合勘察结合专题研究在沪宁城际铁路工程地质勘察中的应用

田光盛

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063)

1　概述

沪宁城际铁路南京至镇江段线路全长94.06 km，主要通过宁镇剥蚀丘陵区、长江高阶地区、长江及其支流一级阶地。全段桥梁67座/40.573 km，特殊孔跨14处，最大跨度108 m，最大墩高20 m，基础最大埋深12.57 m；隧道5座/3.4 km，穿越地层主要为侏罗系长石砂岩夹泥页岩、三叠系砂页岩及灰岩、二叠系灰岩、泥盆系石英砂岩、志留系砂岩、页岩等，隧道埋深介于15～150 m之间，最长隧道为正盘山隧道，长约1.484 km；路基88个工点/53.483 km，路堑长16.89 km，路堤长36.593 km，软土及松软土路堤32处/14.814 km；各类过渡段247处；本段共设车站6座，分别为南京站、仙林站、宝华站、镇江站、丹徒站及丹阳站。南京至镇江段是沪宁城际铁路工程地质条件最复杂、工程类型最齐全、各类过渡段频繁、修建难度大、控制工程最多的地段，针对本段工程地质勘察特点和难点，结合高铁各类工程技术标准和要求，采用综合勘察与专题研究相结合的方法，评价了各线路方案的工程地质条件和工程设置方案，查明了沿线不良地质和特殊岩土的工程地质特征，获取了各类工程设计所需的岩、土、水地质参数，保证了工程建设的顺利推进和按期建成，建设和运营期间未发生因地质原因引起的重大变更设计和工程问题，工程地质勘察方法可供类似工程勘察参考。

2　沪宁城际宁镇段工程地质勘察技术特点

2.1　技术标准高，工程类型复杂，工程地质勘察精度要求高

沪宁城际铁路设计时速300 km，南京至镇江段除南京站采用有砟轨道外，其他地段均铺设CRTSI型板式无砟轨道。无砟轨道高速铁路的路基、桥梁、隧道工程对工程勘察精度提高了严格的要求，包括地基条件勘察、各类过渡段勘察、建筑材料勘察、地质环境勘察等，如：①路基一般地段工后沉降控制标准不大于15 mm，路基与桥梁、隧道与横向构筑物交界处的差异沉降不大于5 mm，这就对地层的空间分布、分层力学参数提出了更高的精度要求；②本段各类过渡段的“三维”勘察评价直接关系到工程方案和工程质量；③本段优质建筑材料缺乏，建筑材料勘察评价也是本段工程勘察的难点之一。

2.2　工程地质条件复杂，不良地质及特殊岩土发育，工程地质评价难度大

南京至镇江段工程地质条件复杂，不良地质及特殊地质发育、分布范围广，主要包括：①顺层剥落、滑坡；②危岩落石、崩塌及人工采石场高边坡；③花岗侵入岩残积土、球状风化；④地震区；⑤岩溶发育区；⑥软土和松软土地基；⑦下蜀黏土(弱至中膨胀土)；⑧人工堆弃土、垃圾场、尾矿等。既要通过超前工程地质工作，查明各类不良地质和特殊岩土的范围、性质，为线路选择、建筑物场地选址提供依据；又要在线路走向、建筑物位置、类型、式样布置确定后，通过详细工程地质勘察，为各类建筑设计提供准确的地质参数，还要为特殊岩土处理、不良地质整治、环境保护、水土保持和施工方案确定等提供依据。只有通过综合勘察与专题研究相结合，合理安排工序，才能正确评价各类不良地质与特殊岩土对工程的影响，提出针对性的工程措施意见。

3　工程地质勘察方法

根据高速铁路技术标准和本段工程地质特征，工程地质勘察中采用了综合勘探测试与专题研究论证相结合的勘察方法。专题研究包括软土、中等压缩性土等土质地基工程地质勘察精度和物理力学参数选取方法研究；沿线挖方土质特征和改良后工程特性试验研究成等；专项评估包括地质灾害危险性评估、压占矿产资源评估、地震安全性评价等。综合勘察测试中采用了工程地质调绘，物理勘探，原位测试，机动钻探及岩土、水试验等相结合的方法，查明了各线路方案工程地质特征，以及各类工程的工程地质条件，结合地方岩土经验和专题研究结论，为线路方案选择，工程类型比选，各类建筑物设计，特殊岩土处理，不良地质整治，环境保护和水土保持方案的制定及合理确定施工方法等提供了可靠的地质依据和岩、土、水等地质参数。

4　综合勘察技术与专项研究及应用

4.1　工程地质选线

在广泛收集并充分研究区域地质资料、通道内相关工程勘察资料和工程建设经验的基础上，采用大面积地质调查和代表性勘探测试相结合的方法，查明了各线路方案的工程地质条件，根据地质特征提出了线路方案选择和工程设置的意见和建议，从源头上降低了工程风险。如：①龙潭设站方案与宝华设站方案(DK20+500～DK60+600)，选择了软土厚度较薄的宝华设站方案；②正盘山隧道穿越方案(DK27+800～DK34+300)，选择线路北移200 m，绕避了小角度与线路相交的F3断层方案；③何家山隧道出口顺层地段线路方案(DK15+500～DK19+300)，通过优化平纵断面，减少了顺层对工程和影响，降低了工程风险；④通和压覆矿产资料和尾矿影响评估，选择了绕避甘家巷铅锌矿线路方案等。

4.2　综合勘探测试技术

对软土地基采用原位测试与钻探取样试验相结合的综合勘察方法，充分发挥原位测试技术的优势，获取了地基土准原始状态下的力学参数。根据不同的软土成因类型，布置以静力触探为主、其他原位测试手段为辅的原位测试方法，并采用一定数量的钻探取样、土工试验进行对比分析，综合地区岩土经验，修正了规范公式，查明了地层分层及结构情况，获取了地基土的各项设计指标。

对高阶地河流相中等压缩性黏土，采用以机动钻探为主，试坑取样、静力触探为辅的综合勘察方法，同时选择代表性工点进行平板载荷试验和旁压试验，掌握了中等压缩性黏土地基的基本特性，尤其是结构特性和变形特性，为该类土地基处理设计提供了翔实可靠的地质依据。同时，分段测试该类土的胀缩特性和水稳定性，为基床结构、填料和边坡设计提供了参数。

对岩溶路堤采取钻探和综合物探的勘察方法，对岩溶路堤，在物探查明岩溶异常带的基础上，布置钻探进一步查明岩溶发育程度；对不稳定区和欠稳定区，进一步采用“探灌结合”方案，详细查明岩溶发育状况。对岩溶路堑，在施工开挖后结合物探成果，采用“探灌结合”的方法进行详细勘察。

对可溶岩隧道及桥梁工程，开展了综合物探工作，主要包括利用地震折射波法测定岩体的纵波速度，指导划分隧道围岩级别；利用地震反射波法划分地层界线，查找地质构造、岩溶地基的发育状态；利用电测深法划分地层界线，探查隐伏构造；利用电测剖面法查找溶洞，确定断层、岩性界线的位置及倾向；利用高密度电法查找岩溶地基溶洞和地质界线的产状等。通过多种物探成果进行对比分析，准确划分了各类地质界线和围岩级别。

对路基填料取土场，按建筑材料场地的要求，采用地质调查测绘，结合勘探、取样试验，评价了各取土场的填料性质、质量和储量、开采方案等。

加强了各类过渡段工程地质勘察。对各类过渡段进行横、纵断面勘察，详细掌握了地基土空间分布特征，为实现不同建筑物平顺过渡，确保高速铁路安全舒适运营奠定了基础。

4.3　专题研究

(1)软土地基综合勘察及物理力学参数选取方法研究

采用应力铲、扁板侧胀、螺旋板载荷、孔压触探等新型原位测试技术，获取了软土地基在原始应力状态条件下的变形、强度及渗透固结等指标，查明了不同成因软土的基本特性，特别是软土的结构性。软土地基勘察宜采用以静力触探为主的原位测试与钻探相结合的勘探方法。在土工参数统计分析的基础上，结合地质背景、原位测试、地区经验综合分析，经数理统计后提出合理的软土地基设计参数，首次提出了考虑土的结构性和实际荷载水平进行沉降分析的建议。

(2)中等压缩性黏土地基基本特性研究

通过综合勘探测试和对比分析，查明了中等压缩性黏土基本特性。该类土具有低含水量、低孔隙比、高液限、高强度、中等—中等偏低压缩性、低渗透性、介于饱和与非饱和之间、具有强结构性等特点。中等压缩性土在荷载水平较低时，变形量很小，以弹性变形为主，约占总变形的60%～70%。基于较强的结构特性特点，充分利用和保护其结构强度对工程十分有利，地基处理方案选择时，不宜采用破坏结构强度的工法；在施工期间出现的各种偶然荷载组合均不宜超过其结构应力。总沉降计算时，应考虑使用荷载水平与结构应力之间的关系，建议采用e-logp法或“弹性理论法”。考虑到一般情况下荷载应力水平均小于其结构应力，为回弹指数区段，即弹性变形段，工后沉降计算可采用基于工程经验的“沉降完成比例”方法。

(3)下蜀黏土及其改良土试验研究

沿线分布较广的下蜀黏土属高塑限黏土，具有弱—中等膨胀性，为C组细粒填料。素土不能满足高速铁路对路基填料的要求。对该类土作为基床底层填料时需采取的改良措施进行了研究，通过不同改良剂和掺入比改良下蜀黏土室内试验和现场填筑试验，提出了改良剂宜选用石灰、掺入比采用5%的结论，研究成果对设计、施工起到了良好的指导作用。

(4)石英二长岩风化物及其改良土试验研究

通过对石英二长岩风化物室内改良试验和现场填筑试验，提出了该类土的填料适用性和改良方法。试验表明：石英二长岩全风化物矿物成份中蒙脱石含量超过7%，水对CBR值有较大影响，不宜直接用作高速铁路路基基床底层填料；掺入粗集料改良后，颗粒级配得到明显改善，CBR强度值得到显著提高，可用作高速铁路路基基床底层填料。

(5)碎石土填筑试验研究

通过现场填筑试验研究，验证了碎石土填料设计方案的可行性，提出了填筑工艺、过程质量控制方法、压实质量检验方法，指导了沪宁城际铁路设计和施工。

4.4　专项评估

勘察过程中，开展了地质灾害危险性评估、压占矿产资源评估、地震安全性评价等，为最佳线位选择及工程抗震设计提供了科学依据。

4.5　地质核查

强化了施工阶段工程地质勘察工作，作为一个独立的阶段，纳入工程地质勘察程序，包括技术交底、验基、验槽、验桩及施工勘察等，以及必要的补充勘探测试工作，确保地质资料的真实可靠，全方位彻底规避了地质风险，为工程安全顺利建成提供了保障。

4.6　从工程地质角度提出线路运营后应注意的问题

基于铁路周边工程活动(如临近铁路抽取地下水、深基坑开挖、堆载等)都可能引起铁路下部地质体性状的变化，进而影响铁路路基、桥涵、隧道等工程的稳定和行车安全。在工程地质勘察总报告和分工点勘察报告中，提出了运营期间应注意防范铁路附近人类工程活动影响铁路工程稳定安全等问题，对保障本线运营长期安全具有重要意义。

5　结束语

经施工验证，沪宁城际南京至镇江段工程地质勘察资料与现场实际情况吻合，没有出现因地质资料不符而引起的变更设计和地质灾害。通过对沪宁城际南京至镇江段工程地质勘察的总结，有以下几点体会:

①树立高速铁路高标准的工程地质勘察理念，制定切实可行的综合勘察技术要求和工作大纲，是保证高速铁路高质量和高可靠性的工程地质勘察的前提。

②要以工程风险(含施工及运营)和工程建设实施难度为主线，加强工程地质选线，合理选择线路方案及工程类型，从源头上降低工程风险。

③依托科学试验、专题研究或专项评估，解决工程建造面临的重大地质问题，指导各类工程的勘察设计。

④加强施工勘察和地质核查等施工地质工作，可全面系统地规避地质风险，及时消除运营期间可能出现的问题，宜作为独立的一个勘察阶段进行安排和管理。

⑤依据沿线工程地质特征、地质环境的承受能力

和敏感性，提出运营后应对周边工程活动重点关注的段落，对保证长期安全运营具有十分重要的意义。

[1]中华人民共和国铁道部.铁路工程地质勘察规范[S].北京：中国铁道出版社，2007

[2]中华人民共和国铁道部.铁路工程不良地质勘察规程[S].北京：中国铁道出版社，2001

[3]中华人民共和国铁道部.铁路工程特殊岩土勘察规程[S].北京：中国铁道出版社，2001

[4]中铁第四勘察设计院集团有限公司，江苏省地质调查研究院.新建铁路上海至南京城际轨道交通(江苏段)地质灾害危险性评估报告[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，江苏省地质调查研究院，2008

[5]江苏省地震工程研究院.上海至南京城际轨道交通工程场地地震安全性评价报告[R].南京：江苏省地震工程研究院，2008

[6]中铁第四勘察设计院集团有限公司.沪宁城际轨道交通工程地质勘察大纲[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2006

[7]中铁第四勘察设计院集团有限公司.新建南京至上海城际轨道交通初步设计(地质)[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2007

[8]中铁第四勘察设计院集团有限公司.新建南京至上海城际轨道交通施工图总说明(路基)[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2010.

[9]铁道第四勘察设计院.软土地基综合勘察及物理力学参数选取方法研究[R].武汉：铁道第四勘察设计院，2005

[10] 彭志鹏.CFG桩处理中等压缩性土地基试验研究[J].铁道建筑，2009(4)