吉林地区某客运专线工程典型地质变更问题分析与梳理

2016-02-11王德文

铁道勘察 2016年2期

关键词：岩爆构筑物基底

马　佳　王德文

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

吉林地区某客运专线工程典型地质变更问题分析与梳理

马佳王德文

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

对吉林地区某铁路客运专线工程在施工过程中出现的典型地质变更问题进行分析与梳理，按照问题性质分为概念认识问题、勘察精度问题和现阶段勘察技术手段难以解决的复杂问题。根据配合施工阶段的地质变更情况，提出地质勘察工作改进建议。

客运专线地质变更梳理

1　项目概况

吉图珲客运专线位于吉林省中部至东部，是连接吉林省中心城市吉林市至边境口岸城市珲春市的重要通道。该客运专线设计时速250 km，地貌单元有松花江冲积平原、丘陵区、中低山区，沿线从新生界第四系至元古界震旦系地层均有出露，前第四纪岩浆活动十分频繁，岩浆岩广泛分布于山地地区，地质条件复杂。该项目施工阶段出现了一些因地质情况变化引起的变更。对吉林至蛟河段配合施工过程中的典型地质变更问题进行分析和梳理，按照三个方面进行归类。

2　典型地质变更问题

2.1概念认识问题

(1)填土的地基处理

该客运专线接入吉林市内时，需对既有长图线龙潭山车站进行改建。根据地勘资料，该车站地表表层为2～5 m厚填土，稍密—中密，站场改造时设计地基处理措施为对表层填土全部进行挖除换填，回填土分层碾压后要求承载力达到180 kPa以上。施工阶段经过现场核查发现，虽然原地勘报告未提供填土层承载力，但经现场轻型动力触探原位测试，地表填筑土承载力可达150～180 kPa，按照密实程度判断，大部分可达到中密。根据现场测试情况，对原有地基处理工程量进行优化，减少了挖除换填的工程量。

由于填土密实程度通常变化较大，地勘报告一般不提供填土层的承载力，只对密实程度进行描述，而设计专业在填土地段的地基处理工程措施上一般都较为保守。在施工阶段经过现场核查认为，中密以上或接近中密的填土层可通过原位测试确定承载力，若原有填土层能够满足设计要求，可减少地基处理的工程量。

(2)岩层的强弱风化线划分

在配合施工阶段，结合现场路堑开挖情况、桥梁成桩情况，发现有少量岩层风化线划分与施工开挖情况相差较大，其表现主要有：一是路堑设计地质断面以软石为主，但施工开挖时挖掘机难以松动，只能爆破开挖，开挖后进行岩面观察，挖方断面中下部应为弱风化，分级应判为次坚石；二是桥梁成桩过程中，在流纹岩、花岗岩等硬质岩中设计桩长较大，流纹岩和局部花岗岩地段岩质极为坚硬，成桩困难，进度缓慢。

结合勘察阶段的岩芯照片比对，分析发生此类情况的原因，多为地质勘察岩芯鉴别时对硬质岩强风化层厚度给的偏大。部分岩芯剖面新鲜，但由于裂隙较发育或钻探机械等原因，岩芯呈短柱状或碎块状，部分钻孔此类岩芯全部划分为“强风化”，这是不够准确的。此类岩芯虽然节理较发育，但岩芯断面上看不到风化作用应有的矿物变化，其岩块力学性能并没有大幅度下降，其基岩承载力等岩体力学参数应按照规范中裂隙发育程度进行折减，而划为强风化则是混淆了风化的概念。此类问题对于基础设计带来的是偏保守的桩长而引起施工周期增长。对于路堑挖方工程，则存在工程建设期间开挖困难、施工单位要求增加土石方等级变更费用等问题。

(3)站后工程的地基处理

客运专线站后工程的建构筑物较多、较杂且差异较大，既有重要的站房房屋、大型设备房屋，以及通信铁塔、避雷针等高耸构筑物，也有小型房屋、小型设备基础等。部分场地由于地质情况变化较大，虽然勘测阶段已有一定密度的勘探点，施工阶段基底开挖地质核验时仍发现局部有软弱土层未被揭示。施工期间，出现较多的基底地质异常情况为：部分次要建构筑物基底开挖后，承载力不能满足设计图纸要求(站后房屋设计图对房屋基底承载力要求均在180 kPa以上)，此时基底情况不明确，对基底的软弱土层采取挖除换填能否处理好没有把握，若采用旋喷桩、搅拌桩等复合地基处理，由于基坑已开挖，周边部分建构筑物已施工完成，施工空间受限。

对站后各种不同类型的建构筑物验槽情况进行分析，发现主要建构筑物地质验槽情况和设计图纸符合程度较高，这是因为勘察阶段主要建构筑物均有数量较多的勘探孔进行控制，而次要建构筑物勘察阶段不能做到每处均有钻孔，施工阶段出现了部分基底承载力不满足设计要求的情况。经与设计专业多次沟通，对次要建构筑物的基底压力进行验算，大部分基底压力在100～150 kPa。部分基槽基底现场测试承载力虽然未能达到180 kPa，但大部分介于120～180 kPa之间，小于建构筑物的基底压力，沉降检算结果也在允许范围内，条件困难的情况下可不进行基底处理措施。此外，部分建构筑物还对基础形式进行了优化，增强了对地基条件的适应能力。对于承载力小于120 kPa的地基，则通过局部开挖小尺寸探槽继续明确基底条件，大部分进行基底换填，少量增加了复合地基处理措施。

2.2勘察精度问题

(1)路基勘察精度不足

目前，“铁路工程地质勘察规范”[1]中桥梁基础的勘察要求较为明确，特别是客专工程，要求为一墩一孔甚至一墩多孔，桥梁基础的地勘资料多和实际情况较为吻合。地质勘察阶段，也容易出现对桥梁、隧道的地勘工作较重视，而认为路基勘察工作较为简单的倾向。实际上，路基作为连续分布的线状工程，即使勘探点的密度满足规范要求，仍然容易出现局部软弱土层未被揭示到的情况，相比一墩一孔甚至一墩多孔的桥基，要提高路基工程勘察精度难度反而更大。

如因基底地质条件增加地基处理的一处变更：DK76+725～DK76+762段路堑，勘察时前后均布置了勘探孔，孔间距50 m，前后勘探孔均未揭露到软弱土层；施工阶段需对路堑基床进行换填，挖至换填基底面时，发现灰黑色软塑—流塑状淤泥质粉质黏土；后对基底软弱土层全部挖除换填渗水土，换填厚度3～5 m，增加土方开挖及换填渗水土数千方。

对诸如DK76+725～DK76+762段路基基底地质勘察精度不足的现象进行分析：该工点在定测时，勘探点深度、密度满足规范要求，但在勘探点的布置上缺乏针对性。该段路基位于隧道出口，DK76+750处存在一条冲沟与路基斜交，勘察钻孔布置于冲沟外侧，未能揭露到冲沟处的地质变化。

勘察阶段路基勘探点的布置，不仅要满足规范要求的密度、横断面的要求，还应注意结合具体的地形地貌，进行有针对性的调整，地质状况可能比较薄弱的地段，可适当加密钻孔。

(2)地下水水位勘察准确度不足

个别设计地下水路堑工点，开挖后发现，实际地下水位与勘察报告水位有所差别。如设计地下水岩质路堑盲沟基槽或抗滑桩桩孔开挖后，基槽、桩孔内未见地下水，路堑边坡也无渗水现象。经比对勘察资料，原因为个别钻孔地下水位量测结果不准确，可能为雨后量测或其他原因造成。勘察阶段若需提高地下水位勘察的准确度，除应现场钻探完成后进行量测，还应结合提水或者抽水试验的出水量情况进行验证。

2.3勘察技术手段难以解决的复杂问题

(1)物探准确度不足

主要表现为隧道工程物探勘察结果与实际洞身开挖情况的差异，物探揭示出了围岩破碎带或富水带，但具体里程与勘察报告确定的里程相差数百米，或者围岩破碎程度、富水程度与物探解译结果有一定的差别。物探勘察由于具有多解性，其准确度提高还有待于勘察技术的进一步发展[2，3]。

(2)细部岩性、构造、节理对隧道工程的影响

隧道地勘报告中侧重于对围岩等级的划分，而对细部岩性、构造、节理等关注不够。如位于吉林市东的吉林隧道，地勘时已确定其岩性为二叠系板岩，但施工阶段发现，部分地段的板岩特性相差较大。该隧道大部分段落板岩泥质含量较少，为青灰色，而洞身中部穿越数百米泥质板岩和含炭泥质板岩段，泥质板岩呈灰—浅灰色，部分呈褐黄色。围岩岩质较软，节理裂隙发育，局部裂隙间填充物以泥质、方解石填充为主，岩体较破碎—极破碎，呈块(石)碎(石)状镶嵌结构或角砾碎石状松散结构；围岩自稳能力差，易变形、坍塌。勘察阶段，由于偏少的地质钻孔未能揭露出同一地层岩性的成分变化，物探反映的参数也没有明显变化。在施工阶段，泥质板岩和含炭泥质板岩段掉块、坍塌现象极为严重，后大部分进行了围岩等级和支护方案的变更。

该段隧道围岩变更主要是因泥质板岩、含炭泥质板岩岩质较软，加之受地质区域变质作用的影响，揉皱、摩擦镜面发育，岩层面光滑，岩体节理裂隙发育，层间、节理面结合差，岩体较破碎—极破碎；在地下水的作用下，更易掉块、坍塌。在勘察期间要完全查明隧道洞身围岩的地质条件非常困难，围岩变更主要是因复杂的地质条件所致。目前铁路隧道围岩等级划分，主要考虑围岩坚硬程度、构造(主要是结构面的组数或裂隙发育程度、节理面的张开程度和充填情况)进行围岩等级初步判定，然后结合地下水涌水状况和初始地应力状态对判定的基本围岩等级进行修正[4]，对围岩具体岩性、复杂构造、节理的影响考虑还不充分。

(3)岩爆的预测

在吉林至蛟河之间部分深埋的变质砂岩、花岗岩隧道开挖过程中，局部地段出现岩爆情况。发生岩爆地段岩层为弱-微风化，岩质致密、坚硬、性脆、干燥，节理裂隙不发育，岩体完整。爆破开挖后，在通风排烟期间偶尔能听见围岩发出嗞嗞声，撬帮找顶时出现岩层剥离产生的空响声，找顶完成后有局部岩层继续剥落弹出现象发生。随着工作面的向前推进，这种现象越来越明显，并发展到出现爆裂声，新生裂纹多，掉块严重，持续时间约3～8 h，局部地段严重，产生新生裂纹。

分析该地区隧道发生岩爆的原因：一为地应力的因素，该隧道洞身最大埋深468 m，深部地段地应力较高；二为岩性的因素，发生岩爆地段的变质砂岩、花岗岩均为极硬岩且具脆性，变质砂岩结构为层理状，开挖应力释放后多以薄片状剥离，部分甚至以弹射形式剥落。根据地应力测试资料及现场实际情况，为保证施工作业安全，采取了增加超前锚杆、控制一次爆破进尺及震动、工作面洒水、加强初支等措施。

地质勘察阶段，对本地区可能出现岩爆的状况有所预计并在地勘报告中进行了提示，但受到诸多条件的限制而未做专门针对性的工作。施工阶段发生初次岩爆后，施工单位及设计单位现场加强了对本地区岩爆特性的认识并增加了观测频次，通过有预防性的措施，确保了岩爆地段的隧道施工安全。

3　结束语

通过对本项目施工阶段典型地质变更问题的分析、梳理，可以看出：

(1)施工阶段的地质核查、地质验槽、隧道地质素描、超前地质预报等工作能够对遗留的问题进行较好的修正和补充。

(2)基岩的强弱风化判别应按照矿物变化进行区分，同时建议基岩的承载力除了按照抗压强度、风化程度确定，还可以按照岩芯揭示的裂隙发育程度进行相应的调整，不同地段、不同钻孔的同种岩性基岩承载力可根据具体情况进行调整。

(3)站后建构筑物应按照不同建构筑物的特点，设计时提出适宜的承载力、沉降和差异沉降要求。功能重要、规模较大的建筑物一般地基承载力要求较高，沉降和差异沉降量要求也较高；部分中小型的建构筑物的地基承载力要求可适当降低，并可通过调整基础形式增强对承载力和沉降的适应能力；高耸构筑物一般对沉降敏感，控制性的指标除了地基承载力和沉降量外，还应特别注意差异沉降量的控制要求。地勘工作应提高场地勘察的准确度并结合地质验槽制定适宜的建构筑物地基处理措施。

(4)建议路基勘探点的布置，不仅要满足规范要求的密度及横断面的要求，还应注意结合具体的地形地貌进行有针对性的调整。

(5)勘察阶段重要工点的地下水位量测应结合提水、抽水试验进行验证。

(6)物探勘察的准确性和复杂隧道地质情况的勘察准确性有待于勘察技术水平的进一步发展。

(7)建议对不同岩性、岩体细部构造复杂的隧道围岩评价方法进行进一步研究。

(8)地质勘察阶段应对可能发生岩爆的隧道段做专门性勘察工作，如增加地应力测量或微震法、微重力法等分析手段，施工阶段可增加超前钻岩屑分析、岩体含水量分析等其他预测手段[5，6，7]。

[1]TB10012—2007铁路工程地质勘察规范[S]

[2]韩松，等.综合物探技术在铁路隧道勘察中的应用研究[J].铁道勘察，2010，36(5):27-30

[3]易鑫，白雪飞.浅谈综合地质勘察在长大隧道勘察中的应用[J].铁道勘察,2011，37(2):75-78

[4]TB10003—2005铁路隧道设计规范[S]

[5]徐成光.岩爆预测及防治方法综述[J].现代隧道技术，2005，42(6):81-85

[6]姜繁智，等.国内外岩爆预测的研究现状与发展趋势[J].工业安全与环保，2003，29(8):19-22

[7]张镜剑，傅冰骏.岩爆及其判据和防治[J].工业安全与环保,2008，27(10):2034-2042