原位测试方法在地铁地裂缝勘察中的运用分析

■宋欣

（广东省核力工程勘察院广东广州510800）

原位测试方法在地铁地裂缝勘察中的运用分析

■宋欣

（广东省核力工程勘察院广东广州510800）

地铁施工过程中如果出现地裂缝可能导致项目停工甚至废弃，因此在地铁项目施工之前需要进行详细的勘察，本文通过西安的地铁实施项目的例子介绍其分布及地裂缝的特点，从而选用旁压试验、波速测试、静力触探三种原位测试方法对西安地裂缝勘察进行分析，这种测试方法对地铁地裂缝的施工来说具有重要的参考价值。

西安地裂缝 原位测试方法 地铁 地基承载力

0　引言

地裂缝是地面裂缝的简称，是人工或自然环境下的岩石和土壤，表面形成一定长度和宽度的裂缝，是由于宏观破坏的图像。地裂缝也常常影响居民生活和城市经济建设。一般情况下，建筑物的建造针对地裂缝都采取避让的方式，查清地裂缝的具体位置及最佳的避让距离是地裂缝勘察的重点。但是，地铁的施工建造过程中却难以避免，特别是在地裂缝活跃地带，必须穿过地裂缝，同时还要确保投入使用后不发生有关运营方面的安全事故，这时针对勘察地裂缝是地铁实施过程中的核心问题，所以，本文选用西安地铁地裂缝勘察为例，采用原位测试方法测试上下盘地层岩土物理性能的测试，调查地表裂纹，这不仅是为地铁线路的规划设计提供依据，还为了施工提供必要的地层结构及相应的物理力学提供参考，提高施工安全度的同时也丰富了对西安地裂缝的研究，为施工提供了重要的参考价值，对项目研究工程具有实在的意义。

1　地裂缝的分布及其特征

针对我国地裂缝的分布情况，主要以西安地裂缝为例，阐述西安地裂缝的分布及其所具有的特征，为下文原位测试方法的勘察提供研究对象。

1.1西安地裂缝的分布

西安坐落于中国北方，因为地理环境的影响出现了特有的地裂缝自然灾害现象，这里的地裂缝分成两种情况，一种是在地表面就可以看见的地裂缝，另外一种是隐藏在地里面的地裂缝，这种是隐藏的比较深，也是地铁施工中比较棘手的问题。西安地裂缝群分布范围大致为：西至皂河，东至纺织城，南始三爻村，北终井上村，总面积大概为155平方千米。根据多种勘察方式，据查询有关的资料，确认目前已发现14条，单条露出地表的地裂缝长度大约为2km-14.5km，可见，地裂缝已才构成严重影响城市的经济建设，成为主要的地质灾害。

1.2西安地裂缝的主要特征

由上述的西安地裂缝的分布我们可知，西安地裂缝出露总长度72千米，延伸长度大致为103千米，地裂缝对地区的影响还是比较大，只有在了解地裂缝主要特征的基础上，才能更好解决所存在的问题，以下归纳了西安地裂缝基本的特征：

（1）主、次生和支化地裂缝是西安地裂缝的主要组成部分；

（2）地裂缝大致呈NE—NEE走向,倾向SE—SSE,倾角约80°,倾向南，虽然与临潼—长安断裂近似平行，但是倾向刚好与之相反，在平面形态上，出现不等间距平行排列；

（3）地裂缝呈带状发育，延伸具有很好的连续性,总体上每条地裂缝的延伸长度都可以达到数公里以上，甚至还有的达到十几公里。

（4）地裂缝的出现需要特殊的地理位置，比如说“梁岗”地貌的南侧陡坡上(梁间洼地的北侧边缘)；

（5）地裂缝不是瞬间发生的，而且在潜移默化中慢慢侵蚀附近的土地，主要表现为主地裂缝的北侧上升，南侧相对下降,其中f6′和f9′次生地裂缝表现的方向刚好与主地裂缝相反；

（6）如果频繁抽取深层承压水会导致地裂缝活动速率加快；

（7）地裂缝的垂直位移方向上呈现的特征是单向累积，断距越大，深度越大。

2　采用原位测试方法勘察及方案的确定

2.1针对西安地铁穿越地裂缝的现状

根据查询资料可知：依据初勘阶段的勘查报告，西安地铁2号线全程共穿越12条地裂缝，其中包含2条次级裂缝。

2.2确定原位测试方法

土木工程学上的一个重要指标就是原位测试法，指的是当研究岩层时，在保持原来状态不变时，测定岩土的工程力学性质指标。关于原位测试方法主要有以下几种测试方法：

（1）旁压试验，该试验主要采用在已经钻好的钻孔中进行，然后通过相关的仪器装置，将气压直接加到测量变形系统的测量管液面促使其产生水压并上传至旁压器，使弹簧膜受压膨胀从而使孔壁土地形状改变。这个试验主要使用江苏省天目仪器厂PM-1B型预钻式旁压仪,其中测头直径为90 mm，为现代土木技术先进的仪器。

（2）波速测试，利用脉冲震源激发弹性波,在岩体中传播时,使速度、振幅、频谱等将声学参数受到地裂缝的岩性、结构、风化程度等影响而呈现的数据，通过多次测量，现场记录、处理、分析，从而得到结果。

（3）静锥渗透试验，是指机械设备对一定规格的锥状探头均匀地压入土壤中，然后探头的电阻大小由仪器测定，然后进行数据采集。该试验主要使用到的仪器有：ZJYY-20A型静力触探车、浙江宁波勘测机械厂生产的ZQS-15-3型的探头和静探数据采集仪。

2.3原位测试方法位置的选择和相关仪器的布置

（1）试验点的确定。依据地面的形态和最近地裂缝活动速率的大小原则进行选点，尽量选择了近期活动较为活跃的f6地裂缝作为试验场地。

（2）测试点的前期准备。依据我们上面所选好的位置，将每条布置一条静

力触探剖面,而且剖面方向尽量要垂直于地裂缝走向,在裂缝带上布置每条剖面的中心孔，还有在两侧各布置4个孔，准备好三种试验方法的试验仪器确保仪器测量的准确性。

3　原位测试方法结果分析

3.1旁压试验结果分析

根据旁压试验的试验原理，由详细的数据得出一定的关系：

Fak=37.3 N6.35+88

其中式中所表示含义：fak表示地基承载力特征值 (kPa),N6.35表示重型动力触探击数(次),统计范围3≤N6.35≤17，通过统计64组数据，得出上式相关系数r=0.82

上式表明,地基承载力随着锤击数越高而越大。在一定的范围内,两者是呈现正比关系。

单独采用旁压试验可能很难证明数据的准确性，我们又设立一个参照组，采用载荷试验在相同地点和同样深度作比较，记录并统计相关的数据，得出两者所求出的数据基本一致，差别很小，再一次证明旁压试验的正确性，甚至成本比载荷试验还低，过程操作简单，适合地铁中勘察地裂缝，为工程提供参考系数，方便确定路线。

3.2波速测试结果分析

波速测试主要测量的是速度、振幅、频谱等反映岩层的结构。由现场采集的数据统计和将大量的原位动静对比试验，原位动态测试与室内静态测试数据的统计分析,选用画图分析得出岩体的单轴抗压强度与纵波波速的关系式为：

R=2.404V^1.945（R为单轴抗压强度，V为纵波速度）

由上面的公式我们也可以知道：当用仪器测得纵波速度时，就可以知道该地带的抗压强度。同时，数据采用测量多组数据尽量减少误差，在偏移距离相等的情况下，测出每一点波形，记录数据道,形成高密成像剖面,这个剖面可以说明测线下方岩层分布、岩性以及岩石完整程度。

3.3静力触探的试验结果

由上面所布置的各个孔触探的统计结果可知：对于f6场地地裂缝北盘中的1号孔和2号孔中的④层古土壤锥尖阻力为2.314 MPa～4.909 MPa,侧摩阻力为84.5 KPa～143.1 KPa，与之方向相反的南盘中的3号-6号孔锥尖阻力大约1.22 MPa～1.629 MPa,侧摩阻力为23.5 KPa～59.3 KPa，计算出地基承载力。南北盘相比之下，差异还是比较明显。

4　结束语

原位测试的三种方法分别从不同的方案中计算出地基承载力，也让我们看到试验组与对比组之间的区别。通过旁压试验、波速测试、静力触探三种方法的统计分析，得出地裂缝场地各层的物理学指标，地基承载力等内容。同时，通过试验所获得的参数，能够为地铁穿越地裂缝提供一个参考依据，成果数据更能反映介质的真实情况，更具有实际应用价值。

[1]赵洪勇,吕宾林,朱忠林.声波测试法在铁路路基测试中的应用［J］.铁道建筑，2005(12).

[2]孟高头.土体工程勘察原位测试及其工程应用.[M]地质出版社,1998.

[3]易学发,王卫东等.西安地裂缝带的基本特征与形成机制 [J].地震地质,1997(19).

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-7-148-2