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兰州市地铁1号线穿黄段工程综合勘察方法与评价

2018-12-06胡向阳严耿升

西北水电 2018年5期
关键词:基床卵石剪切

赵 成,胡向阳,严耿升

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

兰州市城市轨道交通1号线西起西固区陈官营东至东岗,线路全长26.7 km,均为地下线路,共设车站20座,沿线主要地层为第四系砂卵砾石以及第三系红砂岩。其中奥体中心-世纪大道区间、迎门滩-马滩区间2次穿越黄河。穿越黄河段两岸及河床下部主要地层为全新统(Q4)卵石层和下更新统(Q1)卵石层构成,透水性强。黄河水与地下水具有双向补给、水流交替循环强烈、水位恢复迅速的特点。

1 工程概况

奥体中心-世纪大道区间位于崔家大滩-世纪大道,地面高程为1 518.60~1 534.50 m,全长2 120.009 m,均为双线隧道组成,轨面设计高程为1 491.853~1 518.353 m,底板埋深16.56~42.00 m。两线间距约20.70 m,下穿黄河段长度为317.00 m(见图1),拟采用盾构法施工。

图1 奥体中心-世纪大道穿越黄河段示意图

图3 奥体中心-世纪大道区间分层抽水试验图

盾构检修井兼联络通道(中间风井)中心长30 m、宽16 m、深42 m,为矩形竖井,拟采用明挖法施工。

2 综合勘察

2.1 钻 探

穿黄段区间卵石地层粒径大,成份复杂,强度高,钻进过程往往进尺较慢,塌孔现象严重,造成勘察进度慢,而且岩芯采取率低,勘察效率低。在穿黄段勘察过程中采用了水电勘探技术中SM植物胶松散地层钻探技术,大大提高了卵石地层钻探的效率和取芯质量。图2为采用植物胶技术钻探的取芯照片。

2.2 原位测试

穿黄工程勘察过程中采用了预钻式旁压试验,通过侧向膨胀的旁压仪器对钻孔侧壁施加横向均匀应力,使孔壁土体发生径向变形直至破坏,获得地层的侧向力学参数。表1为穿黄段地层旁压试验结果。

2.3 抽水试验

穿黄段两侧风井明挖施工过程中存在基坑降水问题,为了保证降水工程设计与施工能够采用准确的水文地质参数,在奥体中心-世纪大道区间黄河东侧岸边进行了一组分层抽水试验。通过分层抽水试验(见图3),分别得到了卵石地层水文地质参数,见表2、3。

图2 采用植物胶钻探取芯岩芯照图

地层初始压力P0/kPa临塑压力Pf/kPa旁压模量Em/MPa旁压剪切模量Gm/MPa基床系数/(MPa·m-1)Q4卵石654~6792350~268444.937~66.02828.760~41.176251.52~607.296Q1卵石254~7292718~550057.3~80.123.9~50.217597.36~1191

表2 穿黄段分层抽水试验成果统计表

2.4 大型剪切试验

穿黄段竖井基坑支护所需卵石抗剪强度非常重要,为了查清卵石的抗剪强度,在现场进行了卵石的大型剪切试验。试验采用平推直剪法,即剪切荷载平行于剪切面施加的方法:在每组的4个试样上分别施加不同的竖直荷载,等变形稳定开始施加水平荷载,水平荷载的施加按照预估最大剪切荷载的8%~10%分级均匀等量施加,当所加荷载引起的水平变形为前一级荷载引起变形的1.5倍以上时,减荷按4%~5%施加,直至试验结束。在全部剪切过程中,垂直荷载应始终保持为常数。通过现场大型剪切试验,得出了卵石地层的抗剪强度指标见表4。

2.5 基床系数

为了获取穿黄段卵石地层的基床系数,进行了现场基床试验测试。现场测试时采用K30方法,共进行4组,两组为松散砂卵砾石,两组为冻结砂卵砾石。由于试验对象不同,松散卵石水平和垂直方向的k30值分别为106 MPa/m和112 MPa/m;冻结卵石水平和垂直方向的k30值分别为407 MPa/m和426 MPa/m,垂直方向大于水平方向。冻结砂卵砾石的k30值受冻结影响,其值明显偏大。图4及表5分别为穿黄段卵石地层基床系数试验成果图及统计表。

表3 水文地质参数计算结果统计表

表4 抗剪强度试验汇总表

图4 穿黄段卵石地层基床系数k30试验图

试验编号试验深度/m推力方向定名k30参数指标沉降基准值/mm对应荷载/MPak30/(MPa·m-1)k30-36.5水平卵石0.001250.132 106 k30-47.0垂直卵石0.001250.140112 k30-514.2垂直卵石0.001250.533426 k30-614.2水平卵石0.001250.509407

2.6 工程物探

为了全面揭示兰州地铁1号线穿黄段卵石地层特性,现场还进行了波速、电阻率、放射性、地温等物探测试手段。波速测试采用国产WZG-24A工程地震仪,测试深度25.0 m,测点竖向间距为1.00 m测试,成果见表6。电阻率、放射性、地温采用重庆地质仪器厂生产的JGS-1B智能测井仪,电阻率、放射性测试成果见表7、8。现场地温测试成果表明,井温在18.4~21.9 ℃,无井液平均温度21.9 ℃,略低于大气温度,井液中平均温度19.4 ℃,基本为井液温度,孔中未见变温层,相对恒温层的温度为19.4 ℃左右(见图5)。

3 结 语

兰州地铁1号线穿黄段工程无论是项目规模还是施工难度在兰州均为首次。为保证设计、施工的顺利进行和开展,针对奥体中心-世纪大道区间穿黄段工程采用综合勘察手段及方法。

表6 穿黄段卵石地层波速测试成果表

表7 穿黄段卵石地层电阻率测试成果表

表8 穿黄段放射性测试成果表

(1) 通过采用植物胶技术,提高了钻探岩芯采取率,卵石地层采取率达到了95%以上。保证卵石地层的划分及描述的精度。

(2) 通过旁压原位测试,获得卵石地层的旁压模量、地基承载力等原位参数。

(3) 在穿黄段岸边分别对Q4卵石以及Q1卵石进行了分层抽水试验,得到2层卵石地层的水文地质参数,为降水设计以及施工提供了有力的证据。

(4) 通过大型原位剪切试验、基床试验,得到了卵石的抗剪强度、基床系数等宝贵的力学参数,其中卵石黏聚力给出了切合实际的建议值,为穿黄段基坑支护设计提供了精确参数,节省了施工成本。

(5) 结合波速、电阻率、放射性、地温等工程物探方法,获取卵石地层综合物理性质参数。

图5 穿黄段地温测试成果图

(6) 本次兰州地铁1号线穿黄段勘察不仅采用了植物胶进行钻探的新技术,而且进行了分层抽水试验,大型原位剪切试验等综合勘察方法,取得了充实的勘察成果,也为穿黄段设计与施工提供了精确的参数及工程措施建议。勘察成果可靠、宝贵,具有较高的参考价值和工程实际意义。

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