某开发区站岩土工程勘察技术研究

章中良

（核工业南京工程勘察院，江苏 南京 210000）

0 前言

20世纪80年代开始，我国各大城市开始陆续兴建地铁，地铁岩土工程勘察技术和经验得以不断积累，岩土勘察工作的规范性也在这一过程中不断增强。现阶段，各类岩土工程勘察技术广泛应用于城市地铁车站勘察中，例如波速测试技术、大地导电率测试技术等，为保证该类技术的科学应用，该文围绕城市地铁岩土勘察开展了具体的研究。

1 工程概况

南京地铁六号线工程全线长约32 365.00 m，共设19座地下车站，包括9座换乘站，最小站间距、最大站间距和平均站间距分别为583.00 m、3 949.00 m和1 651.00 m，该文主要是将某开发区站作为研究对象，该开发区于中间站，采用双层两跨（局部三跨）岛式设计，盾构井宽度、标准段宽度、站台宽度和有效站台长分别为24.10 m、19.70 m、11.00 m和120.00 m，具有钢筋混凝土箱型框架结构的主体结构，顶板覆土厚度、两侧标高和底部中部标高分别为2.79 m～3.54 m、+12.21m和+12.60 m。岩土工程勘察主要围绕车站主体结构展开，车站主体平面简图如图1所示。

图1 车站主体平面简图

案例车站所在地属岗地和岗间坳沟地貌单元，地形平坦，地面高程、最大相对高差分别为28.50 m～30.20 m、1.70 m，总体呈现西高东低。该地属于北亚热带湿润气候区，案例车站附近不存在能够产生影响的地表水体，沿线存在众多厂房与地下管线。车站场地拥有较为复杂的地质构造，近场区内发育有5条主要断裂及3条次要断层，主要包括杨坊山—长林村断层、幕府山—焦山断裂、南京—湖熟断裂。结合已有的物探和钻探等资料可以判定，这类断裂不会直接影响工程场地。案例车站的场地适合建设地铁车站，属于地震地质条件相对稳定的场地，但是断裂带来的岩层破碎、风化强烈以及蚀变会对工程造成一定程度的影响。

2 城市地铁岩土工程勘察的主要任务

2.1 勘察目的

基于初步勘察资料，案例工程的岩土工程勘察须结合主体结构及具体施工方法，对地质进行有针对性的勘察，查明场地的水文地质、工程地质条件并进行评价，对特殊性岩土和不良地质提出治理措施，满足设计与施工需要，为地质勘察提供充分的依据。

2.2 主要任务

城市地铁岩土工程勘察的主要任务包括查明区域地质、水文地质和工程地质条件，重点勘察有特殊要求的区段，根据勘察数据进行评价并提出建议。具体勘察过程需要明确场地的地形和地质等基本特征，查明填土的分布、力学特性及对施工的影响，明确软弱土层的分布情况和具体特性，提供合理的岩土参数，查明特殊岩土地质和不良地质，地下水变化规律，为基坑支护提供参数支持，评价场地与地基的地震效应，开展场地类别、抗震地段划分，对基坑边坡的稳定性进行分析，最终完成岩土工程地质报告并提出设计和施工的相关建议，对施工单位进行的详尽技术交底也属于岩土工程勘察的重要任务[1]。

3 城市地铁岩土工程勘察的技术要点

3.1 钻探环节技术要点

为保护地下管线等埋藏物，勘探前每个钻孔需要人工进行1.5 m以上的深度挖掘，勘察过程中深度到达3 m后需要使用麻花钻进行试探，并保证钻机与既有设施及各种电力线保持安全距离。案例采用全断面取芯钻进技术，需要将最大回次进尺控制为2 m，全断面取芯时采取率需针对性控制，破碎岩层、碎石类土、完整岩层、砂土地层以及粉土与黏性土地层最小值应分别控制为65%、50%、80%、70%和90%。探孔位置须基于地下埋藏物等分布情况确认，如果存在协调困难的孔位，须基于车站纵向方向适当地移动，但是需要保证移动距离控制在2 m内[2]。

3.2 取样环节技术要点

基于1.5 m～2.0 m间距进行原状土样采取，间距基于土层厚度可适当放宽，可采用1.0 m间距进行较薄土层采取，取样器也需要针对性选择。从岩芯中截取岩样，须保证岩样的代表性。地下水样采取须结合潜水与承压水的各自特点，干钻至含水层的潜水取样须保证孔内水位稳定，钻孔结束后洗井后24 h进行承压水取样。土壤腐蚀性样品采取须结合试验需要，采取地下水位以上的土样。采集后的样品需要直立放置并在蜡封后做好标识，同时要注意防晒、防淋、及时运送以及及时试验。

3.3 标准贯入试验要点

采用0.76 m落距和63.50 kg的落锤开展标准贯入试验，先击入0.15 m，之后进行0.30 m，0.15 m不计击数，记录每10 cm的锤击数之和即为实测击数。例如，贯入深度在50击时未达到0.30 m，记录对应的实际贯入度并进行换算。在试验前需要清除孔内浮土，钻杆需要保持垂直。20.00 m以上、20.00 m以下试验间距分别控制为1.50 m～2.00 m、2.00 m，须保证最少存在2～3个薄层土测试点[3]。

3.4 重型圆锥动力触探试验要点

重型圆锥动力触探试验围绕碎块状强风化岩和碎石土开展，基于自动落锤装置进行试验，对贯入0.10 m读数进行记录，按照1.50 m～2.00 m控制试验点间距，试验结果须基于规范进行针对性修正。

3.5 静力触探试验要点

为实现土类定名、土层界面划分、地基承载力确定、地基土参数测定、液化判别、土质均匀性查明以及土的变形特征评价，需要开展静力触探试验。案例工程主要基于钻探进行勘察工作，静力触探须结合实际钻探的揭露情况开展，最小孔间距控制为2 m。

3.6 十字板剪切试验要点

案例勘察工作开展电阻应变式十字板剪切试验，基于50 mm×100 mm控制板头尺寸，为在预定深度贯入电阻应变式十字板，试验过程要先实验静探仪，蜗杆和蜗轮通过摇把匀速缓慢回转，在 3 min～5 min 达到最大应变值。每摇一圈进行 1 次读数，剪损后继续进行1 min读数。试验完成后轴杆需要通过摇把连续转动6周，最终获得塑土剪损时最大微应变值。

3.7 扁铲侧胀试验要点

为开展土的类别判定并明确水平基床系数以及静止侧压力系数，需要进行扁铲侧胀试验。试验采用的扁铲侧胀仪型号为DMT-W1，试验前须保证薄片膨胀到0.05 mm、1.10 mm，气压值分别控制为△A=5 kPa～25 kPa、△A=10 kPa～110 kPa，之后连接气电管路和仪器设备，开始测量。完成试验后率定铲形探头，并按照规定范围检查△A、△B，如果超过规定范围则重新实验，选择车站底板及地面以下1.0 m～3.0 m作为试验深度[4]。

3.8 旁压试验要点

基于土深度与变形模量的关系曲线，旁压试验能确定土的变形及承载力的参数。案例工程采用预钻式旁压仪进行旁压试验，型号为GA—BX，该设备能够满足试验需要。具体的野外试验和资料整理严格遵循行业规范要求，在代表性较高的深度和位置进行试验，试验点垂直间距控制为1.5 m，每层土需要有1个测点，土层厚度在3 m以上至少需要设置3个测点。

3.9 波速测试要点

案例工程采用高灵敏度井中三分量检波器、桩动测仪及计算机进行波速测试，型号为RS-1616K（s），选用地面激振孔接收方式进行波速测试。具体测试需要将剪切板放置于距孔口1.0 m～2.0 m处，剪切板上要压重物，在水平正、反方向使用铁锤进行敲击，铁锤规格为10.886 kg，以此激发剪切波，同时垂直激发剪切波和压缩波。将三分量检波器设置在孔内，地震信号可基于0.5 m～1.0 m间距自下而上接收，检查点数14%。计算机中存储地震数据，初至波的旅行时间由专业软件进行读取和分析，进行时距校正，各岩层的波速值可通过计算得出。结合钻探情况和岩体完整程度，案例工程的压缩波和剪切波波速测试基于代表性钻孔 进行[5]。

3.10 地温观测要点

在终孔24 h后开展第一次地温测试，保证泥浆温度接近地层温度，测试精度检查可顺利开展，地层温度对相应深度上钻孔泥浆烘烤作用程度也可同时进行检验，第2次测量在次日进行。选择深水测温仪进行地温测试，型号为CW—3，该仪器具备操作简单、易于携带、测温速度快且灵敏度高的特点。准备工作完成后进行地温测试，打开连接仪器，将测试探头在空气中放置5 min，稳定后进行读数记录，该记录为气温。在孔中放入测试探头，测量顺序为由上而下、由下而上，须保证存在0.5 ℃内的测量温差，地层温度成果数据选择第二次数值。完成外业作业后进行数据处理，剔除异常点并进行平滑、数值计算，可准确得出地温。

3.11 电阻率测试要点

采用三侧向电阻率探管和综合测井仪进行电阻率测井，型号分别为X411、GJS1-B，测量范围、耐压、输出信号、稳定度和线性度分别为0 kΩ～10 kΩ、15 MPa、0 V～9 V、2%和2%，同时选择绞车控制器及绞车、电缆作为下井设备，型号为JCH－3。采用地质勘察钻孔和三极电阻率法进行测试，点距为0.5 m与1 m，电极系OA、MN分别设置为0.8 m、0.2 m，钻孔口30 m外布置无穷远极，钻孔中的测试探头测试顺序为自下向上。选择温纳装置进行大地导电率测试，大地导电率基于800 Hz、50 Hz频率下地层开展分别计算，同时对返回电流深度进行计算。采用多功能直流电法仪作为测量仪器，型号为DZD-6A，将电极打入被测土壤中按照一字排列的4个小洞中，然后进行地下供电，外侧两电极流入测试电流，四极电测深法装置如图2所示。图中的电极A、M、N、B对称于公共中心点O点的两侧。

3.12 简易水文试验要点

案例工程基于稳定流方法开展简易水文试验，在观测的同时，采用非稳定流法计算要求。降深环节由小到大进行落程抽水试验，须保证存在相等的各次降深间的差值。静水位观测在正式抽水前进行，观测时间间隔为1 h或30 min，在2 cm内的连续4个测点变幅无持续下降或上升时为稳定状态，静止水位值取最后4个测点的水位平均值。在观测动水位和出水量的过程中，正式抽水试验开始后按照一定时间间隔进行观测，120 min前需要进行15次观测，之后按照每间隔30 min进行观测，直至水位稳定。试验过程中将2 cm内的水位波动值、5%以内平均流量的涌水量波动值作为水位和涌水量稳定标准，且水位和水量不存在持续下降或上升趋势，以降深均不小于4 h为稳定延续时间。恢复水位观测在抽水试验结束后立即开展，具体观测方法与动水位和出水量观测类似，静止水位观测要求与恢复水位稳定标准相同。抽水过程中要及时整理资料，保证及时发现和处理问题。

3.13 地下水水位量测要点

案例工程采用干钻钻进地下水位以上部分，待观察到初见水位后再进给水钻，如果遇到承压水，需要进行承压水位测定，在下套管进行止水后隔开其他含水层与被测含水层，来测定承压水。基于水层渗透性，稳定水位量测需结合规定的地下水稳定时间。

3.14 室内岩、土、水试验要点

土工试验须结合案例工程的工法、特点及设计要求进行，具体涉及土工、岩石、含水量和水土质分析等。以土工试验为例，具体涉及快剪、固结快剪、标准固结、常规物性、三轴CU、三轴UU、静止侧压力系数、渗透系数、垂直基床系数、水平基床系数、电阻率和热物理等。严格基于行业及国家标准和规范进行室内试验。

3.15 其他要点

案例工程基于“勘察纲要”和质量体系运行文件开展岩土工程勘察实践，具体勘察过程要严格遵循技术要求，地层异常须第一时间反馈，并向其他作业组传达处理意见。为保证岩土工程勘察质量，案例工程在现场管理环节也投入了大量资源，进行过程控制、资料校核、现场巡检以及过程产品验收等工作，设计单位的咨询指导、相应的旁站式技术管理也需要得到重视。对于岩土工程勘察中涉及的重大技术问题，例如技术要求变更、孔位移动、孔深调整以及增减工作量等，要第一时间进行汇报和咨询，得到批复后方可开展相应调整。内业整理需要及时开展，对揭露的地层情况进行针对性分析，并对比前期材料，提出问题的整改意见，召开专门技术会议，严格记录技术文件，规范勘察纲要。最终，案例工程完成了地铁车站主体结构的勘察工作，详勘阶段和初勘阶段钻孔数量分别为20个和14个，进尺分别为741.00 m、458.00 m。受到绿化带、交通和地下管线等因素影响，部分孔位沿车站主体方向开展了适当调整，调整后的孔位仍能满足设计及大纲要求。在高水平的岩土工程勘察技术的支持下，案例地铁车站工程的设计及施工得以顺利开展，该工程的岩土勘察技术应用具备较高的借鉴价值。

4 结论

综上所述，开发区站岩土工程勘察技术的应用较为成熟。在此基础上，该文涉及标准贯入试验要点、静力触探试验要点、地下水水位量测要点以及电阻率测试要点等内容，提供了可行性较高的岩土工程勘察技术应用路径。为更好地满足城市地铁车站工程设计与施工需要，岩土工程勘察还需要关注BIM等新型技术的应用、特殊性岩土问题的针对性应对以及人工填土问题的专题勘察。