城市轨道交通工程勘察方法及勘察成果对施工的指导价值分析

曹昭辉

（南京南大岩土工程技术有限公司，江苏 南京 210012）

0 引言

城市轨道交通工程建设是一项系统工程，同时具有线路工程、建筑工程、地下工程的特点，工程规划、设计和施工工艺都十分复杂。岩土工程勘察的成果是工程规划、设计和施工的基础，对整个工程的建设尤为重要，对设计及施工具有很好的指导价值，因此，工程建设过程中对于岩土工程勘察成果的要求非常高。

岩土工程勘察主要采用各种技术手段和方法查明场地水文地质条件、工程地质条件、土石可挖性级别、围岩级别和不良地质作用等，提供基坑支护、桩基设计以及施工所需参数，对施工工艺提出经济合理的指导。城市轨道交通工程的勘察应按规划、设计和施工阶段的技术要求，分阶段开展相应的勘察工作，对城市轨道交通工程的科学建设指导价值高，意义重大。

1 城市轨道交通工程常用勘察方法

1.1 工程钻探

工程钻探严格按照《建筑工程地质勘探与取样技术规程》（JGJ/T 87-2012）执行。土层采用螺纹钻具或岩芯管钻进，回次进尺1～2m，土层采取率黏土层不低于90%，粉土不低于80%，砂性土不低于70%，碎石土层不低于50%；岩层采用岩芯管单动回转钻进，回次进尺1～2m，完整岩层采取率不低于80%，破碎岩层采取率不低于65%。全孔采用泥浆护壁。

1.2 现场取样

土样采取严格按照《建筑工程地质勘探与取样技术规程》JGJ/T 87-2012执行。取样间距1～2m，软土的样品可以采用薄壁取土器静压法采取，砂性土的样品可以采用取砂器锤击法采取，样品质量等级为Ⅰ～Ⅱ级。完全扰动土样由标贯试验直接从贯入器中取得。

1.3 原位测试

1.3.1 标准贯入试验

标准贯入试验：操作要求按照《标准贯入试验规程》（YS 5213）执行。对于土层，测试前先清除孔底残土，贯入器下入孔底后，先预打15cm不计击数，然后再进行正式贯入试验，用钢尺准确量定30cm长度，每10cm长度用粉笔标画，保持探杆垂直、锤击匀速，记录每10cm长度的锤击数并累计30cm长度的锤击数。对于强风化岩层，贯入器下至孔底后，可直接进行贯入试验，记录贯入30cm的锤击数，当贯入困难或累计锤击数达50击后终止试验，测量贯入长度，并换算成30cm的锤击数。

1.3.2 十字板剪切试验

十字板剪切试验严格按照《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018-2018）规定执行。十字板头及测量仪器采用符合国家标准的定型合格产品，十字板扭力传感器定期标定，测试仪器按要求定期送计量部门标定。贯入时保持探杆平直，机座水平，垂直贯入，剪切测试时转速应力求均匀，符合规范要求。

1.3.3 扁铲侧胀试验

扁铲侧胀试验严格按照《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018-2018）、《岩土工程勘察规范（2009年版）》（GB 50021-2001）执行。试验采用国产的DMTW1型扁铲侧胀仪、扁铲测控仪，贯入设备为CLD-3静力触探机。试验前，先对扁铲Da、Db进行标定。使用DMT-W1型扁铲侧胀仪，测试点距一般取0.5m。试验时用CLD-3型静力触探仪将扁铲探头贯入到预定测试深度后，匀速加压和减压测定膜片膨胀至0.05mm、1.10mm和回到0.05mm的压力A、B和C值。

1.3.4 波速测试

波速试验严格按照《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018-2018）及《地基动力特性测试规程》（GB/T 50269-2015）执行。土层剪切波速使用仪器为河北省廊坊开发区大地工程检测技术开发有限公司生产的XG-I悬挂式波速测井仪，土层压缩波速测试使用的仪器由中国地震局工程力学研究所生产的三分量贴壁式波速探头、武汉岩海工程技术开发公司研制的RS-1616K（P）基桩动测仪。采用单孔检层法，地面激振，波速测试时，要求钻孔垂直，孔壁光滑，激振板应距孔口≤1.5m，且应与地面紧密接触。测试点间距1.0m，并自下而上测定岩土层的剪切波速和压缩波速。

1.4 室内土工试验

土工试验严格按照《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019）执行。测试项目有土常规、压缩试验（标准固结、高压回弹）、固结系数、剪切试验、无侧限试验（灵敏度）、休止角（水上、水下）、渗透系数、颗粒分析、静止侧压力系数、基床系数。含水量采用烘干法；液塑限采用联合测定法；固结试验采用快速法、标准法；剪切试验采用直接快剪、固结快剪、慢剪、三轴UU、三轴CU（总应力、有效应力）；无侧限抗压强度试验采用应变控制式无侧限压缩仪；休止角采用休止角测定仪；渗透试验细粒土采用变水头法，粗粒土采用常水头法；颗粒分析采用；静止侧压力系数采用K0仪法；基床系数采用三轴试验法或固结法。

2 勘察方法工程应用实例

2.1 工程概况

以南京河西地区某城市轨道交通工程勘察项目为例，该项目为拟建地铁车站工点。拟建车站主体结构为地下两层岛式站，基坑轮廓尺寸为269.3m（长）×19.4m（宽）×18.8m（深），施工方法为盖挖逆作法，采用地下连续墙支护，采用钻孔灌注桩并利用地下连续墙作为抗浮措施；地铁出入口等附属结构基坑深度约9.0～15.5m，施工方法为明挖法，采用地下连续墙和钻孔灌注桩+止水帷幕进行基坑支护。拟建场地的抗震设防烈度为7度，抗震设防地震动分档为0.10g，地震动加速度反应谱特征周期分区为0.35s区。本工程抗震设防类别属于重点设防类。

2.2 勘察方法应用

拟建南京河西地区某城市轨道交通工程勘察项目，勘察方法主要应用了现场工程钻探、现场取样、原位测试和室内土工试验。现场钻探和取样严格按照规范执行。岩土层采用岩芯管钻进，取样间距1~2m，软土的采样方法为采用薄壁取土器静压法采取，砂性土的采样方法为采用取砂器锤击法采取。样品质量等级为Ⅰ~Ⅱ级。采用的原位测试手段有标准贯入试验、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验、波速测试。室内土工试验按照规范要求执行。

2.3 勘察结果分析

通过工程钻探、现场取样以及原位和室内试验方法查明，拟建工程场地属于典型的长江漫滩地貌单元。场地覆盖层主要为漫滩相沉积的高压缩性饱和软土层、中高压缩性的软弱黏性土层，以及中等压缩性的砂土层，覆盖厚度大。

场地覆盖土层自上到下分述为：表层为①层填土，厚度一般，局部厚度较大，为近年城市隧道建设期间堆积的填土，松散-稍密状，工程地质性质差；②-1b2-3粉质黏土,软～可塑,中等压缩性,局部分布,为新近沉积土,工程地质性质一般；②-2b4淤泥质粉质黏土，流塑状态，高压缩性，场区普遍分布，工程地质性质差；②-3b3-4粉质黏土，软～流塑，中等偏高压缩性，场区普遍分布，工程地质性质较差；②-4b3-4粉质黏土，软～流塑，中等压缩性，场区局部分布，工程地质性质较差；②-4d2粉细砂，中密状，中等压缩性，场区局部分布，工程地质性质一般；②-5d1粉细砂，密实状，中等压缩性，场区普遍分布，工程地质性质较好；③-4e含卵砾石中粗砂，由中粗砂、砾石混合而成，土质不均，中等压缩性，工程地质性能较好。场地底部基岩为白垩系浦口组K2P-2强风化砂质泥岩，风化强烈，呈砂土状，工程地质性能良好；K2P-3中风化砂质泥岩，风化程度较弱，岩芯较完整，工程地质性能良好通过勘察取样及室内试验统计分析，场地岩土层设计参数见表1。

表1 岩土层设计参数综合建议值

3 勘察结果对施工的指导价值分析

勘察结果不仅是科学设计的依据，在制定施工方案时也能发挥指导价值，也是不可或缺的依据。该工程在桩基础施工、基坑工程施工中就很好地发挥了勘察结果的指导作用。

3.1 对桩基础施工的指导价值

根据勘察结果可知，拟建场地处于长江漫滩地貌单元，场地土质差，上部多为软～流塑状的含淤泥粉质黏土、粉质黏土，地下水位埋深浅、软土分布深厚、底部有砂土分布，且周边环境条件较复杂。拟建地铁车站工点采用盖挖逆作法进行施工，需设置立柱桩，根据工程需要，立柱桩单桩承载力特征值不小于12000KN。预制桩嵌入深度有限且挤土效应明显，推荐选用具有较强穿透能力和桩长调节能力的钻孔灌注桩。

（1）钻孔灌注桩施工时，应控制施工过程中的噪音、泥浆浓度、泥浆污染、孔底沉渣厚度及泥皮厚度等。

（2）拟建场地地下水的水位较高，高于基坑坑底，在内外水头差的作用下地下水易形成渗流，渗流作用容易导致土体状态改变，土体强度降低，易引起孔内土体坍塌，对钻孔灌注桩成桩有不利影响，需考虑采取降水、埋设护筒、优化钻孔桩工艺等措施以减少不利影响。

（3）由于场地中上部主要为饱和软弱黏性土，下部分布有砂层及卵砾石层，为防止缩孔及塌孔，应控制钻进速度，适时调整泥浆比重。施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上。灌注混凝土之前，应根据规范并按设计提出的具体要求控制孔底沉碴厚度，确保成桩质量。

（4）桩基正式施工前应选取代表性地段进行现场试桩，以最终确定合适的桩基岩土设计参数、施工工艺及设备选型。基桩施工后，应按相关规范要求进行桩身质量及承载力检测，满足要求后方可进行下一步施工。

3.2 对基坑工程施工的指导价值

拟建地铁车站工点为地下两层岛式站，开挖深度约18.8m，拟建地铁车站基坑施工环境条件较复杂，通过勘察得知拟建场地工程地质条件和水文地质条件不良，基坑开挖深度较大，依据《南京地区建筑地基基础设计规范》（DGJ32/J 12-2005）第10.1.3条，确定拟建地铁车站基坑安全等级为一级，重要性系数γ0取1.1。拟建地铁车站基坑采用地下连续墙的围护方案。

（1）拟建场地填土密实度、均匀性较差，具有强度低、压缩性高、渗透性强、开挖稳定性差的特征。填土层对地下连续墙槽壁稳定性不利，最好采取换填或槽壁加固措施。

（2）场地浅部为深厚层的含淤泥粉质黏土及软黏性土，下部有砂土发育，地下连续墙成槽施工易产生槽壁变形、坍塌，施工时应控制好护壁泥浆浓度及泥浆面高程，必要时应采取槽壁加固措施。

（3）场地承压水丰富，水位较高，由于承压水作用，地下连续墙施工更容易造成塌孔。为降低塌孔事故的发生，应选择合适的地下连续墙接头，保证防水效果；同时控制泥浆比重技术指标，确保冲挖成槽时槽壁稳定。

（4）导墙是地下连续墙挖槽之前修筑的临时构筑物，它对挖槽起着重要的作用。导墙底部应置于原状土层，为防止雨水流入槽内破坏泥浆性能，导墙翼墙应高出地面，遇松散填土或填土较厚时，应进行土体加固或做深导墙。

（5）地下连续墙挖槽期间每隔5m检查一次泥浆质量，并检查有无漏浆现象，以便及时调整泥浆参数和采取相应的补救措施，确保槽壁稳定。

（6）在灌注混凝土前对沉渣、泥浆指标、槽壁垂直度、钢筋笼等进行检查，对沉渣过厚的槽段，重新清底，对塌方严重的回填，重新成槽。地下连续墙施工完成后应进行施工质量的检测。

4 结束语

综上所述，城市轨道交通工程的建设，必须按照“先勘察，后设计，再施工”的基本建设程序实施。通过采用各种勘察技术和方法，正确反映岩土工程地质条件，查明不良地质作用和地质灾害，提供正确、经济的岩土设计参数。前期勘察成果能很好地指导施工，有助于提出合理的施工建议，能够指导城市轨道交通工程设计的合理有效，保证施工的顺利进行，并保障工程建设的质量和效益。