城市軌道交通主要工程地質問題及勘察方法

高 麗 君

(大昌建設集團有限公司，浙江 舟山 316000)

城市軌道交通主要工程地質問題及勘察方法

高 麗 君

(大昌建設集團有限公司，浙江 舟山 316000)

介紹了無錫軌道交通工程地質條件情況，從土層的工程性質分析評價，水文地質條件與評價，地下水對工程建設的影響等方面進行了論述，根據工程勘察主要特點，提出了解決方案，指出軌道交通工程勘察綜合性較強，需要采用相應的綜合勘察方法。

軌道交通，工程地質，勘察方法

1 工程概況

根據《無錫市城市快速軌道交通近期建設規劃》，至2015年，無錫市將首先建成軌道交通1號線、2號線，總長度56.11 km，設立站點45座，形成東西向和南北向的“十”字形軌道交通網絡骨架，至遠景年2050年，城市快速軌道交通網絡將以主城區為核心，由“三主兩輔”5條線構成放射+環形線網，其中1號線，2號線，3號線為骨架線路，三線呈放射狀，4號線，5號線為輔助線路。規劃線網總長157.77 km，設車站111座。

2 工程地質條件與評價

2.1 地形地貌

擬建無錫軌道交通場地均為廣闊太湖湖積平原，地勢較平展，河、汊、溝塘水網發育，自山前向平原方向微傾，地面高程在3 m～5 m之間，為典型的江南水網化平原區。

2.2 地層巖性

擬建無錫軌道交通工程沿線經過地段100 m以內大多為第四系全新統至下更新統的松散沉積物覆蓋，局部地段下伏基巖為泥盆系碎屑沉積巖、二疊系灰巖。按各巖土層的物理力學性質、沉積環境、成因類型，可劃分12個工程地質層，26個工程地質亞層。

2.3 工程地質條件評價

1)場地的穩定性及適宜性。擬建線路所經過地段，大多土層分布較穩定，覆蓋層厚度大，無全新活動斷裂及不良地質作用，適宜于軌道交通工程的建設。

2)主要土層的工程性質分析評價。沿線100.0 m以淺土層為第四系全新世至早更新世沉積的疏松沉積物，擬建線沿線大多分布的第③工程地質層，地基土工程性質良好，是較好的天然地基淺基礎持力層。均有分布的第⑥工程地質層，地基土工程性質良好，是較好的中、短樁樁基礎樁端持力層，地面下40 m左右分布的第⑧工程地質層，工程性質中等～較好，可作為跨度較大、荷載較大的橋梁及高架段的樁基礎樁端持力層。

2.4 水文地質條件與評價

1)地表水，擬建道路沿線的地表水，主要為線路穿越所經過的京杭運河、錫北運河等眾多河水。地表水系發育，水位的變化受季節變化而變化。

2)地下水，根據擬建場地含水層的特性將地下水分為上層滯水、潛水、微承壓水、第Ⅰ承壓水、第Ⅱ承壓水。

a.上層滯水，主要存在于擬建淺部粘性土中，埋深在地面下0.50 m～1.00 m，無固定水位，水量隨季節變化，雨季出現、旱季消失，極不穩定。b.潛水，主要賦存于淺部填土層中，富水性差，勘察期間測得潛水穩定水位為地面下1.50 m左右。c.微承壓水，微承壓水主要賦存于③3粉土夾粉質粘土層及④粉砂層中，富水性一般～中等，微承壓水頭1.50 m～2.00 m。d.第Ⅰ承壓水，第Ⅰ承壓水主要賦存于⑥3粉土、⑦2粉砂、⑧2b粉土夾粉質粘土及⑧4粉砂層中，含水量較豐富，承壓水頭5 m～10 m。e.第Ⅱ承壓水，第Ⅱ承壓水含水層主要賦存于⑨2細砂夾粉砂層中，含水量豐富(古河床部位)以鄰區的側向補給，基巖地下水的補給，含水層頂板粘性土的壓密釋水、人工回灌為主要來源，以人工開采為主要排泄方式。承壓水頭40.0 m～45.0 m。根據地區建筑經驗，地表水、潛水及微承壓水對基坑的工程施工會產生影響，而第Ⅰ承壓水將會對深基坑的施工產生影響。

2.5 地下水對工程建設的影響

擬建軌道交通大多地段為地下工程，影響工程施工的地下水主要是沿線分布的孔隙潛水和孔隙微承壓水及埋深較淺的第Ⅰ承壓水。據無錫市水文監測資料，隨著蘇錫常地區深層地下水禁采計劃的實施和完成，地下水水位恢復上升幅度較大，隨著禁采計劃的不斷實施，地下水位也將保持逐年上升的勢頭，孔隙微承壓水層及第Ⅰ承壓水含水層水位呈上升的趨勢。

孔隙潛水含水層主要埋藏在淺部的粘性土中，水位埋深雖很淺(1 m～2 m)，但滲透性差，對工程建設產生的不利影響較小。

孔隙微承壓水主要為粉土及粉砂，屬富水性中等的有壓含水層，在擬建沿線多處分布，當地下工程施工時，將會在坑底產生管涌、冒砂等現象，因此，工程施工時，應采取降水、止水措施。

擬建軌道交通沿線多處地段分布有第Ⅰ承壓含水層組，該含水層含水量較豐富，承壓水頭較高，且有逐年上升的趨勢，局部該含水層埋藏較淺地段，將會對擬建的“十字”形換乘車站(基坑深度20.0 m)基坑施工產生影響，會在基坑坑底產生管涌、冒砂等現象，工程施工時，宜采用降水、止水措施，以利基坑施工順利進行。

3 工程勘察主要特點與解決方案

3.1 主要工程地質問題

擬建無錫軌道交通工程建設時及建成后可能遭受的地質問題主要是地下水、地面沉降、特殊類巖土(軟土、砂土)、巖溶塌陷等。

1)工程地質條件差，地下水位高并存在承壓水。沿線地質構造和地層特性表現為上部覆土以軟粘土、粉性土及砂性土為主，且地下水位較高，深部的粉砂層中存在承壓水層。根據本工程地質條件，地下車站深基坑工程應選擇剛度大、止水效果好的圍護結構以及具有較強剛度的支撐系統。合理選擇圍護結構入土深度，以及結合各站點具體水文地質情況采取適宜的基坑降水、加固措施，確保基坑的穩定，防止出現流砂、突涌等現象。

2)地面沉降。根據有關資料分析，評估區內目前地面沉降災害有一定的發育，局部地面沉降災害嚴重。其中災害不發生區及輕度發生區主要分布于北段及南段，現狀評估危險性小；中段城區位置屬地面沉降中度～重度發生區，局部地段累計地面沉降大于1 000 mm，現狀評估危險性中等～大。

3)特殊類巖土(軟土、砂土)。a.軟土。根據調查及工程勘察資料，評估區內的軟土層主要為第②工程地質層及其他暗溝、暗塘相的淤泥，由于它們基本呈流塑狀態，具有強度低、壓縮性高的特點。工程建設中如采用樁基建設，只要持力層選擇合理，其建成后一般不會遭受軟土災害的影響，但在地下開挖后如對軟土處理不當，仍有發生災害的可能。另外在地面工程(如采用地面線方案及地面配套工程等)，會使地面荷載增加，建(構)筑物下土層產生附加應力，打破地基土的應力平衡，致使軟土層產生壓縮變形，易產生地面緩慢不均勻沉降現象，對工程產生影響。b.砂土。根據工程勘察資料，評估區內局部地段存在砂性土，但該類災害在工程建設時易發生涌水流砂和基坑壁坍塌等問題，還可能引發附近地面嚴重形變，但該類災害只要處理得當，對建成后的工程影響較小，預測評估危險性小。

4)巖溶塌陷。目前尚未發現有巖溶地面塌陷災害發生，但在部分路段有隱伏碳酸鹽巖分布，而且巖溶發育，巖溶水與孔隙承壓水含水層聯通，具備巖溶地面塌陷地質背景條件，現狀中雖未發現巖溶塌陷，但隨著巖溶水的開采，水位繼續下降，具有產生巖溶地面塌陷的可能性。

3.2 工程勘察主要特點

無錫軌道交通工程勘察工作工點類型多、技術要求高，地質條件和現場條件復雜，且工作量大。

1)工點類型有地下、高架及過渡段、路基、橋涵、房屋等，地下段根據施工方法分明挖、蓋挖、盾構法等多種施工類型，除需要對地層進行準確分層外，還需要提供多種地基參數。除常規的物理力學參數外，需要地基的三軸試驗指標、高壓固結參數、基床系數、地溫及熱物理指標、電阻率、水文地質參數、地震動參數等。滿足軌道交通工程不同結構設計和工法需要。

2)本工程可能遇到的不良地質主要有：水文地質條件復雜、分布粉砂、粉土、軟土等特殊土、可能遇到古河道、暗河、暗浜及巖溶等不良地質現象。

無錫軌道交通工程沿線，根據場地含水層的特性，地下水分為潛水、微承壓水、第Ⅰ承壓水、第Ⅱ承壓水。由于該軌道交通項目大多地段為地下工程，地下水會在基坑坑底產生管涌、冒砂等現象。

3)現場條件復雜主要表現是：線路穿越市區、河流等地段勘察施工難度大。

擬建軌道交通工程穿越主城區，該地段高樓林立，建筑密布、交通繁忙，很多勘探孔位于交通主干道上，車輛、人員流量很大，且地下管線眾多，涉及城管、交通、環衛等眾多部門，勘察施工難度大，安全文明施工要求高。

工程沿線穿越數條大河，河流水位、流量以及補給、排泄條件與地下水的相互關系等，對工程設計、施工影響較大、勘察施工難度也較大。

3.3 工程勘察解決方案

1)解決線路穿越市區、河流等地段勘察施工難度大等問題。

水上鉆探按有關要求，辦理相關手續，采取可靠的安全措施，確保施工安全；勘探完畢，應嚴格按要求進行鉆孔封孔；應加強環保控制，水上鉆探的巖芯應用船等工具運至岸上并在遠離塘邊、岸邊的地方丟棄，避免降雨后將巖芯沖入魚塘或江河中而造成污染。

線路穿過主城區地段，勘察時及早進行聯系、辦理相關手續，同時加大安全文明施工控制力度，使勘察工作及時順利開展，勘察進度滿足有關要求。

2)水文地質條件復雜解決方案。勘察重點查明含水層的分布，同時按地貌單元和工點進行水文地質試驗，查明地下水的水文地質參數，提出設計降水、止水所需的技術參數，準確評價地下水對工程建設的影響。

勘察時，先布置勘探孔，查明含水層的分布，再布置足夠數量的水文地質試驗孔，查明地下水的特征。

3)軟土、粉砂、粉土等特殊土勘察。勘探點的布置應能詳細查明特殊土層的分布范圍，地層變化較大地段，應加密勘探點。應加強取樣及孔內原位測試工作，確保地層參數的可靠性。土樣、砂樣數量和質量應符合“規范”要求，軟土取樣應采用薄壁取土器，各鉆孔中飽和砂層及飽和粉土，均應按“規范”要求進行孔內標準貫入試驗。

對于古河道、暗河、暗浜，結合無錫地區水網形成特點，勘察時對明挖基坑周邊外側一定范圍內的古河道、暗河、暗浜進行調查，必要時輔以適當的勘探工作；對人工雜填土分布異常地段，在平面、剖面上進行整體分析，論證存在暗浜的可能性。除調查外，還應收集周邊工程資料，特別是周邊建筑物歷史上基坑管涌、邊坡失穩、地基下沉等方面的資料，并對相關資料進行借鑒分析，提出進一步勘察的方案和設計施工應注意的事項。

4)軌道交通工程不同結構設計和工法需要的勘察。地下車站工程的施工方法為明挖法和蓋挖法；地下區間，根據沿線的工程地質和水文地質、隧道埋深、周邊環境，其施工方法采用盾構法，局部采用明挖法，在附屬工程中采用礦山法施工。重點把握勘探孔布置的位置、取樣頻度及土工試驗和原位測試的項目等。保證巖土分層及厚度正確、工程地質縱橫斷面合理，設計所需的巖土參數、土石可挖性分級等滿足相關要求。

4 軌道交通工程對勘察工作的要求

軌道交通工程設計包括線路設計、結構設計、抗震設計、暖通設計、配電設計、施工工藝的選擇等，各項設計對勘察的要求不同，除需查明巖土層的一般物理力學性質外，還需考慮熱物理、電阻率、基床系數、無側限抗壓強度、砂類土的最大粒徑、級配等參數。

1)對高架線路及高架車站段，可根據線路跨度及荷載情況，重點查明各工程地質層的分布范圍、層面起伏情況及土層的物理力學性質。

2)地下段及地下車站，應根據地下區間施工方式，地下車站基坑的開挖深度查明各土層的物理力學性質及可挖性分級，圍巖分類，提供基坑設計所需的參數。明挖施工過程中，需查明是否具備放坡開挖的條件及邊坡坡度容許值；礦山法施工和盾構施工過程中，需及時進行導管注漿、管棚支護、旋噴加固等圍巖加固措施，因此需提供土層的滲透系數、孔隙比、顆粒級配與顆分曲線、密度、粘聚力、抗剪強度、圍巖分級與土石工程分級等指標。對于凍結法，還需提供土層的熱物理指標。

3)擬建線路的地下水會對地下工程的施工帶來影響，尤其是深基坑的開挖施工，勘察應重點查明微承壓水及第Ⅰ承壓水的富水性、水位變化；同時應進行水文地質試驗，提出設計降水、止水所需的水文技術參數，搜集近年來動態水位觀測資料。對沿線水、土的腐蝕性采集樣品進行分析評價。

地下水影響分析，包括基坑突涌與流砂產生的可能性分析、結構抗浮與防滲設計、建筑材料的抗腐蝕性要求、施工過程中地下水處理措施等，為此需按工點提供地下水類型及其埋深、含水巖組特征、滲透系數、影響半徑、彈性釋水系數、導水系數、給水度、地下水的邊界條件、水的腐蝕性結果、歷年最高水位、抗浮設防水位、防滲設防水位等。需進行降水施工時，要重點查明地下水的補給來源與排泄條件、與地表水體的水力聯系、含水巖組中細粒土層的分布，并總結附近工程降水經驗，分析降水效果及對環境的影響。

4)擬建軌道交通穿越市區的區間隧道及車站大多設在地下。該地段高樓林立，建筑密布，勘察時應對沿線的重要建筑的地基條件、基礎類型、上部結構和使用狀態進行調查了解，并預測軌道交通施工時可能引起的變化及預防措施。

為滿足軌道交通工程設計及施工對地質資料的需要，應采用多種勘察手段，對場地工程地質條件進行調查，巖土試樣的項目分析除滿足必需的物理力學常規指標外，還應根據具體建(構)筑物的性質，分析巖土試樣的特殊項目。

5 軌道交通工程勘察方法

根據GB 50307—2012城市軌道交通巖土工程勘察規范[1]的規定、結合軌道交通工程特點及擬建場地工程地質條件、設計要求和其他相關規范的規定[2-6]，無錫軌道交通工程勘察采用鉆探(含室內土工試驗)和原位測試相結合的綜合勘察方法。原位測試方法包括靜力觸探、標準貫入試驗、螺旋板載荷試驗、旁壓試驗、扁鏟側脹試驗、孔內波速試驗、地溫測試等，力圖準確客觀地反映場地土工程特征。

1)鉆探：野外施工采用108 mm巖芯管全取芯泥漿護壁鉆進；開孔直徑為130 mm，終孔直徑為110 mm；原狀土取樣方法：可、硬塑粘性土采用上提雙錐面活閥式取土器，采用重錘少擊法采取，軟土采用薄壁取土器靜壓法采取，并對全孔巖芯采用數碼照相保存。鉆探施工結束后，采用水泥砂漿進行全孔封孔回填。

2)靜力觸探：分層提供承載力、壓縮模量等參數。

3)標準貫入試驗：標準貫入每貫入30 cm為一測點記錄錘擊數，試驗滿足國家規范標準。

4)波速測試：采用單孔檢測法，測定地基土的剪切波和壓縮波速。

5)旁壓試驗：根據旁壓曲線可確定初始壓力、臨塑壓力，估算地基土的承載力、旁壓模量、水平基床系數及有關土力學指標。

6)扁鏟側脹試驗：獲得靜止側壓力系數、水平應力指數、側脹模量、水平基床系數等力學指標。

7)螺旋板載荷試驗：獲得地基土的變形模量、地基土的承載力等力學指標。

8)地溫測試：測量采取高精度PT100作為溫度傳感器，采取三線制熱電阻電橋接法，配合單片機控制數顯二次測溫儀表，精確測量鉆孔中的地溫。

9)注水試驗：通過現場試驗、計算，獲得試驗深度段土層的滲透系數。

10)土工試驗：室內試驗為取得各土層的物理指標，對采取的土樣進行了含水率、比重、稠度、密度試驗、顆粒分析；為取得土的力學指標，進行常規壓縮試驗、固結系數試驗、高壓固結試驗、靜止側壓力系數試驗、直剪試驗、三軸壓縮試驗及無側限抗壓強度試驗，針對軌道交通的要求，進行電阻率、熱物理等試驗。直剪試驗采用快剪和固結快剪兩種，三軸壓縮試驗采用不固結不排水剪和固結不排水，無側限抗壓強度試驗；固結試驗為自然狀態下，常規固結試驗最大荷載加至400 kPa，高壓固結試驗最大荷載加壓至3 200 kPa。

6 結語

1)軌道交通工點類型不同、施工工法不同，對勘察的要求也有差異，有其特殊要求，勘察方法應有針對性、滿足設計要求。

2)軌道交通工程勘察綜合性較強，需要采用綜合勘察方法，充分利用各種技術手段，相互驗證，并對所取得的成果進行綜合分析。

[1] GB 50307—2012，城市軌道交通巖土工程勘察規范[S].

[2] GB 50021—2001，巖土工程勘察規范(2009年版)[S].

[3] JGJ/T 87—2012，建筑工程地質勘探與取樣技術規程[S].

[4] TB 10012—2007，鐵路工程地質勘察規范[S].

[5] TB 10018—2003，鐵路工程地質原位測試規程[S].

[6] GB 50157—2013，地鐵設計規范[S].

The main engineering geological problems and survey method of city rail traffic

Gao Lijun

(DachangConstructionGroupLimitedCompany,Zhoushan316000,China)

This paper introduced the engineering geological conditions of Wuxi rail traffic, made discussion from layer engineering properties evaluation, hydrogeololgy geological condition and evaluation, the influence of groundwater to construction and other aspects, according to the engineering survey main features proposed solutions, pointed out that the rail transit engineering survey had stronger comprehensive, should take corresponding comprehensive investigation methods.

rail transportation, engineering geology, prospecting method

2015-04-09

高麗君(1980- )，女，工程師

1009-6825(2015)17-0041-03

TU195

A