原位測試方法在地鐵地裂縫勘察中的運用分析

■宋欣

（廣東省核力工程勘察院廣東廣州510800）

原位測試方法在地鐵地裂縫勘察中的運用分析

■宋欣

（廣東省核力工程勘察院廣東廣州510800）

地鐵施工過程中如果出現地裂縫可能導致項目停工甚至廢棄，因此在地鐵項目施工之前需要進行詳細的勘察，本文通過西安的地鐵實施項目的例子介紹其分布及地裂縫的特點，從而選用旁壓試驗、波速測試、靜力觸探三種原位測試方法對西安地裂縫勘察進行分析，這種測試方法對地鐵地裂縫的施工來說具有重要的參考價值。

西安地裂縫 原位測試方法 地鐵 地基承載力

0　引言

地裂縫是地面裂縫的簡稱，是人工或自然環境下的巖石和土壤，表面形成一定長度和寬度的裂縫，是由于宏觀破壞的圖像。地裂縫也常常影響居民生活和城市經濟建設。一般情況下，建筑物的建造針對地裂縫都采取避讓的方式，查清地裂縫的具體位置及最佳的避讓距離是地裂縫勘察的重點。但是，地鐵的施工建造過程中卻難以避免，特別是在地裂縫活躍地帶，必須穿過地裂縫，同時還要確保投入使用后不發生有關運營方面的安全事故，這時針對勘察地裂縫是地鐵實施過程中的核心問題，所以，本文選用西安地鐵地裂縫勘察為例，采用原位測試方法測試上下盤地層巖土物理性能的測試，調查地表裂紋，這不僅是為地鐵線路的規劃設計提供依據，還為了施工提供必要的地層結構及相應的物理力學提供參考，提高施工安全度的同時也豐富了對西安地裂縫的研究，為施工提供了重要的參考價值，對項目研究工程具有實在的意義。

1　地裂縫的分布及其特征

針對我國地裂縫的分布情況，主要以西安地裂縫為例，闡述西安地裂縫的分布及其所具有的特征，為下文原位測試方法的勘察提供研究對象。

1.1西安地裂縫的分布

西安坐落于中國北方，因為地理環境的影響出現了特有的地裂縫自然災害現象，這里的地裂縫分成兩種情況，一種是在地表面就可以看見的地裂縫，另外一種是隱藏在地里面的地裂縫，這種是隱藏的比較深，也是地鐵施工中比較棘手的問題。西安地裂縫群分布范圍大致為：西至皂河，東至紡織城，南始三爻村，北終井上村，總面積大概為155平方千米。根據多種勘察方式，據查詢有關的資料，確認目前已發現14條，單條露出地表的地裂縫長度大約為2km-14.5km，可見，地裂縫已才構成嚴重影響城市的經濟建設，成為主要的地質災害。

1.2西安地裂縫的主要特征

由上述的西安地裂縫的分布我們可知，西安地裂縫出露總長度72千米，延伸長度大致為103千米，地裂縫對地區的影響還是比較大，只有在了解地裂縫主要特征的基礎上，才能更好解決所存在的問題，以下歸納了西安地裂縫基本的特征：

（1）主、次生和支化地裂縫是西安地裂縫的主要組成部分；

（2）地裂縫大致呈NE—NEE走向,傾向SE—SSE,傾角約80°,傾向南，雖然與臨潼—長安斷裂近似平行，但是傾向剛好與之相反，在平面形態上，出現不等間距平行排列；

（3）地裂縫呈帶狀發育，延伸具有很好的連續性,總體上每條地裂縫的延伸長度都可以達到數公里以上，甚至還有的達到十幾公里。

（4）地裂縫的出現需要特殊的地理位置，比如說“梁崗”地貌的南側陡坡上(梁間洼地的北側邊緣)；

（5）地裂縫不是瞬間發生的，而且在潛移默化中慢慢侵蝕附近的土地，主要表現為主地裂縫的北側上升，南側相對下降,其中f6′和f9′次生地裂縫表現的方向剛好與主地裂縫相反；

（6）如果頻繁抽取深層承壓水會導致地裂縫活動速率加快；

（7）地裂縫的垂直位移方向上呈現的特征是單向累積，斷距越大，深度越大。

2　采用原位測試方法勘察及方案的確定

2.1針對西安地鐵穿越地裂縫的現狀

根據查詢資料可知：依據初勘階段的勘查報告，西安地鐵2號線全程共穿越12條地裂縫，其中包含2條次級裂縫。

2.2確定原位測試方法

土木工程學上的一個重要指標就是原位測試法，指的是當研究巖層時，在保持原來狀態不變時，測定巖土的工程力學性質指標。關于原位測試方法主要有以下幾種測試方法：

（1）旁壓試驗，該試驗主要采用在已經鉆好的鉆孔中進行，然后通過相關的儀器裝置，將氣壓直接加到測量變形系統的測量管液面促使其產生水壓并上傳至旁壓器，使彈簧膜受壓膨脹從而使孔壁土地形狀改變。這個試驗主要使用江蘇省天目儀器廠PM-1B型預鉆式旁壓儀,其中測頭直徑為90 mm，為現代土木技術先進的儀器。

（2）波速測試，利用脈沖震源激發彈性波,在巖體中傳播時,使速度、振幅、頻譜等將聲學參數受到地裂縫的巖性、結構、風化程度等影響而呈現的數據，通過多次測量，現場記錄、處理、分析，從而得到結果。

（3）靜錐滲透試驗，是指機械設備對一定規格的錐狀探頭均勻地壓入土壤中，然后探頭的電阻大小由儀器測定，然后進行數據采集。該試驗主要使用到的儀器有：ZJYY-20A型靜力觸探車、浙江寧波勘測機械廠生產的ZQS-15-3型的探頭和靜探數據采集儀。

2.3原位測試方法位置的選擇和相關儀器的布置

（1）試驗點的確定。依據地面的形態和最近地裂縫活動速率的大小原則進行選點，盡量選擇了近期活動較為活躍的f6地裂縫作為試驗場地。

（2）測試點的前期準備。依據我們上面所選好的位置，將每條布置一條靜

力觸探剖面,而且剖面方向盡量要垂直于地裂縫走向,在裂縫帶上布置每條剖面的中心孔，還有在兩側各布置4個孔，準備好三種試驗方法的試驗儀器確保儀器測量的準確性。

3　原位測試方法結果分析

3.1旁壓試驗結果分析

根據旁壓試驗的試驗原理，由詳細的數據得出一定的關系：

Fak=37.3 N6.35+88

其中式中所表示含義：fak表示地基承載力特征值 (kPa),N6.35表示重型動力觸探擊數(次),統計范圍3≤N6.35≤17，通過統計64組數據，得出上式相關系數r=0.82

上式表明,地基承載力隨著錘擊數越高而越大。在一定的范圍內,兩者是呈現正比關系。

單獨采用旁壓試驗可能很難證明數據的準確性，我們又設立一個參照組，采用載荷試驗在相同地點和同樣深度作比較，記錄并統計相關的數據，得出兩者所求出的數據基本一致，差別很小，再一次證明旁壓試驗的正確性，甚至成本比載荷試驗還低，過程操作簡單，適合地鐵中勘察地裂縫，為工程提供參考系數，方便確定路線。

3.2波速測試結果分析

波速測試主要測量的是速度、振幅、頻譜等反映巖層的結構。由現場采集的數據統計和將大量的原位動靜對比試驗，原位動態測試與室內靜態測試數據的統計分析,選用畫圖分析得出巖體的單軸抗壓強度與縱波波速的關系式為：

R=2.404V^1.945（R為單軸抗壓強度，V為縱波速度）

由上面的公式我們也可以知道：當用儀器測得縱波速度時，就可以知道該地帶的抗壓強度。同時，數據采用測量多組數據盡量減少誤差，在偏移距離相等的情況下，測出每一點波形，記錄數據道,形成高密成像剖面,這個剖面可以說明測線下方巖層分布、巖性以及巖石完整程度。

3.3靜力觸探的試驗結果

由上面所布置的各個孔觸探的統計結果可知：對于f6場地地裂縫北盤中的1號孔和2號孔中的④層古土壤錐尖阻力為2.314 MPa～4.909 MPa,側摩阻力為84.5 KPa～143.1 KPa，與之方向相反的南盤中的3號-6號孔錐尖阻力大約1.22 MPa～1.629 MPa,側摩阻力為23.5 KPa～59.3 KPa，計算出地基承載力。南北盤相比之下，差異還是比較明顯。

4　結束語

原位測試的三種方法分別從不同的方案中計算出地基承載力，也讓我們看到試驗組與對比組之間的區別。通過旁壓試驗、波速測試、靜力觸探三種方法的統計分析，得出地裂縫場地各層的物理學指標，地基承載力等內容。同時，通過試驗所獲得的參數，能夠為地鐵穿越地裂縫提供一個參考依據，成果數據更能反映介質的真實情況，更具有實際應用價值。

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P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-148-2