蘭州市地鐵1號線穿黃段工程綜合勘察方法與評價

趙 成，胡向陽，嚴耿升

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

蘭州市城市軌道交通1號線西起西固區(qū)陳官營東至東崗，線路全長26.7 km，均為地下線路，共設車站20座，沿線主要地層為第四系砂卵礫石以及第三系紅砂巖。其中奧體中心-世紀大道區(qū)間、迎門灘-馬灘區(qū)間2次穿越黃河。穿越黃河段兩岸及河床下部主要地層為全新統(tǒng)(Q4)卵石層和下更新統(tǒng)(Q1)卵石層構成，透水性強。黃河水與地下水具有雙向補給、水流交替循環(huán)強烈、水位恢復迅速的特點。

1 工程概況

奧體中心-世紀大道區(qū)間位于崔家大灘-世紀大道，地面高程為1 518.60～1 534.50 m，全長2 120.009 m，均為雙線隧道組成，軌面設計高程為1 491.853～1 518.353 m，底板埋深16.56～42.00 m。兩線間距約20.70 m，下穿黃河段長度為317.00 m(見圖1)，擬采用盾構法施工。

圖1 奧體中心-世紀大道穿越黃河段示意圖

圖3 奧體中心-世紀大道區(qū)間分層抽水試驗圖

盾構檢修井兼聯(lián)絡通道(中間風井)中心長30 m、寬16 m、深42 m，為矩形豎井，擬采用明挖法施工。

2 綜合勘察

2.1 鉆 探

穿黃段區(qū)間卵石地層粒徑大，成份復雜，強度高，鉆進過程往往進尺較慢，塌孔現象嚴重，造成勘察進度慢，而且?guī)r芯采取率低，勘察效率低。在穿黃段勘察過程中采用了水電勘探技術中SM植物膠松散地層鉆探技術，大大提高了卵石地層鉆探的效率和取芯質量。圖2為采用植物膠技術鉆探的取芯照片。

2.2 原位測試

穿黃工程勘察過程中采用了預鉆式旁壓試驗，通過側向膨脹的旁壓儀器對鉆孔側壁施加橫向均勻應力，使孔壁土體發(fā)生徑向變形直至破壞，獲得地層的側向力學參數。表1為穿黃段地層旁壓試驗結果。

2.3 抽水試驗

穿黃段兩側風井明挖施工過程中存在基坑降水問題，為了保證降水工程設計與施工能夠采用準確的水文地質參數，在奧體中心-世紀大道區(qū)間黃河東側岸邊進行了一組分層抽水試驗。通過分層抽水試驗(見圖3)，分別得到了卵石地層水文地質參數，見表2、3。

圖2 采用植物膠鉆探取芯巖芯照圖

地層初始壓力P0/kPa臨塑壓力Pf/kPa旁壓模量Em/MPa旁壓剪切模量Gm/MPa基床系數/(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 穿黃段分層抽水試驗成果統(tǒng)計表

2.4 大型剪切試驗

穿黃段豎井基坑支護所需卵石抗剪強度非常重要，為了查清卵石的抗剪強度，在現場進行了卵石的大型剪切試驗。試驗采用平推直剪法，即剪切荷載平行于剪切面施加的方法：在每組的4個試樣上分別施加不同的豎直荷載，等變形穩(wěn)定開始施加水平荷載，水平荷載的施加按照預估最大剪切荷載的8%～10%分級均勻等量施加，當所加荷載引起的水平變形為前一級荷載引起變形的1.5倍以上時，減荷按4%～5%施加，直至試驗結束。在全部剪切過程中，垂直荷載應始終保持為常數。通過現場大型剪切試驗，得出了卵石地層的抗剪強度指標見表4。

2.5 基床系數

為了獲取穿黃段卵石地層的基床系數，進行了現場基床試驗測試。現場測試時采用K30方法，共進行4組，兩組為松散砂卵礫石，兩組為凍結砂卵礫石。由于試驗對象不同，松散卵石水平和垂直方向的k30值分別為106 MPa/m和112 MPa/m;凍結卵石水平和垂直方向的k30值分別為407 MPa/m和426 MPa/m，垂直方向大于水平方向。凍結砂卵礫石的k30值受凍結影響，其值明顯偏大。圖4及表5分別為穿黃段卵石地層基床系數試驗成果圖及統(tǒng)計表。

表3 水文地質參數計算結果統(tǒng)計表

表4 抗剪強度試驗匯總表

圖4 穿黃段卵石地層基床系數k30試驗圖

試驗編號試驗深度/m推力方向定名k30參數指標沉降基準值/mm對應荷載/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

為了全面揭示蘭州地鐵1號線穿黃段卵石地層特性，現場還進行了波速、電阻率、放射性、地溫等物探測試手段。波速測試采用國產WZG-24A工程地震儀，測試深度25.0 m，測點豎向間距為1.00 m測試,成果見表6。電阻率、放射性、地溫采用重慶地質儀器廠生產的JGS-1B智能測井儀,電阻率、放射性測試成果見表7、8。現場地溫測試成果表明，井溫在18.4～21.9 ℃，無井液平均溫度21.9 ℃，略低于大氣溫度，井液中平均溫度19.4 ℃，基本為井液溫度，孔中未見變溫層，相對恒溫層的溫度為19.4 ℃左右(見圖5)。

3 結 語

蘭州地鐵1號線穿黃段工程無論是項目規(guī)模還是施工難度在蘭州均為首次。為保證設計、施工的順利進行和開展，針對奧體中心-世紀大道區(qū)間穿黃段工程采用綜合勘察手段及方法。

表6 穿黃段卵石地層波速測試成果表

表7 穿黃段卵石地層電阻率測試成果表

表8 穿黃段放射性測試成果表

(1) 通過采用植物膠技術，提高了鉆探巖芯采取率，卵石地層采取率達到了95%以上。保證卵石地層的劃分及描述的精度。

(2) 通過旁壓原位測試，獲得卵石地層的旁壓模量、地基承載力等原位參數。

(3) 在穿黃段岸邊分別對Q4卵石以及Q1卵石進行了分層抽水試驗，得到2層卵石地層的水文地質參數，為降水設計以及施工提供了有力的證據。

(4) 通過大型原位剪切試驗、基床試驗，得到了卵石的抗剪強度、基床系數等寶貴的力學參數，其中卵石黏聚力給出了切合實際的建議值，為穿黃段基坑支護設計提供了精確參數，節(jié)省了施工成本。

(5) 結合波速、電阻率、放射性、地溫等工程物探方法，獲取卵石地層綜合物理性質參數。

圖5 穿黃段地溫測試成果圖

(6) 本次蘭州地鐵1號線穿黃段勘察不僅采用了植物膠進行鉆探的新技術，而且進行了分層抽水試驗，大型原位剪切試驗等綜合勘察方法，取得了充實的勘察成果，也為穿黃段設計與施工提供了精確的參數及工程措施建議。勘察成果可靠、寶貴，具有較高的參考價值和工程實際意義。