太原地鐵1號線太原南站站工程地質(zhì)條件簡析

李 毅

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西太原 030013)

0 引言

為落實國家優(yōu)先發(fā)展公共交通戰(zhàn)略和節(jié)能減排措施，緩解交通供需矛盾，促進城市可持續(xù)發(fā)展，指導城市軌道交通建設(shè)發(fā)展，太原市委將太原市的城市軌道交通建設(shè)分為四個階段進行，近期建設(shè)為2010年～2017年，即地鐵1，4號線的建設(shè)。其中，1號線為一條東西向跨越汾河，聯(lián)系了迎澤和武宿兩個市級中心以及太原站和太原南站兩個鐵路交通樞紐的骨干線路。

太原南站位于太原市東南的北營地區(qū)，建設(shè)內(nèi)容包含高鐵站房、站前廣場等，在站前東、西兩個廣場的地下空間中，將軌道交通、長途客運、公交、社會車輛及出租車停靠等功能有機融合在一起。太原地鐵1號線在太原南站設(shè)站并換乘，換乘站位于太原南站站前廣場下方，正對高鐵站房與其平行布置。太原南站站為地下兩層雙島四線，車站結(jié)構(gòu)形式為五柱六跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，車站主體外包尺寸長為248.90 m、標準段寬為53.25 m，主體結(jié)構(gòu)底板標高約781.0 m～781.5 m，設(shè)計基底壓力200 kPa，擬采用明挖法施工。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

太原境內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，分布集中的地區(qū)為太原斷陷盆地東西兩側(cè)，陽曲縣西凌井、北小店，呂梁斷拱及其與西山凹陷接壤地帶。太原斷陷盆地總體走向NE，在晉祠以北轉(zhuǎn)為NNE向，長約150 km。工程場區(qū)位于太原斷陷盆地中東部的太原輕微凹陷區(qū)，該凹陷西界為新城—親賢斷裂，東界為棋子山地壘西側(cè)斷裂、東山山前斷裂，南界為田莊斷裂，此4條斷裂在第四紀均有活動，凹陷內(nèi)基巖埋深為100 m～300 m，發(fā)生過地震各一次。太原市境內(nèi)出露地層有古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，中生界三迭系，新生界第三系及第四系。工程場區(qū)所在的太原斷陷盆地基底為前寒武系變質(zhì)巖，其上依次為下古生界寒武系、奧陶系碳酸鹽巖，上古生界石炭系、二疊系，中生界三迭系碎屑巖類及新生界第三系、第四系松散堆積物，場址區(qū)內(nèi)松散層厚度大于150 m。

2 巖土工程勘察

2.1 野外勘探

本工程野外勘探工作中，除采用了常規(guī)的勘探取樣、原位測試等勘察手段以外，根據(jù)設(shè)計要求及工程特點，還進行了以下測試工作:1)波速測試。波速測試在鉆孔內(nèi)進行，采用單孔檢層法，分別測試剪切波波速和壓縮波波速，根據(jù)測試結(jié)果計算土層的泊松比、動彈性模量、等效剪切波速等。2)地溫測試。地溫測試使用上海地學研究所生產(chǎn)的JW238型數(shù)字井溫儀，在鉆孔內(nèi)間隔2 m測試一次，至結(jié)構(gòu)底板下15 m。3)電阻率測試。電阻率測試在鉆孔內(nèi)進行，利用供電電源量測孔內(nèi)兩電極間的電位差，求得巖土層的視電阻率。

2.2 室內(nèi)試驗

本工程室內(nèi)試驗工作中，除進行了物理性質(zhì)試驗、力學性質(zhì)試驗、黃土濕陷性試驗等常規(guī)項目以外，還進行以下試驗工作:

1)基床系數(shù)。

采用三軸試驗方法確定基床系數(shù)，試驗采用應(yīng)力控制式，側(cè)向應(yīng)力增量與軸向應(yīng)力增量比控制為0.3，采用k0=0.67固結(jié)，在應(yīng)力控制路徑三軸儀上進行實驗。水平向和豎直向基床系數(shù)分別由水平向制備三軸樣和豎直向制備三軸樣測試確定。測取了地基土的水平基床系數(shù)KX和垂直基床系數(shù)KV。

2)熱物理參數(shù)。

為提供地下結(jié)構(gòu)熱傳導特性設(shè)計的基本參數(shù)，按照GB/T 10297-1998非金屬固體材料導熱系數(shù)的測定(熱線法)規(guī)范相關(guān)要求，測定了結(jié)構(gòu)底板15 m以上土的導溫系數(shù)、導熱系數(shù)、比熱容，其中導熱系數(shù)的測定采用熱線法測定、比熱容采用冷卻法進行測定。

3)土的動力性質(zhì)試驗。

試驗儀器采用北京市新技術(shù)研究所生產(chǎn)的DDS-70微機控制電磁式多功能靜動三軸試驗系統(tǒng)。試樣高為80.0 mm、直徑為39.1 mm，將制備好的試樣進行浸水飽和。試驗固結(jié)壓力按土層實際應(yīng)力狀態(tài)進行模擬，固結(jié)比取值為1，待固結(jié)完成后，在不排水的條件下施加動應(yīng)力進行動彈模試驗。本次試驗振動頻率為1 Hz，循環(huán)次數(shù)為10次，振動總次數(shù)控制在200次以內(nèi)。測取了土的動彈性模量與泊松比。

3 場地工程地質(zhì)特征

3.1 地形地貌

場區(qū)位于太原盆地東側(cè)邊緣，地貌單元屬東山山前沖洪積傾斜平原。受黑駝溝季節(jié)性河流影響，場地內(nèi)發(fā)育有一條近東西走向的小型沖溝，現(xiàn)已填平。場地地形自東向西傾斜，天然地面最大高差近6 m。

3.2 地基土巖性、分布及工程特性

表1 第②層濕陷性粉土工程特性指標

表2 第③層粉土工程特性指標

表3 第④層中粗砂工程特性指標

3.3 水文地質(zhì)條件

表4 第⑤層粉質(zhì)粘土工程特性指標

場區(qū)內(nèi)無常年地表水體，勘探深度范圍內(nèi)亦無地下水分布。

3.4 特殊性巖土

場區(qū)內(nèi)分布有第四系上更新統(tǒng)沖洪積成因的濕陷性黃土，其自重濕陷系數(shù) δzs介于 0.015～0.087之間、部分土樣小于0.015，濕陷系數(shù)一般介于0.015～0.065之間、局部表層土樣接近0.1。場地屬自重濕陷性黃土場地，車站主體結(jié)構(gòu)底板埋深約12 m，濕陷性土層基本挖除。

4 結(jié)語

我市地鐵發(fā)展在全國省會城市中居于下游，因此，在地鐵方面的巖土工程勘察工作也相對比較落后。本文僅淺析了1號線預留站的工程地質(zhì)條件，對地鐵工程整體系統(tǒng)的考量相對欠缺，但勘察獲取了在本地區(qū)缺乏經(jīng)驗的地基土熱物理參數(shù)、動力性質(zhì)參數(shù)等等試驗數(shù)據(jù)，希望能為本地區(qū)同類建設(shè)項目提供有價值的參考。

［1］GB 50307-1999，地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［2］山西省勘察設(shè)計研究院.太原地鐵1、4號線太原南站站巖土工程勘察報告［R］.2009.