綜合勘察結合專題研究在滬寧城際鐵路工程地質勘察中的應用

田光盛

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

1 概述

滬寧城際鐵路南京至鎮江段線路全長94.06 km，主要通過寧鎮剝蝕丘陵區、長江高階地區、長江及其支流一級階地。全段橋梁67座/40.573 km，特殊孔跨14處，最大跨度108 m，最大墩高20 m，基礎最大埋深12.57 m；隧道5座/3.4 km，穿越地層主要為侏羅系長石砂巖夾泥頁巖、三疊系砂頁巖及灰巖、二疊系灰巖、泥盆系石英砂巖、志留系砂巖、頁巖等，隧道埋深介于15～150 m之間，最長隧道為正盤山隧道，長約1.484 km；路基88個工點/53.483 km，路塹長16.89 km，路堤長36.593 km，軟土及松軟土路堤32處/14.814 km；各類過渡段247處；本段共設車站6座，分別為南京站、仙林站、寶華站、鎮江站、丹徒站及丹陽站。南京至鎮江段是滬寧城際鐵路工程地質條件最復雜、工程類型最齊全、各類過渡段頻繁、修建難度大、控制工程最多的地段，針對本段工程地質勘察特點和難點，結合高鐵各類工程技術標準和要求，采用綜合勘察與專題研究相結合的方法，評價了各線路方案的工程地質條件和工程設置方案，查明了沿線不良地質和特殊巖土的工程地質特征，獲取了各類工程設計所需的巖、土、水地質參數，保證了工程建設的順利推進和按期建成，建設和運營期間未發生因地質原因引起的重大變更設計和工程問題，工程地質勘察方法可供類似工程勘察參考。

2 滬寧城際寧鎮段工程地質勘察技術特點

2.1 技術標準高，工程類型復雜，工程地質勘察精度要求高

滬寧城際鐵路設計時速300 km，南京至鎮江段除南京站采用有砟軌道外，其他地段均鋪設CRTSI型板式無砟軌道。無砟軌道高速鐵路的路基、橋梁、隧道工程對工程勘察精度提高了嚴格的要求，包括地基條件勘察、各類過渡段勘察、建筑材料勘察、地質環境勘察等，如：①路基一般地段工后沉降控制標準不大于15 mm，路基與橋梁、隧道與橫向構筑物交界處的差異沉降不大于5 mm，這就對地層的空間分布、分層力學參數提出了更高的精度要求；②本段各類過渡段的“三維”勘察評價直接關系到工程方案和工程質量；③本段優質建筑材料缺乏，建筑材料勘察評價也是本段工程勘察的難點之一。

2.2 工程地質條件復雜，不良地質及特殊巖土發育，工程地質評價難度大

南京至鎮江段工程地質條件復雜，不良地質及特殊地質發育、分布范圍廣，主要包括：①順層剝落、滑坡；②危巖落石、崩塌及人工采石場高邊坡；③花崗侵入巖殘積土、球狀風化；④地震區；⑤巖溶發育區；⑥軟土和松軟土地基；⑦下蜀黏土(弱至中膨脹土)；⑧人工堆棄土、垃圾場、尾礦等。既要通過超前工程地質工作，查明各類不良地質和特殊巖土的范圍、性質，為線路選擇、建筑物場地選址提供依據；又要在線路走向、建筑物位置、類型、式樣布置確定后，通過詳細工程地質勘察，為各類建筑設計提供準確的地質參數，還要為特殊巖土處理、不良地質整治、環境保護、水土保持和施工方案確定等提供依據。只有通過綜合勘察與專題研究相結合，合理安排工序，才能正確評價各類不良地質與特殊巖土對工程的影響，提出針對性的工程措施意見。

3 工程地質勘察方法

根據高速鐵路技術標準和本段工程地質特征，工程地質勘察中采用了綜合勘探測試與專題研究論證相結合的勘察方法。專題研究包括軟土、中等壓縮性土等土質地基工程地質勘察精度和物理力學參數選取方法研究；沿線挖方土質特征和改良后工程特性試驗研究成等；專項評估包括地質災害危險性評估、壓占礦產資源評估、地震安全性評價等。綜合勘察測試中采用了工程地質調繪，物理勘探，原位測試，機動鉆探及巖土、水試驗等相結合的方法，查明了各線路方案工程地質特征，以及各類工程的工程地質條件，結合地方巖土經驗和專題研究結論，為線路方案選擇，工程類型比選，各類建筑物設計，特殊巖土處理，不良地質整治，環境保護和水土保持方案的制定及合理確定施工方法等提供了可靠的地質依據和巖、土、水等地質參數。

4 綜合勘察技術與專項研究及應用

4.1 工程地質選線

在廣泛收集并充分研究區域地質資料、通道內相關工程勘察資料和工程建設經驗的基礎上，采用大面積地質調查和代表性勘探測試相結合的方法，查明了各線路方案的工程地質條件，根據地質特征提出了線路方案選擇和工程設置的意見和建議，從源頭上降低了工程風險。如：①龍潭設站方案與寶華設站方案(DK20+500～DK60+600)，選擇了軟土厚度較薄的寶華設站方案；②正盤山隧道穿越方案(DK27+800～DK34+300)，選擇線路北移200 m，繞避了小角度與線路相交的F3斷層方案；③何家山隧道出口順層地段線路方案(DK15+500～DK19+300)，通過優化平縱斷面，減少了順層對工程和影響，降低了工程風險；④通和壓覆礦產資料和尾礦影響評估，選擇了繞避甘家巷鉛鋅礦線路方案等。

4.2 綜合勘探測試技術

對軟土地基采用原位測試與鉆探取樣試驗相結合的綜合勘察方法，充分發揮原位測試技術的優勢，獲取了地基土準原始狀態下的力學參數。根據不同的軟土成因類型，布置以靜力觸探為主、其他原位測試手段為輔的原位測試方法，并采用一定數量的鉆探取樣、土工試驗進行對比分析，綜合地區巖土經驗，修正了規范公式，查明了地層分層及結構情況，獲取了地基土的各項設計指標。

對高階地河流相中等壓縮性黏土，采用以機動鉆探為主，試坑取樣、靜力觸探為輔的綜合勘察方法，同時選擇代表性工點進行平板載荷試驗和旁壓試驗，掌握了中等壓縮性黏土地基的基本特性，尤其是結構特性和變形特性，為該類土地基處理設計提供了翔實可靠的地質依據。同時，分段測試該類土的脹縮特性和水穩定性，為基床結構、填料和邊坡設計提供了參數。

對巖溶路堤采取鉆探和綜合物探的勘察方法，對巖溶路堤，在物探查明巖溶異常帶的基礎上，布置鉆探進一步查明巖溶發育程度；對不穩定區和欠穩定區，進一步采用“探灌結合”方案，詳細查明巖溶發育狀況。對巖溶路塹，在施工開挖后結合物探成果，采用“探灌結合”的方法進行詳細勘察。

對可溶巖隧道及橋梁工程，開展了綜合物探工作，主要包括利用地震折射波法測定巖體的縱波速度，指導劃分隧道圍巖級別；利用地震反射波法劃分地層界線，查找地質構造、巖溶地基的發育狀態；利用電測深法劃分地層界線，探查隱伏構造；利用電測剖面法查找溶洞，確定斷層、巖性界線的位置及傾向；利用高密度電法查找巖溶地基溶洞和地質界線的產狀等。通過多種物探成果進行對比分析，準確劃分了各類地質界線和圍巖級別。

對路基填料取土場，按建筑材料場地的要求，采用地質調查測繪，結合勘探、取樣試驗，評價了各取土場的填料性質、質量和儲量、開采方案等。

加強了各類過渡段工程地質勘察。對各類過渡段進行橫、縱斷面勘察，詳細掌握了地基土空間分布特征，為實現不同建筑物平順過渡，確保高速鐵路安全舒適運營奠定了基礎。

4.3 專題研究

(1)軟土地基綜合勘察及物理力學參數選取方法研究

采用應力鏟、扁板側脹、螺旋板載荷、孔壓觸探等新型原位測試技術，獲取了軟土地基在原始應力狀態條件下的變形、強度及滲透固結等指標，查明了不同成因軟土的基本特性，特別是軟土的結構性。軟土地基勘察宜采用以靜力觸探為主的原位測試與鉆探相結合的勘探方法。在土工參數統計分析的基礎上，結合地質背景、原位測試、地區經驗綜合分析，經數理統計后提出合理的軟土地基設計參數，首次提出了考慮土的結構性和實際荷載水平進行沉降分析的建議。

(2)中等壓縮性黏土地基基本特性研究

通過綜合勘探測試和對比分析，查明了中等壓縮性黏土基本特性。該類土具有低含水量、低孔隙比、高液限、高強度、中等—中等偏低壓縮性、低滲透性、介于飽和與非飽和之間、具有強結構性等特點。中等壓縮性土在荷載水平較低時，變形量很小，以彈性變形為主，約占總變形的60%～70%。基于較強的結構特性特點，充分利用和保護其結構強度對工程十分有利，地基處理方案選擇時，不宜采用破壞結構強度的工法；在施工期間出現的各種偶然荷載組合均不宜超過其結構應力。總沉降計算時，應考慮使用荷載水平與結構應力之間的關系，建議采用e-logp法或“彈性理論法”。考慮到一般情況下荷載應力水平均小于其結構應力，為回彈指數區段，即彈性變形段，工后沉降計算可采用基于工程經驗的“沉降完成比例”方法。

(3)下蜀黏土及其改良土試驗研究

沿線分布較廣的下蜀黏土屬高塑限黏土，具有弱—中等膨脹性，為C組細粒填料。素土不能滿足高速鐵路對路基填料的要求。對該類土作為基床底層填料時需采取的改良措施進行了研究，通過不同改良劑和摻入比改良下蜀黏土室內試驗和現場填筑試驗，提出了改良劑宜選用石灰、摻入比采用5%的結論，研究成果對設計、施工起到了良好的指導作用。

(4)石英二長巖風化物及其改良土試驗研究

通過對石英二長巖風化物室內改良試驗和現場填筑試驗，提出了該類土的填料適用性和改良方法。試驗表明：石英二長巖全風化物礦物成份中蒙脫石含量超過7%，水對CBR值有較大影響，不宜直接用作高速鐵路路基基床底層填料；摻入粗集料改良后，顆粒級配得到明顯改善，CBR強度值得到顯著提高，可用作高速鐵路路基基床底層填料。

(5)碎石土填筑試驗研究

通過現場填筑試驗研究，驗證了碎石土填料設計方案的可行性，提出了填筑工藝、過程質量控制方法、壓實質量檢驗方法，指導了滬寧城際鐵路設計和施工。

4.4 專項評估

勘察過程中，開展了地質災害危險性評估、壓占礦產資源評估、地震安全性評價等，為最佳線位選擇及工程抗震設計提供了科學依據。

4.5 地質核查

強化了施工階段工程地質勘察工作，作為一個獨立的階段，納入工程地質勘察程序，包括技術交底、驗基、驗槽、驗樁及施工勘察等，以及必要的補充勘探測試工作，確保地質資料的真實可靠，全方位徹底規避了地質風險，為工程安全順利建成提供了保障。

4.6 從工程地質角度提出線路運營后應注意的問題

基于鐵路周邊工程活動(如臨近鐵路抽取地下水、深基坑開挖、堆載等)都可能引起鐵路下部地質體性狀的變化，進而影響鐵路路基、橋涵、隧道等工程的穩定和行車安全。在工程地質勘察總報告和分工點勘察報告中，提出了運營期間應注意防范鐵路附近人類工程活動影響鐵路工程穩定安全等問題，對保障本線運營長期安全具有重要意義。

5 結束語

經施工驗證，滬寧城際南京至鎮江段工程地質勘察資料與現場實際情況吻合，沒有出現因地質資料不符而引起的變更設計和地質災害。通過對滬寧城際南京至鎮江段工程地質勘察的總結，有以下幾點體會:

①樹立高速鐵路高標準的工程地質勘察理念，制定切實可行的綜合勘察技術要求和工作大綱，是保證高速鐵路高質量和高可靠性的工程地質勘察的前提。

②要以工程風險(含施工及運營)和工程建設實施難度為主線，加強工程地質選線，合理選擇線路方案及工程類型，從源頭上降低工程風險。

③依托科學試驗、專題研究或專項評估，解決工程建造面臨的重大地質問題，指導各類工程的勘察設計。

④加強施工勘察和地質核查等施工地質工作，可全面系統地規避地質風險，及時消除運營期間可能出現的問題，宜作為獨立的一個勘察階段進行安排和管理。

⑤依據沿線工程地質特征、地質環境的承受能力

和敏感性，提出運營后應對周邊工程活動重點關注的段落，對保證長期安全運營具有十分重要的意義。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵路工程地質勘察規范[S].北京：中國鐵道出版社，2007

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵路工程不良地質勘察規程[S].北京：中國鐵道出版社，2001

[3] 中華人民共和國鐵道部.鐵路工程特殊巖土勘察規程[S].北京：中國鐵道出版社，2001

[4] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司，江蘇省地質調查研究院.新建鐵路上海至南京城際軌道交通(江蘇段)地質災害危險性評估報告[R].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，江蘇省地質調查研究院，2008

[5] 江蘇省地震工程研究院.上海至南京城際軌道交通工程場地地震安全性評價報告[R].南京：江蘇省地震工程研究院，2008

[6] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.滬寧城際軌道交通工程地質勘察大綱[R].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2006

[7] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.新建南京至上海城際軌道交通初步設計(地質)[R].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2007

[8] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.新建南京至上海城際軌道交通施工圖總說明(路基)[R].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2010.

[9] 鐵道第四勘察設計院.軟土地基綜合勘察及物理力學參數選取方法研究[R].武漢：鐵道第四勘察設計院，2005

[10] 彭志鵬.CFG樁處理中等壓縮性土地基試驗研究[J].鐵道建筑，2009(4)