武漢長江隧道巖土工程勘察難點及措施

萬凱軍，李大毛，趙建海

(中冶集團武漢勘察研究院有限公司，湖北武漢 430080)

1 工程概況

武漢長江隧道是中國長江第一條過江交通隧道工程，是業內公認的“萬里長江第一隧”。該隧道是武漢市中心城區重要過江通道，是經國家發展計劃委員會批準立項的大型重點工程。

該隧道位于武漢長江大橋、武漢二橋之間，包含30 m長的地面道路、3 600 m長的隧道以及漢口和武昌共6條匝道，隧道江北起點為漢口大智路與銘新街的交叉口，相繼穿越中山大道、江灘公園、長江、和平大道、友誼大道，最后到達江南終點武昌沙湖。隧道主體工程施工采用盾構法、明挖法和局部暗挖法。隧道的地理位置見圖1。

武漢長江隧道穿越段工程地質條件及水文地質條件復雜，下穿通過寬約1 400 m長江河床及長江一級階地，主要為滲透性強的砂層，局部含有卵礫石，隧道承受很高的水壓力，設計擬采用10 m以上大直徑復合式泥水平衡盾構法施工，另外江南、江北豎井超深基坑開挖與支護施工難度極大，要求準確查明工程水文地質條件與工程地質條件，以便為盾構施工及深基坑開挖支護及降水提供可靠依據。在勘察過程中遇到了一些常規勘察手段難以解決的問題，通過采用一些新的勘察技術手段及有效的施工保證措施后，圓滿地完成了勘察工作，為設計與施工提供了可靠的巖土工程設計參數。

本文著重介紹武漢長江隧道勘察工作難點及相應解決措施。

2 勘察工作難點及其措施

2．1 水上勘探與測試定位問題

武漢長江隧道越江段寬度達1 400 m，由于長江水位變化頻繁，水流湍急，航運交通繁忙，在長江河道進行勘探與測試工作難度之一就是定位問題。必須有效解決定位難的問題，為此采取了如下有效措施:

(1)積極主動與航道、防汛主管部門溝通和交流，按有關要求制定了相應的周密計劃和可靠的水上鉆探方案，并辦理了相關的手續，鉆探作業船上設置了完備的水上作業信號、通信和救生等設備。在有關部門的全力配合下，確保了本次勘察期間航運暢通和江上鉆探作業安全。

(2)通過深入研究勘探地段水流方向、流速及航道要求，首先專門設計和拼裝了江上鉆探作業平臺，采取結構加固措施以保證作業平臺整體性及穩定性;其次制定了詳細的拋錨定位方案，采取三角定位錨進行定位，從而保證了鉆探作業平臺快速、準確定位，且作業平臺穩定，不隨水流沖擊而發生移動。

(3)因江面寬闊且水流湍急，江上淺層地震勘探船航跡易出現偏差，接收器觸發點難以按坐標準確控制，為了解決這一難題，本工程首次采用了淺層地震勘探線定位及動態跟蹤糾偏技術，其基本原理是:采用動態GPS實時定位，糾正航行軌跡，通過專用程序將GPS定位坐標與淺層地震觸發按一定時距同時采集，再經過計算機處理修正航跡誤差。

圖1 隧道的地理位置Fig.1 Geographical position of tunnel

2．2 勘探孔保護與孔深測量問題

(1)由于江水最大深度達24 m，流速急且不穩定，必須采取套管以保護勘探孔，為此采用高強度三重套管，并采取有效的套管防脫落措施，以保證勘探孔內勘探測試工作順利進行。

(2)江上鉆探時，由于江水水位變化頻繁，導致計算鉆探深度的基準面標高相應變化，從而難以準確測定勘探深度，為此，采用紅外儀、動態GPS等測量手段組建了江上鉆探監控網，以實時跟蹤監測鉆探基準面的標高變化，從而有效解決了江上鉆探深度難以量測的難題。

2．3 巖芯采取率問題

隧道地層主要為砂土，其中盾構機挖掘主要以粉細砂、中粗砂和卵石層為主，勘察必須查清砂、卵石層性質，常規的鉆探手段難以保證砂、卵石層的鉆探巖芯采取率［1］。為此專門研發了一種旋切式鉆探裝置。該裝置具有旋轉鉆進、巖芯管保護和端部自動閉合等功能。通過該方法裝置的應用，使得砂、卵石層巖芯采取率達85%以上，為準確測定其有關物理力學性質指標提供了有效的取樣測試手段。

2．4 特殊巖土參數測試問題

2．4．1 熱物理性指標

長江隧道圍巖熱物理指標是進行通風設計與計算的主要依據，對保證隧道使用功能和運營管理具有重要影響，而本地區沒有可供參考的經驗。為此，通過對本隧道沿線圍巖的密度、濕度和成份的分析，經過反復比對試驗，最終選用線熱法對本隧道圍巖的導熱系數、導溫系數和比熱容等熱物理性指標進行實測［2］，為隧道通風設計提供可靠依據，同時為本地區類似工程積累了經驗。

2．4．2 石英含量及卵石硬度測試

鑒于盾構機掘進開挖砂、卵石層中石英含量和卵石堅固性是決定盾構機刀盤磨耗程度和速率的主要因素，為此勘察中制定了砂土層石英含量的測試方案，并且對卵石進行點荷載試驗，以其強度指標評價卵石的堅固程度［3］。另外針對隧道底部切入基巖，對基巖段進行堅硬程度測試。通過上述測試參數的獲得，為盾構機選型和刀盤設計提供可靠依據。

2．5 勘探孔回填問題

隧道位于長江防洪防汛范圍內，且長江隧道作為地下工程，勘探孔的封孔回填質量對工程施工過程中和長江防洪期間防止產生管涌和突涌等災害至關重要。為此，專門制定了詳細的勘探孔回填技術措施，報請防汛指揮部審查批準后嚴格實施，對粘性土層用粘土泥球分層擊實，對砂層用砂土分層搗實，詳細進行封孔記錄，并實地標記，按有關要求嚴格驗收，從而保證了未因鉆孔回填質量問題對后期工程建設和長江防洪產生任何危害。

2．6 地下水流速、流向測試問題

長江隧道主要穿越地層砂、卵石層，因地下水的流速、流向對隧道方案選擇影響較大，特別是在考慮采取地下水治理方案和凍結法施工時，地下水的流速對其影響大，但常規方法難以準確測定，尤其是越江段測定地下水流速和流向測定更難［4］。為了準確測定地下水的流向和流速，采用一種單孔同位素示蹤法新技術，準確測定了隧道沿線地下水的流向及滲流速度。

2．7 長江河床新近沉積層變化規律問題

隧道通過段河道演變、河床最大沖刷深度及隧道頂部覆蓋層厚度變化對隧道的設計有較大影響，為了研究長江河床新近沉積層變化規律，通過對鉆探、測試及試驗等資料的歸納整理和分析比較，對長江河床新近沉積的粉細砂和中粗砂地層劃分進行了深入研究，提出了新近沉積地層的鑒別方法，闡明了其巖性性質和工程特征，為設計提供了可靠依據。

3 結語

本文著重介紹“萬里長江第一隧”武漢長江隧道勘察工作難點及其解決措施，主要包括長江上勘探與測試定位、低巖芯采取率、熱物理性等特殊巖土參數測試、江上勘探孔回填、地下水流速與流向的測試、長江河床新近沉積層的研究等問題的解決方法與措施，為類似工程的巖土工程勘察提供了很好的借鑒意義。

［1］ JGJ/T87—2012，建筑工程地質勘探與取樣技術規程［S］．

［2］ GB/T50123—1999，土工試驗方法標準［S］．

［3］ GB50021—2001，巖土工程勘察規范［S］．

［4］ 工程地質手冊［M］．第四版．北京:中國建筑工業出版社，2009．