深圳市丹平快速路一期工程勘察經驗探討

蔡學文

(深圳市勘察測繪院有限公司，廣東 深圳 518028)

1 引 言

隨著深圳經濟的飛速發展，現有的道路交通早已滿足不了快速增長的車輛通行要求，特別是關內和關外之間的現有道路已成為市民出行的瓶頸，經常造成早晚上下班高峰期間堵車。為了改善這種堵車狀況，深圳市交通運輸委員會制定了《深圳市干線道路網規劃》。

丹平快速路是《深圳市干線道路網規劃》中“七橫十三縱”的重要組成部分，也是《深圳市干線道路網規劃》提出近期建設“一橫八縱”快速干線道路之一，是聯系羅湖、布吉、橫崗和平湖物流園區的城市快速路。丹平快速路規劃線位起于愛國路高架橋，途經布心、沙灣、丹竹頭、白泥坑、鵝公嶺，終于規劃外環快速路，路線全長約18.77 km。

其中丹平快速路一期工程起點與愛國路沿河高架橋相接，沿沙灣公路前行至布心路口，采取下沉方式通過深圳水庫邊緣地段，后穿越九尾嶺、求水嶺、貓公壩等三處隧道，其間有橋梁相接;出沙灣關后多以高架方式跨越布沙路等，沿沙灣至丹竹頭公路前行并以立交方式跨越布橫公路、水官高速等至機荷高速公路，路線長約9.7 km。設計道路等級為城市快速路，主路雙向6 車道，輔路雙向4車道。行車速度主路80 km/h，輔路40 km/h。全線采用城市快速路標準，深惠公路以北主線兩側設置輔路，輔路長3.4 km。全線路面均采用瀝青路面結構，輔道兩側設置非機動車道及人行、公交系統。工程位置詳見工程地理位置分布示意圖(如圖1 所示)。

2 地質概況

線路由南至北跨越丘陵、臺地、剝蝕殘丘及其間凹地、沖溝、沖洪積階地等多種地貌單元。

圖1 工程地理位置分布示意圖

根據區域資料及地質調查，勘察區及其周邊出露的地層主要有第四系和三種不同成因類型的基巖:震旦系花崗片麻巖、加里東期混合花崗巖或侏羅系砂巖［3］。

Z:為震旦系變質巖，分布于愛國路立交、九尾嶺一帶，以花崗片麻巖為主，主要礦物成分為石英、長石、云母等，中細粒變晶結構，片麻狀構造等。

Mγ3:為加里東期侵入巖，分布于求水嶺一帶及貓公壩南側，以混合花崗巖為主，主要礦物成分為石英、長石等。

區內地質構造較發育，構造走向主要為北東向和北西向兩組，但無活動性斷裂帶穿越。

3 勘探工作的難點

線路工程地質勘察工作中，長大隧道的地質勘察工作尤為關鍵，也一直是工作中的重點與難點［1］。

(1)本次勘察包含道路、邊坡、橋梁、隧道、涵洞等多種類型［4～8］，其中橋隧比例占到90%以上，勘察難度大。

(2)九尾嶺隧道下沉段位于深圳水庫西側，為了查明了深圳水庫水對下沉段的影響及地下水對下沉段施工及其施工后的影響，本次勘察做了專項水文地質勘察［2，3］。

其中孔隙水壓力長期觀測在國內公路勘察中運用得極少。我公司在本次勘察中，通過兩年多孔隙水壓力長期連續觀測實驗，查明了深圳水庫水對下沉段的影響及地下水對下沉段施工及其施工后的影響［2］，這也成為本次勘察工作的一大亮點。

(3)擬建九尾嶺、求水嶺、貓公壩三個山嶺隧道于深圳大斷烈帶的影響區域，如何進行隧道圍巖分級成為本次隧道勘察的重點和難點。本次勘察采用了地質調查、鉆探、坑探、工程物探，多種原位測試方法、抽(壓、注)水試驗、孔隙水壓力觀測、地震安全性評價及室內巖、土、水的物理力學性質試驗、室外巖石點荷載試驗等綜合勘察方法。依據巖石力學強度、巖體結構與完整狀態、地下水狀態、主要軟弱結構面產狀，并結合考慮巖體縱波波速，對圍巖進行準確合理的定量分級，并對隧道巖土體工程地質特征、主要工程地質問題及其評價、隧道圍巖可能偏壓問題、進出洞口邊坡穩定性評價、開挖邊坡支護措施以及施工橫洞的設計等提出合理的、可靠的設計依據。

(4)橋梁基礎承載力要求高且坐落在不同地貌單元上，下伏基巖為侏羅系沉積巖及震旦系花崗片麻巖，地層變化復雜且基巖風化不均、起伏較大、軟硬互層明顯。本次勘察針對不同性質的基巖采取了中－微風化鉆孔芯樣進行了大量的巖石抗壓試驗和巖石點荷載試驗及鉆孔巖體縱波測試，根據試驗成果，對場地內各類基巖的中－微風化層提出了合理的場地天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度Ra建議值，并且根據巖石破碎程度等因素，逐樁提供c1、c2系數，為橋梁基礎選型提供可靠設計的施工依據。

(5)場地地形變化大，存在不少高大邊坡，最大高差達35 m以上，本次勘察針對這些高邊坡進行專門的調查和研究，并用Geo－slope 邊坡計算軟件進行邊坡穩定性驗算和評價，并且根據香港特別行政區政府更嚴格的行業標準《斜坡巖土工程手冊》(1998.3)進行邊坡維護指引［9］。

(6)場地局部地段微地貌為臺地間沖溝、東深供水河河谷和階地，本次勘察通過地質調繪(原始地形)、鉆探、室內試驗及原位測試，同時搜集了上世紀80年代線址的1∶2 000比例尺原始地形圖進行分析，查明了線路淤泥、淤泥質土、新近填土等軟弱土層的分布范圍及物理力學參數，并且針對這些不良地質條件，提出了合理安全、經濟可靠的路基、涵洞處理方法及建議。

4 勘探方法

本次勘察工作采用工程地質測繪、地質調查、鉆探、坑探、工程物探(地質雷達、淺層地震、聲波測井、巖體波速測試)，多種原位測試方法如標準貫入試驗、圓錐動力觸探、旁壓試驗、K30 平板載荷試驗、抽(壓、注)水試驗、孔隙水壓力觀測、長期水文觀測、地震安全性評價及室內巖、土、水的物理力學性質試驗、室外巖石點荷載試驗等綜合勘探方法對線路內各主要巖土層性質進行綜合分析，勘察方法手段應用合理，針對性強。

5 主要勘察技術成果

5.1 下沉隧道水文地質研究

線路跨越深圳水庫地表水系，匯水面積較大，地下水主要補給來源是降水，水位受降水量的影響，在降水集中的季節，地表水補充地下水，水量相對豐富，在道路起點地段和局部階地地貌單元中由于地勢較低，地下水與地表水具較好的水利聯系。查明地表水與地下水的水力聯系非常關鍵，本次勘察孔隙水壓力測試和地下水水位觀測同時進行，分析地下水對下沉段施工及其施工后的影響并采取預防措施。其中對水庫水對下沉段的影響進行了專項研究，簡要介紹如下:

根據水位觀測觀測曲線，可得出如下分析:

(1)一般情況下，水庫的水由大氣降水補給。

地下水流動方向由地勢高向地勢低洼的方向流動。在觀測曲線上，2006年6月24日～2006年7月20日，各孔水位SXS2 ＞SXS3 ＞水庫、SX4 ＞SXS6 ＞水庫。地下水位等值線圖如圖2 所示［2］:

圖2 地下水位等值線圖

可知地下水由西向東補給水庫，特別是2006年6月28日與2007年7月4日深圳暴雨，各觀測孔水位有明顯上升，但仍存在SXS2 ＞SXS3 ＞水庫、SX4 ＞SXS6 ＞水庫。隨著時間的推移，地下水沿水勢的垂直方向流動，各觀測孔水位趨于下雨前。

(2)特殊情況下:水庫水由東向西逆坡浸潤。

在觀測曲線上，2007年7月20日～2007年8月1日，水庫水位提升明顯，最高水位達28.17 m，接近水庫百年一遇洪水位。東江江水因抗洪需要，排入深圳水庫。根據氣象資料，2007年7月20日～2007年8月1日，深圳未出現明顯降雨。各孔水位水庫＞SXS3＞SXS2、水庫＞SXS6 ＞SX4。可知，SXS2、SXS3、SX4、SXS6 水位上升因水庫水由東向西逆坡浸潤所致。

我們選擇SXS2－SXS3－水庫的剖面作水流逆坡浸潤曲線的計算，計算圖形如圖3 所示［2］:

圖3 水流逆坡浸潤曲線計算圖形

由浸潤曲線的浸潤公式:

水庫與基坑在剖面SXS2－SXS3－水庫相距32 m。當水庫水位達到百年一遇的洪水位28.95 m時，計算得由水庫逆坡浸潤至基坑邊的水頭值h=0.5 m。

由上可知，水庫與基坑存在一定水力聯系，通常情況下，基坑地下水有西向東補給水庫。當水庫水由外部因素(江水注入)提高后，水庫水逆坡浸潤至基坑，最高浸潤理論值水頭為1.64 ft。

該段地下水位和孔隙水壓力觀測一直持續到2008年丹平快速路九尾嶺隧道下沉段施工。

5.2 隧洞用水量預測

洞線所穿過的溝谷無常年流水，說明地下水補給量不大，主要接受降水補給。本項目采用水均衡方程，計算隧道涌水量。其控制因素為:大氣降水量，隧址集水面積，降水滲入系數及大氣降水滲入地下達到隧道涌水處所需的滲流時間［4］。

隧道涌水量:Q=1000FαA/T

式中:Q—隧道涌水量(m3/d);

F—隧道集水面積(km2);

α—大氣降水滲入系數;

A—年最大降水量;

T—滲流時間(d)。

隧道集水面積(F):以地表分水嶺為界，在1∶1 000地形圖中量測;

大氣降水滲入系數α 取經驗值0.01;

年最大日降水量(A)取深圳地區日平均最大降水量282 mm;

滲透時間T 取經驗值T=1.5 d;

計算預測隧道總涌水量如表1 所示。

預測隧道總涌水量 表1

因隧道深埋于溝間地塊之下，表層風化裂隙發育，有部分風化裂隙水將參與地表逕流而未能下滲補給進入隧道，從而實際進入隧道的水量要小于預測計算值。分析隧道洞身地下水狀態為:全洞地段以潮濕、滴水為主，但局部地質構造發育，由于斷層破碎帶的導通和富水作用，隧道段施工時，地下水可出現線狀流水現象。

5.3 樁基承載力參數確定的創新

丹平快速路一期工程起點與愛國路沿河高架橋相接，沿沙灣公路前行至布心路口，采取下沉方式通過深圳水庫邊緣地段，后穿越九尾嶺、求水嶺、貓公壩等三處隧道，其間有橋梁相接;丹平路出沙灣關后多以高架方式跨越布沙路等，沿沙灣至丹竹頭公路前行并以立交方式跨越布橫公路、水官高速等至機荷高速公路。橋梁設計復雜，跨度大，承載力要求高。橋梁基礎坐落在不同地貌單元上，下伏基巖為侏羅系沉積巖(主要以砂巖、砂礫巖為主，局部含碳質泥巖、頁巖夾層)及震旦系花崗片麻巖，地層變化復雜且基巖風化不均、起伏較大、軟硬互層明顯。本次勘察針對不同性質的基巖采取了中－微風化鉆孔芯樣進行了大量的巖石抗壓試驗和巖石點荷載試驗及鉆孔巖體縱波測試，根據試驗成果，對場地內各類基巖的中－微風化層提出了合理的場地天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度Ra建議值，并且根據巖石破碎程度等因素，逐樁提供c1、c2系數。勘察工作準確探明了地層變化情況，并且根據基巖的破碎程度和大量巖石抗壓試驗為橋梁基礎選型提供可靠設計的施工依據。

5.4 邊坡穩定性研究

本工程道路多分布在低山、丘陵地帶，道路邊坡多為高邊坡，最大高差達35 m以上，邊坡為土質邊坡和巖質邊坡。本次勘察針對這些高邊坡進行專門的調查和研究，查明了邊坡不良地質現象，并用Geo－slope 邊坡計算軟件進行邊坡穩定性驗算和評價，提出了高邊坡設計與施工參數，并且根據香港特別行政區政府更嚴格的行業標準《斜坡巖土工程手冊》(1998.3)［9］進行邊坡維護指引。實踐證明勘察提出的邊坡支護設計參數和評價成果合理、安全、可靠。

根據Geo－slope 軟件自動掃描計算分析所得的最危險滑動面及穩定安全系數如圖4 所示:

圖4 最危險滑動面及穩定安全系數計算分析圖

5.5 復雜地質探究

場地局部地段微地貌為臺地間沖溝、東深供水河河谷和階地，本次勘察通過地質調繪(原始地形)、鉆探、室內試驗及原位測試，同時搜集了上世紀80年代線址的1∶2 000比例尺原始地形圖進行分析，查明了線路淤泥、淤泥質土、新近填土等軟弱土層的分布范圍及物理力學參數，并且針對這些不良地質條件，提出了合理安全、經濟可靠的路基、涵洞處理方法及建議。

通過線址的1∶2 000比例尺原始地形圖，可以較為直觀清晰地判斷擬建道路沿線新近填土和軟土層的厚度，并且是對線址進行工程地質條件分區的一個重要劃分手段。

6 結 語

(1)本次勘察采用工程地質測繪、地質調查、鉆探、坑探、工程物探(地質雷達、淺層地震、聲波測井、巖體波速測試)，多種原位測試方法如標準貫入試驗、圓錐動力觸探、旁壓試驗、K30 載荷試驗、抽(壓、注)水試驗、孔隙水壓力觀測、長期水文觀測、地震安全性評價及室內巖、土、水的物理力學性質試驗、室外巖石點荷載試驗等綜合勘察方法，對場地內各主要巖土層性質進行綜合分析，查明了擬建線路內各巖、土層物理力學性質及其空間分布，對地下水的評價合理，能滿足各設計階段的要求，對基礎選型設計和施工均有指導作用，可作為設計依據。

(2)根據鉆探采取的巖芯破碎程度、大量巖石抗壓試驗及巖體縱波測試結果，逐樁提供c1、c2系數的方式，基本上是以往深圳地區橋梁勘察報告中曾未用過的方法，為本次勘察的一個創新點。

(3)丹平快速路一期工程為深圳市重點工程，隨著深圳市市長許勤2011年6月2日在通車儀式宣布“丹平快速路一期工程完工通車”，這條聯系羅湖、布吉、平湖、橫崗的縱向城市快速通道正式投入使用。一年多以來運營未出現異常情況，運營良好，市民從東湖公園到機荷高速行程將由40 min縮短到10 min。極大地推進了深圳關外布吉、橫崗、平湖幾個街道辦的經濟發展和市民出行。該工程在2013年全國優秀工程勘察設計行業獎評選中獲工程勘察三等獎。

致謝:感謝深圳市勘察測繪院有限公司提供的大量寶貴資料，參加本次勘察的還有丘建金、張文華、張先亮、勞作優、龔旭亞、王碩等同志，在此一并感謝！

［1］易鑫，白雪飛．淺談綜合地質勘察在長大隧道勘察中的應用［J］．鐵道勘察，2011．2(2):75～78．

［2］王碩，周巍，張素情．九尾嶺下沉式隧道水文地質研究［J］．2011，7:87～88．

［3］蔡學文，王碩等．深圳市丹平快速路一期工程詳勘［R］．深圳市勘察測繪院有限公司，2007．

［4］JTJ064－98．公路工程地質勘察規范［S］．

［5］JTGD70－2004．公路隧道設計規范［S］．

［6］JTGD63－2007．公路橋涵地基與基礎設計規范［S］．

［7］JTJ004－89．公路工程抗震設計規范［S］．

［8］GB50330－2002．建筑邊坡工程技術規范［S］．

［9］香港特別行政區政府行業標準．斜坡巖土工程手冊［S］．1998．3