吉林地區(qū)某客運專線工程典型地質(zhì)變更問題分析與梳理

馬　佳　王德文

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100055)

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吉林地區(qū)某客運專線工程典型地質(zhì)變更問題分析與梳理

馬佳王德文

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100055)

對吉林地區(qū)某鐵路客運專線工程在施工過程中出現(xiàn)的典型地質(zhì)變更問題進行分析與梳理，按照問題性質(zhì)分為概念認識問題、勘察精度問題和現(xiàn)階段勘察技術(shù)手段難以解決的復雜問題。根據(jù)配合施工階段的地質(zhì)變更情況，提出地質(zhì)勘察工作改進建議。

客運專線地質(zhì)變更梳理

1　項目概況

吉圖琿客運專線位于吉林省中部至東部，是連接吉林省中心城市吉林市至邊境口岸城市琿春市的重要通道。該客運專線設計時速250 km，地貌單元有松花江沖積平原、丘陵區(qū)、中低山區(qū)，沿線從新生界第四系至元古界震旦系地層均有出露，前第四紀巖漿活動十分頻繁，巖漿巖廣泛分布于山地地區(qū)，地質(zhì)條件復雜。該項目施工階段出現(xiàn)了一些因地質(zhì)情況變化引起的變更。對吉林至蛟河段配合施工過程中的典型地質(zhì)變更問題進行分析和梳理，按照三個方面進行歸類。

2　典型地質(zhì)變更問題

2.1概念認識問題

(1)填土的地基處理

該客運專線接入吉林市內(nèi)時，需對既有長圖線龍?zhí)渡杰囌具M行改建。根據(jù)地勘資料，該車站地表表層為2～5 m厚填土，稍密—中密，站場改造時設計地基處理措施為對表層填土全部進行挖除換填，回填土分層碾壓后要求承載力達到180 kPa以上。施工階段經(jīng)過現(xiàn)場核查發(fā)現(xiàn)，雖然原地勘報告未提供填土層承載力，但經(jīng)現(xiàn)場輕型動力觸探原位測試，地表填筑土承載力可達150～180 kPa，按照密實程度判斷，大部分可達到中密。根據(jù)現(xiàn)場測試情況，對原有地基處理工程量進行優(yōu)化，減少了挖除換填的工程量。

由于填土密實程度通常變化較大，地勘報告一般不提供填土層的承載力，只對密實程度進行描述，而設計專業(yè)在填土地段的地基處理工程措施上一般都較為保守。在施工階段經(jīng)過現(xiàn)場核查認為，中密以上或接近中密的填土層可通過原位測試確定承載力，若原有填土層能夠滿足設計要求，可減少地基處理的工程量。

(2)巖層的強弱風化線劃分

在配合施工階段，結(jié)合現(xiàn)場路塹開挖情況、橋梁成樁情況，發(fā)現(xiàn)有少量巖層風化線劃分與施工開挖情況相差較大，其表現(xiàn)主要有：一是路塹設計地質(zhì)斷面以軟石為主，但施工開挖時挖掘機難以松動，只能爆破開挖，開挖后進行巖面觀察，挖方斷面中下部應為弱風化，分級應判為次堅石；二是橋梁成樁過程中，在流紋巖、花崗巖等硬質(zhì)巖中設計樁長較大，流紋巖和局部花崗巖地段巖質(zhì)極為堅硬，成樁困難，進度緩慢。

結(jié)合勘察階段的巖芯照片比對，分析發(fā)生此類情況的原因，多為地質(zhì)勘察巖芯鑒別時對硬質(zhì)巖強風化層厚度給的偏大。部分巖芯剖面新鮮，但由于裂隙較發(fā)育或鉆探機械等原因，巖芯呈短柱狀或碎塊狀，部分鉆孔此類巖芯全部劃分為“強風化”，這是不夠準確的。此類巖芯雖然節(jié)理較發(fā)育，但巖芯斷面上看不到風化作用應有的礦物變化，其巖塊力學性能并沒有大幅度下降，其基巖承載力等巖體力學參數(shù)應按照規(guī)范中裂隙發(fā)育程度進行折減，而劃為強風化則是混淆了風化的概念。此類問題對于基礎設計帶來的是偏保守的樁長而引起施工周期增長。對于路塹挖方工程，則存在工程建設期間開挖困難、施工單位要求增加土石方等級變更費用等問題。

(3)站后工程的地基處理

客運專線站后工程的建構(gòu)筑物較多、較雜且差異較大，既有重要的站房房屋、大型設備房屋，以及通信鐵塔、避雷針等高聳構(gòu)筑物，也有小型房屋、小型設備基礎等。部分場地由于地質(zhì)情況變化較大，雖然勘測階段已有一定密度的勘探點，施工階段基底開挖地質(zhì)核驗時仍發(fā)現(xiàn)局部有軟弱土層未被揭示。施工期間，出現(xiàn)較多的基底地質(zhì)異常情況為：部分次要建構(gòu)筑物基底開挖后，承載力不能滿足設計圖紙要求(站后房屋設計圖對房屋基底承載力要求均在180 kPa以上)，此時基底情況不明確，對基底的軟弱土層采取挖除換填能否處理好沒有把握，若采用旋噴樁、攪拌樁等復合地基處理，由于基坑已開挖，周邊部分建構(gòu)筑物已施工完成，施工空間受限。

對站后各種不同類型的建構(gòu)筑物驗槽情況進行分析，發(fā)現(xiàn)主要建構(gòu)筑物地質(zhì)驗槽情況和設計圖紙符合程度較高，這是因為勘察階段主要建構(gòu)筑物均有數(shù)量較多的勘探孔進行控制，而次要建構(gòu)筑物勘察階段不能做到每處均有鉆孔，施工階段出現(xiàn)了部分基底承載力不滿足設計要求的情況。經(jīng)與設計專業(yè)多次溝通，對次要建構(gòu)筑物的基底壓力進行驗算，大部分基底壓力在100～150 kPa。部分基槽基底現(xiàn)場測試承載力雖然未能達到180 kPa，但大部分介于120～180 kPa之間，小于建構(gòu)筑物的基底壓力，沉降檢算結(jié)果也在允許范圍內(nèi)，條件困難的情況下可不進行基底處理措施。此外，部分建構(gòu)筑物還對基礎形式進行了優(yōu)化，增強了對地基條件的適應能力。對于承載力小于120 kPa的地基，則通過局部開挖小尺寸探槽繼續(xù)明確基底條件，大部分進行基底換填，少量增加了復合地基處理措施。

2.2勘察精度問題

(1)路基勘察精度不足

目前，“鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范”[1]中橋梁基礎的勘察要求較為明確，特別是客專工程，要求為一墩一孔甚至一墩多孔，橋梁基礎的地勘資料多和實際情況較為吻合。地質(zhì)勘察階段，也容易出現(xiàn)對橋梁、隧道的地勘工作較重視，而認為路基勘察工作較為簡單的傾向。實際上，路基作為連續(xù)分布的線狀工程，即使勘探點的密度滿足規(guī)范要求，仍然容易出現(xiàn)局部軟弱土層未被揭示到的情況，相比一墩一孔甚至一墩多孔的橋基，要提高路基工程勘察精度難度反而更大。

如因基底地質(zhì)條件增加地基處理的一處變更：DK76+725～DK76+762段路塹，勘察時前后均布置了勘探孔，孔間距50 m，前后勘探孔均未揭露到軟弱土層；施工階段需對路塹基床進行換填，挖至換填基底面時，發(fā)現(xiàn)灰黑色軟塑—流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；后對基底軟弱土層全部挖除換填滲水土，換填厚度3～5 m，增加土方開挖及換填滲水土數(shù)千方。

對諸如DK76+725～DK76+762段路基基底地質(zhì)勘察精度不足的現(xiàn)象進行分析：該工點在定測時，勘探點深度、密度滿足規(guī)范要求，但在勘探點的布置上缺乏針對性。該段路基位于隧道出口，DK76+750處存在一條沖溝與路基斜交，勘察鉆孔布置于沖溝外側(cè)，未能揭露到?jīng)_溝處的地質(zhì)變化。

勘察階段路基勘探點的布置，不僅要滿足規(guī)范要求的密度、橫斷面的要求，還應注意結(jié)合具體的地形地貌，進行有針對性的調(diào)整，地質(zhì)狀況可能比較薄弱的地段，可適當加密鉆孔。

(2)地下水水位勘察準確度不足

個別設計地下水路塹工點，開挖后發(fā)現(xiàn)，實際地下水位與勘察報告水位有所差別。如設計地下水巖質(zhì)路塹盲溝基槽或抗滑樁樁孔開挖后，基槽、樁孔內(nèi)未見地下水，路塹邊坡也無滲水現(xiàn)象。經(jīng)比對勘察資料，原因為個別鉆孔地下水位量測結(jié)果不準確，可能為雨后量測或其他原因造成。勘察階段若需提高地下水位勘察的準確度，除應現(xiàn)場鉆探完成后進行量測，還應結(jié)合提水或者抽水試驗的出水量情況進行驗證。

2.3勘察技術(shù)手段難以解決的復雜問題

(1)物探準確度不足

主要表現(xiàn)為隧道工程物探勘察結(jié)果與實際洞身開挖情況的差異，物探揭示出了圍巖破碎帶或富水帶，但具體里程與勘察報告確定的里程相差數(shù)百米，或者圍巖破碎程度、富水程度與物探解譯結(jié)果有一定的差別。物探勘察由于具有多解性，其準確度提高還有待于勘察技術(shù)的進一步發(fā)展[2，3]。

(2)細部巖性、構(gòu)造、節(jié)理對隧道工程的影響

隧道地勘報告中側(cè)重于對圍巖等級的劃分，而對細部巖性、構(gòu)造、節(jié)理等關注不夠。如位于吉林市東的吉林隧道，地勘時已確定其巖性為二疊系板巖，但施工階段發(fā)現(xiàn)，部分地段的板巖特性相差較大。該隧道大部分段落板巖泥質(zhì)含量較少，為青灰色，而洞身中部穿越數(shù)百米泥質(zhì)板巖和含炭泥質(zhì)板巖段，泥質(zhì)板巖呈灰—淺灰色，部分呈褐黃色。圍巖巖質(zhì)較軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部裂隙間填充物以泥質(zhì)、方解石填充為主，巖體較破碎—極破碎，呈塊(石)碎(石)狀鑲嵌結(jié)構(gòu)或角礫碎石狀松散結(jié)構(gòu)；圍巖自穩(wěn)能力差，易變形、坍塌。勘察階段，由于偏少的地質(zhì)鉆孔未能揭露出同一地層巖性的成分變化，物探反映的參數(shù)也沒有明顯變化。在施工階段，泥質(zhì)板巖和含炭泥質(zhì)板巖段掉塊、坍塌現(xiàn)象極為嚴重，后大部分進行了圍巖等級和支護方案的變更。

該段隧道圍巖變更主要是因泥質(zhì)板巖、含炭泥質(zhì)板巖巖質(zhì)較軟，加之受地質(zhì)區(qū)域變質(zhì)作用的影響，揉皺、摩擦鏡面發(fā)育，巖層面光滑，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，層間、節(jié)理面結(jié)合差，巖體較破碎—極破碎；在地下水的作用下，更易掉塊、坍塌。在勘察期間要完全查明隧道洞身圍巖的地質(zhì)條件非常困難，圍巖變更主要是因復雜的地質(zhì)條件所致。目前鐵路隧道圍巖等級劃分，主要考慮圍巖堅硬程度、構(gòu)造(主要是結(jié)構(gòu)面的組數(shù)或裂隙發(fā)育程度、節(jié)理面的張開程度和充填情況)進行圍巖等級初步判定，然后結(jié)合地下水涌水狀況和初始地應力狀態(tài)對判定的基本圍巖等級進行修正[4]，對圍巖具體巖性、復雜構(gòu)造、節(jié)理的影響考慮還不充分。

(3)巖爆的預測

在吉林至蛟河之間部分深埋的變質(zhì)砂巖、花崗巖隧道開挖過程中，局部地段出現(xiàn)巖爆情況。發(fā)生巖爆地段巖層為弱-微風化，巖質(zhì)致密、堅硬、性脆、干燥，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整。爆破開挖后，在通風排煙期間偶爾能聽見圍巖發(fā)出嗞嗞聲，撬幫找頂時出現(xiàn)巖層剝離產(chǎn)生的空響聲，找頂完成后有局部巖層繼續(xù)剝落彈出現(xiàn)象發(fā)生。隨著工作面的向前推進，這種現(xiàn)象越來越明顯，并發(fā)展到出現(xiàn)爆裂聲，新生裂紋多，掉塊嚴重，持續(xù)時間約3～8 h，局部地段嚴重，產(chǎn)生新生裂紋。

分析該地區(qū)隧道發(fā)生巖爆的原因：一為地應力的因素，該隧道洞身最大埋深468 m，深部地段地應力較高；二為巖性的因素，發(fā)生巖爆地段的變質(zhì)砂巖、花崗巖均為極硬巖且具脆性，變質(zhì)砂巖結(jié)構(gòu)為層理狀，開挖應力釋放后多以薄片狀剝離，部分甚至以彈射形式剝落。根據(jù)地應力測試資料及現(xiàn)場實際情況，為保證施工作業(yè)安全，采取了增加超前錨桿、控制一次爆破進尺及震動、工作面灑水、加強初支等措施。

地質(zhì)勘察階段，對本地區(qū)可能出現(xiàn)巖爆的狀況有所預計并在地勘報告中進行了提示，但受到諸多條件的限制而未做專門針對性的工作。施工階段發(fā)生初次巖爆后，施工單位及設計單位現(xiàn)場加強了對本地區(qū)巖爆特性的認識并增加了觀測頻次，通過有預防性的措施，確保了巖爆地段的隧道施工安全。

3　結(jié)束語

通過對本項目施工階段典型地質(zhì)變更問題的分析、梳理，可以看出：

(1)施工階段的地質(zhì)核查、地質(zhì)驗槽、隧道地質(zhì)素描、超前地質(zhì)預報等工作能夠?qū)z留的問題進行較好的修正和補充。

(2)基巖的強弱風化判別應按照礦物變化進行區(qū)分，同時建議基巖的承載力除了按照抗壓強度、風化程度確定，還可以按照巖芯揭示的裂隙發(fā)育程度進行相應的調(diào)整，不同地段、不同鉆孔的同種巖性基巖承載力可根據(jù)具體情況進行調(diào)整。

(3)站后建構(gòu)筑物應按照不同建構(gòu)筑物的特點，設計時提出適宜的承載力、沉降和差異沉降要求。功能重要、規(guī)模較大的建筑物一般地基承載力要求較高，沉降和差異沉降量要求也較高；部分中小型的建構(gòu)筑物的地基承載力要求可適當降低，并可通過調(diào)整基礎形式增強對承載力和沉降的適應能力；高聳構(gòu)筑物一般對沉降敏感，控制性的指標除了地基承載力和沉降量外，還應特別注意差異沉降量的控制要求。地勘工作應提高場地勘察的準確度并結(jié)合地質(zhì)驗槽制定適宜的建構(gòu)筑物地基處理措施。

(4)建議路基勘探點的布置，不僅要滿足規(guī)范要求的密度及橫斷面的要求，還應注意結(jié)合具體的地形地貌進行有針對性的調(diào)整。

(5)勘察階段重要工點的地下水位量測應結(jié)合提水、抽水試驗進行驗證。

(6)物探勘察的準確性和復雜隧道地質(zhì)情況的勘察準確性有待于勘察技術(shù)水平的進一步發(fā)展。

(7)建議對不同巖性、巖體細部構(gòu)造復雜的隧道圍巖評價方法進行進一步研究。

(8)地質(zhì)勘察階段應對可能發(fā)生巖爆的隧道段做專門性勘察工作，如增加地應力測量或微震法、微重力法等分析手段，施工階段可增加超前鉆巖屑分析、巖體含水量分析等其他預測手段[5，6，7]。

[1]TB10012—2007鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[2]韓松，等.綜合物探技術(shù)在鐵路隧道勘察中的應用研究[J].鐵道勘察，2010，36(5):27-30

[3]易鑫，白雪飛.淺談綜合地質(zhì)勘察在長大隧道勘察中的應用[J].鐵道勘察,2011，37(2):75-78

[4]TB10003—2005鐵路隧道設計規(guī)范[S]

[5]徐成光.巖爆預測及防治方法綜述[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2005，42(6):81-85

[6]姜繁智，等.國內(nèi)外巖爆預測的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2003，29(8):19-22

[7]張鏡劍，傅冰駿.巖爆及其判據(jù)和防治[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2008，27(10):2034-2042

Analysis and Sorting of Typical Geological Modifications in a Passenger Rail Line Project in JiLin Area

MA JiaWANG Dewen

2016-01-18

馬佳(1981—)，男，2007年畢業(yè)于中國科學院武漢巖土力學研究所巖土工程專業(yè)，工學碩士，工程師。

1672-7479(2016)02-0049-03

P642

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