青島地鐵M1號線工程地質(zhì)條件分析

閆強(qiáng)剛,何壽迎,于波

(1．青島市勘察測繪研究院,山東青島 266032; 2．青島巖土工程技術(shù)中心,山東青島 266032)

青島地鐵M1號線工程地質(zhì)條件分析

閆強(qiáng)剛1,2?,何壽迎1,2,于波1,2

(1．青島市勘察測繪研究院,山東青島 266032; 2．青島巖土工程技術(shù)中心,山東青島 266032)

結(jié)合青島地鐵M1號線線路規(guī)劃特點(diǎn),分析了M1線穿越區(qū)特殊的巖土條件;重點(diǎn)圍繞地下工程圍巖穩(wěn)定性,探討了巖土工程勘察工作中應(yīng)特別注意的兩個重點(diǎn)問題;并結(jié)合勘察工作的重點(diǎn),對設(shè)計、施工過程中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了分析和評價,提出了一些有益的建議;對于青島地區(qū)后續(xù)進(jìn)行的地鐵線路勘察、設(shè)計以及施工等具有一定的指導(dǎo)意義。

地鐵勘察;工程地質(zhì)條件;地下水;地質(zhì)構(gòu)造

1　引 言

青島作為中國的副省級城市、計劃單列市和區(qū)域中心城市、山東省最大城市、國家歷史文化名城和風(fēng)景旅游勝地,是中國東部沿海重要的經(jīng)濟(jì)中心和港口城市。青島市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃M線由10條線路組成,總長度達(dá)353．20 km,其中青島地鐵M1號線工程南端起始為黃島峨眉山路,穿越膠州灣海底,北端終點(diǎn)為城陽區(qū)東郭莊。途徑黃島區(qū)、市南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)、城陽區(qū),形成近南北走向的快速軌道交通走廊,共設(shè)地下車站39座,全線路總長60．10 km,如圖1所示。

圖1　青島地鐵M1號線站位示意圖

青島地形東高西低,中間凹陷。地貌類型為侵蝕剝蝕低山、丘陵、平原,主體為膠萊平原,平均海拔50 m左右。南、北為低山丘陵區(qū),海拔在200 m～500 m之間,最高峰為東南部的嶗山,嶗頂主峰海拔1 132．7 m。膠州灣是山東半島東南沿海的一個深入內(nèi)陸的半封閉海灣,東西寬27．8 km,南北長33．3 km,岸線長210 km,平均水深7 m左右,最大水深65 m。灣口朝向東南,通過一條寬約3 km、深30 m～40 m的深水槽與黃海相通。水系為外流水系,發(fā)源于北部、東北部的低山丘陵區(qū),向南匯入黃海,分為大沽河、北膠萊河以及沿海諸河流三大水系。斷裂構(gòu)造主要為近東西向、北北東向和北東走向,構(gòu)成沂沭斷裂右側(cè)入字形構(gòu)造。五蓮-青島斷裂、牟平-即墨斷裂位于中朝陸塊與中央造山帶邊界,是控制青島市構(gòu)造格架的主干斷裂[1],如圖2所示。

圖2　青島市構(gòu)造綱要圖

青島地鐵M1號線工程線路受到膠州灣、白沙河以及滄口斷裂等多條斷裂和河流的影響,穿越的地貌成因類型多、形態(tài)類型復(fù)雜、巖土種類多、變化大,M1號線工程包含了青島地區(qū)最主要的幾個巖土工程問題。本文通過對M1號線沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析,針對青島地鐵的巖土工程勘察、設(shè)計以及施工提出一些建議。

2　工程地質(zhì)概況分析

2．1工程地質(zhì)條件

圖3　青島地鐵M1號線地層剖面圖

2．2水文地質(zhì)條件

地表水體:膠州灣的地形,從總的形式看,水深西北淺、東南深,海底地勢自北向南傾斜,腹大口小。其西北部有7 km～8 km寬的潮間灘地和寬闊的淺水區(qū)。5 m水深以內(nèi)的面積占總面積的66．44%,分布在西北和北部。灣口一條深30 m～40 m的深水槽呈北北西向伸入灣內(nèi)。膠州灣灣的海流主要為潮流,表層為順時針旋轉(zhuǎn)流,底層為往復(fù)流。潮汐類型屬正規(guī)半日潮,最高潮位(大港高程)5．30 m,最低潮位-0．57 m,平均高潮位3．85 m,平均低潮位1．08 m,平均潮差2．78 m,最大潮差4．61 m。地鐵1號線區(qū)域河流屬沿海近緣水系,注入膠州灣中。所有河流流量明顯受降水控制,季節(jié)性變化明顯。主要河流有海泊河、張村河、李村河、及大村河,張村河、大村河分別在曲哥莊及勝利橋匯入李村河后流入膠州灣。

地下水:根據(jù)含水介質(zhì)的特征及其埋藏與分布規(guī)律,可將沿線地下水劃分為三種類型:松散巖類孔隙水、碎屑巖類空隙裂隙水和基巖裂隙水。[2]補(bǔ)給來源主要為大氣降水及河流、濱海地表水和地下水側(cè)向補(bǔ)給。地下水總體流向與地形坡向基本一致。地下水位隨季節(jié)變幅為1．5 m～2．0 m。在臨海地段,地下水因潮汐影響,地下水位隨漲潮、落潮具同相的有規(guī)律的變化。

2．3地質(zhì)構(gòu)造條件

地鐵M1號線經(jīng)過區(qū)的斷裂均為北東向斷裂,其中與線路交叉對線路影響比較大的斷裂為夏莊～滄口斷裂及其的派生斷裂李村斷裂、青島山斷裂以及它們派生的次級斷裂。滄口斷裂主斷面北西傾,傾角50°～80°,西北部以萊陽群、青山群及第四系為主的平原,東南部以嶗山花崗巖為主的低-中山區(qū)。在滄口公園一帶,滄口斷裂出露寬達(dá)100 m,斷裂帶內(nèi)巖石呈強(qiáng)烈擠壓破碎狀態(tài)。[3]沿線的構(gòu)造巖均屬動力變質(zhì)成因,原巖為花崗巖,巖體破碎,強(qiáng)度較低,詳見表1。根據(jù)其變質(zhì)程度可以分為:糜棱巖(ml)和碎裂巖(sl),散體狀～泥狀～碎裂結(jié)構(gòu),條帶狀～條紋狀構(gòu)造,巖塊干時較堅(jiān)硬,濕時易軟化,多具塑性,如圖4所示。

圖4　青島地鐵M1號線綜合地質(zhì)圖

3　地鐵勘察中應(yīng)注意的問題

地鐵勘察的目的是查明場地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,分析評價地基、圍巖及邊坡穩(wěn)定性,預(yù)測可能出現(xiàn)的巖土工程問題,提供設(shè)計、施工所需的巖土參數(shù)。[4]因此,對于復(fù)雜的地鐵1號線,勘察工作部署應(yīng)體現(xiàn)重點(diǎn)突出、兼顧一般的原則,除了應(yīng)滿足一般要求外,對于地下水豐富、巖體結(jié)構(gòu)差～很差、構(gòu)造發(fā)育以及軟弱土發(fā)育等施工中易出現(xiàn)不良地質(zhì)作用的地段,應(yīng)圍繞地鐵硐室圍巖的穩(wěn)定性、透水性評定,加大技術(shù)工作布置,提高勘察工作的精度。

根據(jù)M1號線穿越巖土層的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特點(diǎn),重點(diǎn)對特殊地段的勘察重點(diǎn)和鉆探要求進(jìn)行分析。

3．1特殊地段的工作布置

總體來看,青島地鐵M1號線特殊地段包括:穿越膠州灣地段、穿越以白沙河和李村河為代表的河流地段以及滄口斷裂及其派生次級斷裂地段。

(1)穿越膠州灣以及河流地段

海域段第四系地層厚度較小,場區(qū)基巖主要由白堊紀(jì)下統(tǒng)火山巖和燕山晚期侵入巖為主,屬硬質(zhì)巖類,抗風(fēng)化能力大多較強(qiáng),表部強(qiáng)風(fēng)化帶不甚發(fā)育,基巖中等風(fēng)化、微風(fēng)化巖面埋深較淺,但小型斷裂破碎帶發(fā)育[5]。

由于地下水直接受海水或地表河水的補(bǔ)給,補(bǔ)給量極大,地下水對地鐵工程的影響最為顯著。巖體的完整性和滲透性,尤其是構(gòu)造破碎和節(jié)理發(fā)育地段的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征應(yīng)該是勘察工作的重中之重。

建議首先采用物探方法查明破碎帶、節(jié)理很發(fā)育～發(fā)育帶的范圍和產(chǎn)狀,在此基礎(chǔ)上有針對性的按照復(fù)雜場地要求加密鉆孔布置,再通過電視測井和抽(壓)水試驗(yàn)的方式對圍巖的完整性和滲透性進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,對圍巖的節(jié)理產(chǎn)狀、張開度,充填物質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

(2)穿越滄口斷裂等地段

地鐵M1號線所穿越的滄口斷裂、李村斷裂以及青島山斷裂等均屬于華夏構(gòu)造體系,具有多期活動特點(diǎn),以左行壓扭性活動為主,控制了青山群火山巖體的形態(tài)與分布,斷裂帶中糜棱巖、斷層泥、構(gòu)造透鏡體發(fā)育。

上述的幾條斷裂尤其是滄口斷裂是青島地區(qū)最具代表性的斷裂,對于構(gòu)造巖的物理力學(xué)性質(zhì)研究,應(yīng)該作為勘察工作的重點(diǎn)。①勘探孔距應(yīng)依據(jù)復(fù)雜場地,隧道區(qū)間勘探孔距不大于30 m,車站勘探孔距不大于20 m。②室內(nèi)試驗(yàn)除了常規(guī)物理力學(xué)試驗(yàn)外,尤其要注意研究構(gòu)造巖是否具有可軟化性、膨脹性、崩解性等特殊性質(zhì),這對于地下工程的設(shè)計、施工的指導(dǎo)意義重大。③原位測試除了進(jìn)行常規(guī)的原位測試手段外,建議多結(jié)合自鉆式旁壓試驗(yàn),進(jìn)行變形參數(shù)和原位水平應(yīng)力、靜止側(cè)壓力系數(shù)以及不排水抗剪強(qiáng)度的研究。

3．2鉆探的要求

巖芯采取率是獲得工程地質(zhì)信息的重要指標(biāo),對于構(gòu)造破碎帶的巖芯采取率指標(biāo),國內(nèi)常用的幾本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有著不同的要求,一般在40%～65%之間:《工程地質(zhì)鉆探規(guī)程》DZ/T0017-91要求＞50%,《鐵路工程地質(zhì)鉆探規(guī)程》TB10014-2012和《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》JGJ/T87-2012均要求回次進(jìn)尺采取率≥65%。[6]

對于地鐵等地下工程來說,構(gòu)造、節(jié)理破碎帶等結(jié)構(gòu)面的發(fā)育是造成地下水滲透、圍巖失穩(wěn)的關(guān)鍵因素。查明構(gòu)造破碎帶范圍及性質(zhì)主要通過物探及鉆探,鉆探揭露仍然是最直接、最為有效的第一手段,因此,筆者認(rèn)為對于地鐵等地下類工程,應(yīng)該嚴(yán)格控制對構(gòu)造破碎類巖體的采取率控制要求,建議提高標(biāo)準(zhǔn)至75%～85%,對于地下水豐富地段按≥85%控制,一般地段按≥75%控制。鉆探過程中應(yīng)控制回次進(jìn)尺長度,在構(gòu)造等破碎巖體的地段,回次進(jìn)尺不應(yīng)宜為0．5 m。應(yīng)采用雙層巖芯管鉆頭或無泵反循環(huán)鉆進(jìn),終孔直徑不宜小于91 mm。

4　設(shè)計、施工中應(yīng)注意的問題

地鐵隧道施工中的安全問題,是涉及人命關(guān)天的核心問題,尤其是處在工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、和工程環(huán)境條件十分復(fù)雜的地段,提早進(jìn)行影響隧道施工安全因素的專項(xiàng)分析與研究,并提出預(yù)防措施的意見與建議,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)對M1號線巖土工程條件的分析,在設(shè)計、施工地下水豐富地段和構(gòu)造發(fā)育地段中,應(yīng)引起重視的問題進(jìn)行分析。

4．1地下水豐富地段

M1號線過海段最深處在海平面80 m以下,水壓力巨大,隧道圍巖級別為Ⅱ～Ⅵ級,由于場區(qū)巖石種類繁多、地質(zhì)條件復(fù)雜,現(xiàn)有勘察技術(shù)無法完全探明各級圍巖的分布位置及滲透性,因此隧道海域段設(shè)計、施工中應(yīng)特別重視多點(diǎn)水平超前鉆探揭露的信息,先通過超前鉆探查清掌子面前方的圍巖級別和滲水特征,再采取相應(yīng)設(shè)計和施工方案。

M1號線穿越的白沙河和李村河屬于區(qū)域性河流,河床為厚層的礫砂、卵石層,透水性強(qiáng)含水量豐富,且具有一定的承壓性,水壓力大,可達(dá)210 kPa～250 kPa。由于直接跟基巖接觸,在地下水的滲透、侵蝕、潤滑作用下,更加劇了隧道圍巖的不穩(wěn)定性,當(dāng)隧道頂板距基巖面較近時,可能會出現(xiàn)冒頂或者“塌陷洞”并引起上覆全新統(tǒng)洪沖積粗礫砂層(第9層)形成“塌陷漏斗”和流砂,當(dāng)頂板進(jìn)入第9層時會發(fā)生突涌、涌砂,使掌子面失穩(wěn),洞室形狀改變,給施工安全帶來嚴(yán)重危害,甚至有可能導(dǎo)致地面不均勻沉降,影響房屋、道路、地下管線等的正常使用,對工程環(huán)境造成不良的影響。因此,過河段設(shè)計時隧道埋深應(yīng)適當(dāng)加大,施工時注意施工振動控制及超前地質(zhì)預(yù)報工作,避免再次出現(xiàn)類似的工程事故。

4．2斷裂構(gòu)造發(fā)育地段

M1號線斷裂構(gòu)造型式多表現(xiàn)為破碎帶、碎裂巖帶、糜棱巖帶、節(jié)理很發(fā)育帶和節(jié)理發(fā)育帶等,寬度由幾米～幾十米。施工中,應(yīng)密切結(jié)合超前地質(zhì)鉆探,進(jìn)一步查明斷層的傾角、走向、寬度,巖體的破碎程度以及地下水活動等條件,做到有的放矢。設(shè)計施工應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支撐、早成環(huán)、勤量測”的原則。

另外,青島地鐵M1號線貫穿以滄口斷裂為界的膠南隆起和膠萊盆地,與M1線路相交的滄口斷裂位置基本處于盆地的邊緣附近,沉降比較敏感的地帶,故應(yīng)考慮地鐵線路在長期運(yùn)行過程中,因差異沉降對行車安全產(chǎn)生的不利影響。

5　結(jié) 論

(1)影響地鐵建設(shè)的安全因素非常多,應(yīng)著重從構(gòu)造體系、巖體特征、地下水與地表水水力聯(lián)系等方面,分析影響隧道施工安全的地質(zhì)因素。

(2)青島地鐵M1號線受膠州灣、白沙河、滄口斷裂等特殊地質(zhì)環(huán)境的影響,沿線穿越的地貌成因類型多、形態(tài)類型復(fù)雜、巖土種類多、變化大,工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件特別復(fù)雜。青島地鐵M1號線的勘察工作,應(yīng)重點(diǎn)圍繞圍巖的穩(wěn)定性、透水性開展工作,尤其在穿越膠州灣、沿海諸河流以及滄口斷裂等構(gòu)造地段,加大技術(shù)工作布置,提高勘察工作的精度。

(3)在穿越膠州灣、斷裂構(gòu)造以及河流地段,飽水砂層、構(gòu)造巖的物理力學(xué)性質(zhì)、構(gòu)造破碎(節(jié)理發(fā)育)地段的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征研究,是勘察工作的重中之重。對于構(gòu)造破碎類巖體的采取率控制要求,應(yīng)提高標(biāo)準(zhǔn)至75%～85%。設(shè)計時隧道埋深應(yīng)適當(dāng)加大,施工時注意施工振動控制,應(yīng)特別重視多點(diǎn)水平超前鉆探揭露的信息,優(yōu)化設(shè)計和施工方案。

(4)由于青島地鐵M1號線涵蓋了青島市主要的工程地質(zhì)現(xiàn)象和青島地區(qū)最主要的巖土工程問題,建議對其勘察成果資料進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)分析整理,有針對性地開展一些相關(guān)課題研究工作,這對青島市后續(xù)的地鐵線路的勘察、設(shè)計和施工都有極大的指導(dǎo)意義。

[1] 宋春明．山東省地質(zhì)礦產(chǎn)圖集[M]．濟(jì)南:山東省地圖出版社,2012．

[2] 賈永剛,譚長偉．青島城市工程地質(zhì)[M]．青島:青島海洋大學(xué)出版社,1995．

[3] 丁峰等．中華人民共和國地質(zhì)圖說明(滄口幅)比例尺1∶50 000[M]．濟(jì)南,山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 1999．

[4] GB50307-2012．城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S]．

[5] JGJ/T87-2012．建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程[S]．

Study on Engineering Geology Conditions of Qingdao Metro Line M1

Yan Qianggang1,2,He Shouying1,2,Yu Bo1,2

(1．Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute,Qingdao 266032,China; 2．Qingdao Geotechnical Engineering Center,Qingdao 266032,China)

Analyzing the engineering geology and hydrogeological conditions of qingdao,and combining with the characteristics of the qingdao subway,special engineering geology conditions and geological engineering investigation methods and relevant matters of Metro line M1 were discussed．Based on investigation importances,evaluation and analysis on key technics on design and construction of Metro is discussed,meanwhile some beneficial suggestions is issued, which is of certain guiding significance for geological investigation,design and construction on metro of Qingdao．

subway exploration;engineering geology conditions;underground water;geology structure

1672-8262(2016)01-154-04

P642

A

?2015—10—25

閆強(qiáng)剛(1970—),男,工程技術(shù)應(yīng)用研究員,博士,主要從事巖土工程勘察、設(shè)計技術(shù)研究。

青島市建設(shè)科技計劃項(xiàng)目基金(JK2014-9)