青島地鐵4號線工程勘察外業精細化組織與質量控制研究

姜德鴻，冀東，閆強剛 ，卞立民 ，何松

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

1 引 言

城市軌道交通項目建設過程中可能面臨不良地質條件風險因素的影響，需進行大規模的巖土工程勘察工作[1]。由于城市地鐵工程整體深埋于地下，具有施工難度大、常跨越不同地貌單元、承受荷載復雜等特點，使城市地鐵勘察工作具有技術標準要求高、成果要求精度高、點多面廣且實施難度大的特征，其工作成果的可靠性及精準程度直接影響著地鐵工程建設的進度、安全與造價目標的實現[2～4]。大量工程實踐經驗表明，地鐵勘察外業技術工作質量不達標是造成勘察技術成果質量不滿足預期要求的主要癥結[5～6]。因此，必須在制定科學嚴謹的地鐵巖土工程勘察方案的前提下，在勘察外業現場實施過程中切實做好精細化組織及質量管控工作，使地鐵勘察成果的可靠度及準確度滿足業主、設計單位、施工單位等地鐵工程建設各相關方的要求。

青島地鐵四號線為主城區東西向的骨干線，從青島城區的中部東西向連接老城區、東部新區以及嶗山區沙子口鎮。線路全長約 30.66 km，全部為地下線，共設25座車站[7]。由于線路穿越市內的繁華熱點區域，有相當一部分勘察設計鉆孔位于老城區、繁華商業區的市政道路及兩側區域內，地面人流、車流密集；管線、人防干道等地下埋藏物情況錯綜復雜。現場勘察工作開展的難度大，項目工期、質量目標的實現面臨嚴峻挑戰。為此，青島市勘察測繪研究院青島市地鐵四號線工程勘察(一標段)項目部結合工程項目建設要求及環境背景特點開展了質量管理小組活動，針對勘察外業精細化施工組織與關鍵質量因素控制進行了相關的工程實踐與技術研究工作。

2 地鐵勘察外業技術質量風險點分析

早在上世紀90年代，青島地鐵1號線試驗段就已經進行了巖土工程勘察工作。自2009年青島地鐵3號線巖土工程勘察工作啟動至今，青島地鐵的建設步伐逐漸提速。至2017年年底，包括3號線、2號線、11號線、13號線、1號線、4號線、6號線、8號線等地鐵線路陸續完成了可行性研究、初步勘察、詳細勘察等階段的巖土工程勘察工作。基于參與青島地鐵巖土工程勘察工作的大量工程實踐經驗，筆者對地鐵勘察外業技術實施過程中所伴隨的關鍵質量風險點進行了歸納總結，重點圍繞項目環境背景因素、勘察大綱策劃及現場執行、勘察鉆探設備及工藝水平、從業人員因素四個方面進行分析。

2.1 項目環境背景因素

為分析影響青島地鐵勘察技術質量問題中的項目背景因素，通過現場發放和電子郵件相結合的方式，對地鐵勘察行業內的136名勘察設計人員進行了問卷調查，對取得的樣本數據進行統計，并經過分析整理制成了排列圖，如圖1所示。

經過調查可知，受占地限制勘探點不能就位、鉆孔偏移量過大、工期計劃緊張、巖土工程的不確定性等問題受到多數地鐵勘察從業人員的普遍關注，是影響勘察工作技術質量中的主要環境背景因素。“受占地限制勘探點不能就位”因素的占比高達46.18%，是項目環境背景因素中易造成外業技術質量風險的主要癥結。

圖1 影響地鐵勘察技術質量的環境背景因素排列圖

2.2 勘察大綱策劃及現場執行

地鐵項目勘察大綱是指導勘察外業工作開展的綱領性指導文件。大綱的策劃及編寫應在前期搜集工程地質資料及擬建工程特征信息的基礎上，立足于滿足建設項目巖土工程需求，科學依據各類規范技術標準[8]，兼顧設計單位技術要求與業主需求，經策劃編寫、評審論證、修改完善、批準簽發后應用于勘察項目實施中。青島地鐵勘察項目的大綱策劃一般都能夠按照嚴謹的程序進行，但也存在因初期認識不充分、設計方案變更導致的工點大綱針對性不強以及大綱方案現場執行存在偏差、技術工作變更審批程序不嚴謹的問題。如部分項目工點的工法、軌底埋深等設計內容已作了較大調整，而原勘察方案確未能及時相應調整，致使勘探鉆孔孔深、技術工作試驗方案的針對性等已不能滿足勘察技術要求、國家規范標準的要求。在特定的背景下，上述因素可能成為影響地鐵勘察外業技術質量的風險要素，應對其給予充分的關注。

2.3 勘察鉆探設備及工藝水平

工程地質鉆探是目前青島地鐵勘察外業工作的重要內容，也是獲取室內試驗各類原狀土樣、擾動樣、巖樣的主要手段。選取理想的設備與科學的工藝確保工程地質鉆探工作高質、高效完成對于確保地鐵勘察外業技術質量有著至關重要的意義[9]。在外業勘探工作中，由于沒有嚴格的設備工藝準入門檻，在緊張工期背景下常出現短時間內對鉆探設備存在巨大需求缺口的情況，導致應用于地鐵勘察項目現場中的鉆探設備及工藝水平參差不齊，易出現技術質量要求不達標、實際工效低、環境污染問題突出的情況。

2.4 從業人員因素

青島地鐵勘察項目一般通過公開招標的方式由中標的工程勘察綜合類甲級企事業單位承擔。近年來，專業技術人員中具有注冊土木工程師(巖土)執業資格的比例較往年有了較大提升(如圖2所示)，絕大多數專業技術人員對規范標準的主要條款、強制性條文有著較深刻的認識，普遍有著較高的專業技術素養。由于對承擔勘察現場外業工作的勞務單位資質普遍沒有強制性要求，導致部分勘察外業勞務隊伍人員素質參差不齊，從業人員對規范標準及技術要求的認識不足。在現場技術質量管控覆蓋不全面的情況下，易出現鉆探取芯率低、取樣及原位測試完成質量低、鉆孔偏移大等技術質量問題。

圖2 從事青島地鐵勘察項目的工程勘察綜合類甲級企業注冊巖土工程師統計直方圖

3 勘察精細化施工組織及質量控制對策

由于青島地鐵勘察外業工作中存在諸多可能造成技術質量成果不達標的風險點，必須制定有針對性的對策措施，有效控制勘察外業工作質量，確保巖土工程勘察成果準確可靠，為設計施工提供科學的依據。為此，圍繞上述外業技術質量風險點，提出四個方面的針對性對策措施。

3.1 車行道施工組織措施

由于場地條件的限制，青島地鐵四號線工程勘察一標段約有10%～15%的勘探點位于車流量密集的城市主干道、次干道上(如圖3所示)。受行政審批、工期計劃、施工組織等因素影響，易出現勘探點不能就位、鉆孔偏移量過大的問題。為此，必須制定一套科學合理的地鐵勘察占路施工組織流程方案，保障車行道勘探點現場工作有序高效開展，確保外業工作質量。

在總結以往工程實踐經驗的基礎上，結合青島地鐵四號線勘察項目特點，在車行道施工組織方案策劃中重點考慮了以下因素：

圖3位于車行道上的青島地鐵四號線勘察作業現場

(1)根據現場環境及地質情況，優化勘探點平面布置。在車行道勘探點的外業施工組織措施制定前，應在充分的現場踏勘基礎上逐點梳理勘探點平面布置是否妥當。對鉆孔的平面間距的設計應同時兼顧地質條件復雜程度及對路面交通造成的擁堵預期情況；考慮勘探安全及減少道路擁堵，應盡可能避免將點位布設于主干道的中間車道上；施放勘探點前認真查閱相關管線資料，若勘探點位置與被查明管線沖突需及時調整點位。

(2)在與勘察外業相關方充分溝通的基礎上制定具體的施工組織方案。施工組織方案制定前，應與交管等行政審批部門充分對接溝通，預測臨時性勘探占路施工可能對道路造成的擁堵情況，考慮對部分車道通行進行調整，制定多批次、交替間隔的施工組織方案；減少交通擁堵，最大程度爭取作業空間及施工工期。

(3)重視勘探施工輔助工序組織及資源保障計劃。與常規區段的勘察外業工作相比，位于車行道上勘探點的勘察外業施工包括道路封閉、防護及警示設施搭設、地下管線隱患排查、設備調配進場、場地恢復等更多的輔助工序工作。因此，必須做好科學統籌規范，投入足夠的人力、物力資源保障，使各個工序銜接緊密，避免因輔助計劃不周密導致勘探外業整體計劃的延誤。

3.2 優化原位測試及水文地質試驗現場實施方法

在地鐵勘察外業現場工作中，由于受現場條件限制及各工序銜接不理想的影響，現場試驗測試工作往往無法按照預定的方案開展，常出現變更甚至無法實施的情況。為此，調整優化了常規勘察原位測試、室內試驗技術工作的實施方法，依據動態調整的原則，采取的具體實施措施如下：

(1)將包括巖石點荷載強度巖芯波速試驗及部分土工試驗等室內試驗的工作地點直接設置于勘察外業現場，取樣后實時進行各類試驗工作，并依據試驗結果指導調整地層劃分、取樣布置。在實現現場取樣與室內試驗工作的緊密銜接的同時，有效避免了取樣質量差、送樣不及時等因素引起的技術質量問題。

(2)對特殊情況下部分原位測試工作的實施方法進行了調整。如鉆孔的波速測試優先保障勘探點處建設項目重點位置的測試(如地鐵地下結構的洞身、頂板位置)；在必要情況下勘探點終孔前可提前進行波速測試，如圖4所示。

圖4 勘察外業現場開展的巖土工程試驗測試工作

(3)為保障地下水水位的量測及水試樣取樣等勘探鉆探完成后的后續工作的技術質量，在原有勘探孔布設方案的基礎上，視工程現場進度情況，在可較長期觀測水位地段增設水文地質試驗孔，保障地下水水位觀測及取水樣質量。

3.3 對勘探設備工藝選取及鉆進參數進行優化設計

如何在保證取芯質量的前提下，提高勘察鉆探工作效率，縮短鉆探工作時間，滿足項目工期計劃要求，是地鐵項目勘察技術人員普遍關注的問題。為改善上述技術問題，采取了以下措施：

(1)對勘探鉆進參數進行優化設計。選用不同的鉆機轉速、鉆壓、泵壓等鉆進參數，如何控制回次進尺、施鉆過程，都可以對巖芯的采取率、工效造成影響。為此，通過臨界值理論計算，對鉆機轉速、鉆壓、沖洗液量等鉆進參數進行了設計，并通過反復的現場驗證試驗測試確定了不同地層的最優鉆進參數，如表1所示。

勘察鉆探鉆進的推薦參數 表1

(2)優化鉆具結構及取芯工藝。針對傳統鉆探設備鉆具在極破碎、軟弱易沖蝕及極不均勻地層下取芯質量差、鉆探效率低的問題，對目前現場應用最廣泛的單動雙管取芯鉆具結構進行了優化設計改造，使用既能充分收攏卡取并保護軟弱破碎巖芯，又有足夠剛度卡住拔斷硬脆巖芯的半剛性取芯裝置，解決傳統取芯裝置在頻繁軟弱夾層發育的復雜地質條件下鉆進效率低的問題。現場應用試驗表明，改進后的鉆具在頻繁軟弱夾層發育的復雜地質條件下鉆進時，無須經常更換鉆具，也不需要嚴格控制回次進尺來保證巖芯采取率，可有效提高軟硬不均地層的取芯質量與鉆進效率。

3.4 加強從業人員的考核管理與教育培訓工作

地鐵項目的勘察外業工作具有點多面廣、工期緊張的特點，現場的勘探勞務工作往往由多家勞務單位共同承擔，人員素質與配備情況良莠不齊，現場的綜合協調管理難度較大。為此，應當制定完善的勘察鉆探勞務合作單位管理規章制度，通過考核評分、經濟獎罰等精細化管理辦法，加強對勘察勞務單位的管理。此外，應當在項目實施前、實施過程中，定期、不定期地開展有關技術質量的教育培訓工作，不斷提高從業人員的質量意識與技術水平，確保勘察外業工作技術質量。

4 結 語

截止至2017年年底，青島市地鐵四號線工程勘察(一標段)項目部共完成勘察鉆孔近 1 000個，勘探進尺近 38 000 m。其中順利完成了位于城市主干道等嚴苛時空作業背景下的鉆孔300余個，占比近40%，期間未出現一起安全技術質量事故，勘察外業質量一次達標率近100%。工程實踐檢驗結果表明，依托青島地鐵四號線工程勘察項目的實施研究形成的精細化施工組織與技術質量管理辦法可科學地指導繁華街區地鐵勘察外業組織實施，顯著提高勘察外業工作效率，縮短項目工期，同時可嚴格保障勘察外業工作質量，降低后期施工階段圍巖變更率。研究成果對于類似繁華街區環境條件下地鐵勘察工作可以起到很好的借鑒與指導作用，具有廣闊的推廣與應用前景。

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