城市軌道交通巖土工程勘察

樊友良

(福建省地質(zhì)工程勘察院 福建福州 350000)

1 工程概況

1.1 工程簡介

福州至長樂機(jī)場軌道交通工程是加快福州新區(qū)和濱海新城建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其功能定位為聯(lián)系福州市老城區(qū)及濱海新城的東西向的快速軌道，支撐濱海新城發(fā)展建設(shè)。該工程項(xiàng)目分為3 個(gè)標(biāo)段勘察，福州至長樂機(jī)場軌道交通工程第一標(biāo)段線路主要呈南北走向，該標(biāo)段線路起于福州火車站，沿華林路→六一北路→六一中路→下穿閩江→六一南路→南臺(tái)大道（下穿二環(huán)上跨三環(huán)），終于帝封江，穿越晉安、鼓樓、臺(tái)江、倉山4 個(gè)行政區(qū)，是福州主城區(qū)內(nèi)軌道交通南北向的主干線。勘察范圍包括福州火車站—塔頭站—閩都站—國貨路站—三叉街站—蓋山路站—帝封江站、東升村停車場及出入場線，全長約14.60 km，共計(jì)7 個(gè)車站6段區(qū)間、1座停車場、1條出入場線。按結(jié)構(gòu)形式分為車站主體、出入口通道及附屬設(shè)施、換乘通道、風(fēng)井、區(qū)間隧道、區(qū)間明挖段、聯(lián)絡(luò)通道、泵房、高架線路、車輛段（或停車場）、主變電站、控制中心等。除了帝封江站外其余均為地下線，車站一般用明挖法，區(qū)間采用盾構(gòu)法或礦山法。地下區(qū)間段擬采用的施工方法有明（蓋）挖法、盾構(gòu)法、礦山法、降水、止水、注漿、凍結(jié)法、盾構(gòu)端頭加固等。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 地形與地貌

擬建福州至長樂機(jī)場軌道交通工程第一標(biāo)段位于福州平原區(qū)上，線路起點(diǎn)火車站，山前沖積平原地貌單元，線路沿線于華林路、六一北路、六一中路向南展布，主要位于沖洪積、沖淤積平原地帶，后下穿閩江，在三叉街站附近進(jìn)入剝蝕殘山、丘陵地貌單元以及山前沖海積平原區(qū)域。線路穿過二環(huán)快速路后途經(jīng)高蓋山剝蝕殘丘區(qū)進(jìn)入蓋山站，后繼續(xù)沿著福州沖海積平原向南敷設(shè)，直至烏龍江北岸帝封江站。

該段沿線大部分位于現(xiàn)狀道路，除二環(huán)快線以南高蓋山剝蝕殘丘區(qū)外地形上總體較平坦，相對(duì)高差較小，沿線的地貌單元以沖海積-海陸交互相地貌單元為主，局部地段為剝蝕殘山地貌單元，地形略有起伏。沿線場地多為市區(qū)主干道、住宅、寫字樓、商店等，市區(qū)段各種地下管線復(fù)雜。總體地勢起伏不大，地面高程主要在4～11 m間。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

近場區(qū)位于北北東—北東向長樂—詔安斷裂帶、北西向閩江斷裂帶和北東東向斷裂帶的交匯地區(qū)。區(qū)內(nèi)北北東—北東向、北東東向和北北西—北西向的斷裂構(gòu)造較發(fā)育，具多期和不同性質(zhì)的活動(dòng)特點(diǎn)。本場地地形總體較平坦，場地地質(zhì)構(gòu)造基本穩(wěn)定，距離本場地最近斷裂構(gòu)造有八一水庫—螺洲斷裂（f21）、飛鳳山—前嶼斷裂（f10）、烏山—東山斷裂（f12）及大夢山—登云水庫斷裂（f13），這些斷裂的活動(dòng)時(shí)代多為前第四紀(jì)或第四紀(jì)早期，其中八一水庫—螺洲斷裂（f21）南段最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世早期。該區(qū)域下部基巖受斷裂的影響，局部地段劈理、節(jié)理裂隙較發(fā)育，存在節(jié)理裂隙密集帶，該路段內(nèi)局部圍巖較為破碎，具有富水特征。

1.2.3 地基土構(gòu)成及特征

我國許多城市，尤其是東南和西南地區(qū)地質(zhì)情況十分復(fù)雜，地質(zhì)類型多樣，工程性質(zhì)多變，需要對(duì)勘察點(diǎn)進(jìn)行加密，精確地測量勘探點(diǎn)之間的距離、深度和特征。而地下水的檢測和取樣技術(shù)要求也很高，實(shí)施起來也比較困難，在地層均勻性、確定地層階段的承載力等方面，更需要先進(jìn)的技術(shù)和儀器來進(jìn)行有效的輔助，這就給地質(zhì)勘探的控制和實(shí)施帶來了很多困難。根據(jù)沿線所揭露地層的地質(zhì)時(shí)代、成因類型、巖性特征、風(fēng)化程度等工程特性，將沿線巖土層分為9 個(gè)工程地質(zhì)層，各層內(nèi)根據(jù)地層情況細(xì)分為多個(gè)工程地質(zhì)亞層，主要土層參數(shù)見表1。

表1 地層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值

2 勘察工作

2.1 利用既有勘察成果，提高勘察質(zhì)量

巖土工程勘察工作既能為地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)方案的規(guī)劃和實(shí)施提供必要的地質(zhì)、力學(xué)建議，又要考慮到具體的規(guī)劃實(shí)施目標(biāo)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與美感創(chuàng)新、技術(shù)優(yōu)化實(shí)施等問題。目前的地鐵車站結(jié)構(gòu)形式一般涉及明挖、全暗挖站等，其截面設(shè)計(jì)型制、平面布置、荷載大小、基底壓力、層數(shù)規(guī)劃、柱梁形式及數(shù)目，在施工質(zhì)量、管線分布、美感營造、客流暢通率等多維度考慮，就需要巖土工程勘察在有效迎合工程建設(shè)意圖上達(dá)到實(shí)施技術(shù)與方法的精準(zhǔn)助力[1]。

另外，考慮到各區(qū)域的運(yùn)輸特征和調(diào)度效率的需要，地鐵隧道的結(jié)構(gòu)也會(huì)考慮到單線、雙線隧道、正線、折返線、渡線、臨時(shí)停車線、聯(lián)絡(luò)通道等隧道的結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮到前期地質(zhì)測繪、施工成本、工期等多方面因素，會(huì)在明、暗施工法，淺埋暗挖法，盾構(gòu)法等施工方法進(jìn)行靈活的選擇與組合，而這些施工結(jié)構(gòu)和技術(shù)的選擇對(duì)巖土勘察的內(nèi)容、區(qū)域、方法、試驗(yàn)精度和范圍等方面的要求也會(huì)有所不同，從而對(duì)巖土勘察的工作產(chǎn)生不同的影響。

此次城市軌道交通巖土勘察主要位于市區(qū)，線位周邊建筑物相對(duì)密集，同時(shí)現(xiàn)場地下市政管線密布，地表地下障礙物較多，施工中存在諸多約束因素。為了進(jìn)一步提高勘察工作，此次勘察充分利用了現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，通過形成巖土勘察數(shù)據(jù)庫便于模擬勘察及后續(xù)施工，有利于隨意調(diào)取現(xiàn)相關(guān)材料，在減少勘察工程量及規(guī)避勘察破壞地下設(shè)施等方面發(fā)揮著重要價(jià)值。

2.2 綜合利用各項(xiàng)勘察手段

該次勘察工作采用地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、原位測試（包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、圓錐動(dòng)力觸探、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)）、物理探測（波速測試、電阻率測試、微動(dòng)探測）、取樣、室內(nèi)試驗(yàn)、鉆孔抽水試驗(yàn)（帶觀測孔）及地溫測試、有毒有害氣體測試等多種勘探手段相結(jié)合的綜合勘察手段，充分結(jié)合地質(zhì)條件選擇科學(xué)探測技術(shù)。如場內(nèi)城市管線分布復(fù)雜，地下管線一般多埋深2～3 m，通過人工挖探，在開孔前采用洛陽鏟挖深至3.0 m 后，下2.0 m 長直徑160 mmPVC 管后再開孔鉆進(jìn)，有效規(guī)避了鉆探對(duì)地下管線的破壞。如因場地房屋密集、位于道路或輸電線附近而無法采用大型鉆機(jī)施工的鉆孔開展微動(dòng)探測工作，以查明各地層厚度，進(jìn)行巖土分層，為下一步工作提供依據(jù)，有效地解決了場地條件不允許無法鉆孔探測的缺點(diǎn)。

巖土工程勘察工作既能為地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)方案的規(guī)劃和實(shí)施提供必要的地質(zhì)、力學(xué)建議，又要考慮到具體的規(guī)劃實(shí)施目標(biāo)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與美感創(chuàng)新、技術(shù)優(yōu)化實(shí)施等問題。目前的地鐵車站結(jié)構(gòu)形式一般涉及明挖、明挖、明挖、全暗挖站等，其截面設(shè)計(jì)型制、平面布置、荷載大小、基底壓力、層數(shù)規(guī)劃、柱梁形式與數(shù)目，在施工質(zhì)量、管線分布、美感營造、客流暢通率等多維度考慮，就需要巖土工程勘察在有效迎合工程建設(shè)意圖上達(dá)到實(shí)施技術(shù)與方法的精準(zhǔn)助力。另外，考慮到各區(qū)域的運(yùn)輸特征和調(diào)度效率的需要，地鐵隧道的結(jié)構(gòu)也會(huì)考慮到單線、雙線隧道、正線、折返線、渡線、臨時(shí)停車線、聯(lián)絡(luò)通道等隧道的結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮到前期地質(zhì)測繪、施工成本、施工工期等多方面因素，會(huì)在明、暗施工法，淺埋暗挖法，盾構(gòu)法等施工方法中進(jìn)行靈活的選擇與組合，而這些施工結(jié)構(gòu)和技術(shù)的選擇對(duì)巖土勘察的內(nèi)容、區(qū)域、方法、試驗(yàn)精度和范圍等方面的要求也會(huì)有所不同，從而對(duì)巖土勘察的工作產(chǎn)生不同的影響[2-6]。

2.3 統(tǒng)籌考慮施工方法對(duì)勘察的要求

在城市中心，特別是建筑物基礎(chǔ)及基坑工程，基坑的開挖不僅改變了巖土自然平衡，也改變了地下水埋深較淺地段的水位，這些改變要求勘察前需調(diào)查清楚周圍已建建筑物和地下設(shè)施與軌道交通工程之間的關(guān)系，例如：已建建筑物和地下設(shè)施與軌道交通工程之間的關(guān)系，已建建筑物的基礎(chǔ)形式和埋深、與擬建建筑物有無安全距離、管線埋設(shè)、埋深、地下有無防空洞等。另外，城市地質(zhì)勘察工作在一定程度上會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境和生活產(chǎn)生一定的影響，從而使勘察工作更好地適應(yīng)和維護(hù)周圍的環(huán)境。

地質(zhì)勘探的主要目標(biāo)是工程地區(qū)及其附近的地形地貌、地質(zhì)狀況（包括水文地質(zhì)），因而地形地質(zhì)狀況的復(fù)雜性直接影響到勘測范圍（路線、寬度等），以及勘探的戰(zhàn)略和方法（精度）的選取，從而影響勘探工作的質(zhì)量和效益。

城市軌道交通工程的施工方法一般有明（蓋）挖法、礦山法、盾構(gòu)法；明（蓋）挖法又可細(xì)分為明挖法、蓋挖法，明挖施工的支護(hù)體系一般有樁（墻）加內(nèi)支撐支護(hù)、樁（墻）加錨桿（索）支護(hù)、土釘墻支護(hù)、自然放坡等；蓋挖又分蓋挖順作法和蓋挖逆作法；礦山法的施工工藝一般包括全斷面法、上斷面臨時(shí)封閉正臺(tái)階法、正臺(tái)階環(huán)形開挖法、單側(cè)壁導(dǎo)坑正臺(tái)階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等；盾構(gòu)法施工的盾構(gòu)類型一般包括敞開式盾構(gòu)、半敞開式和密閉式盾構(gòu)，密閉式盾構(gòu)根據(jù)其力學(xué)平衡原理又可分為土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)；此外，還有一些輔助工法，包括降水施工、止水施工、注漿施工、冷凍法施工、盾構(gòu)始發(fā)井和接收井加固施工等。施工方法眾多，施工工藝復(fù)雜，不同方法對(duì)應(yīng)的巖土勘察側(cè)重點(diǎn)不同，為滿足不同工法的需求，僅提供常規(guī)的物理力學(xué)指標(biāo)是不能滿足的，還應(yīng)根據(jù)需要提供基床系數(shù)、靜止側(cè)壓力系、數(shù)熱物理指標(biāo)、無側(cè)限抗壓、泊松比、圍巖級(jí)別、巖土施工工程分級(jí)等特殊參數(shù)和指標(biāo)[7-8]。

3 結(jié)語

綜上所述，該文深入討論城市軌道交通項(xiàng)目涉及內(nèi)容廣、專業(yè)針對(duì)性強(qiáng)及勘察手段多樣等特點(diǎn)，勘察方法需根據(jù)場地環(huán)境、建筑類型、結(jié)構(gòu)形式等特點(diǎn)具有針對(duì)性。筆者通過福州至長樂機(jī)場軌道交通工程第一標(biāo)段巖土工程勘察實(shí)例，探討分析城市軌道交通工程建設(shè)中巖土工程勘察特點(diǎn)，以期為今后類似工程勘察提供參考與借鑒。