城市軌道交通巖土工程勘察方法及其優化措施研究

卓凡 ，張海波

（1.中交四航局第五工程有限公司，福建 廈門 361100；2.廣州航海學院，廣東 廣州 510725）

0 引言

城市軌道交通建設在城市化進程中越來越重要，其具有安全、穩定、快速的特點，為城市交通發展提供了新的方向和動力。城市軌道交通建設是一項系統工程，具有線路工程、建筑工程、地下工程的特點，工程規劃、設計和施工工藝都十分復雜。巖土工程勘察的成果是城市軌道交通規劃、設計和施工的基礎，對設計及施工具有很好的指導價值，因此，城市軌道交通對巖土工程勘察成果的要求非常高。

陳熹[1]系統地探討了城市地鐵巖土工程勘察需注意的問題，并提出了詳細可行的建議。何維山[2]研究分析了相關技術在公路工程巖土勘察中的應用，取得了很好的效果，在公路建設與施工中起到了重要作用。肖星球[3]從水文地質方面對巖土工程勘察進行研究，對研究結果進行統計分析，提出針對性意見。曹昭輝[4]以南京河西地區某城市軌道交通工程勘察項目為例分析了城市軌道交通工程勘察方法及勘察成果對施工的指導價值。胡家亮等[5]以結合佛山地區為例，利用鉆探、原位測試、物探、室內試驗等勘察技術來研究地鐵沿線區域性質，對佛山地鐵二號線一期工程提出合理可行的工程措施建議。魏軍等[6]在上海某地鐵線路某車站巖土工程勘察中，開展抽水試驗并分析，并計算了抽水試驗的影響半徑。雷艷[7]、李煒[8]主要針對巖土工程勘察工作中，水文地質勘察的地位以及相關內容展開分析。張衎[9]從巖土工程勘察設計與施工的實際出發，分析巖土工程與水文地質的關系。王曉光[10]從不同方面分析了水文地質調查在巖土工程勘察中的應用，認為水文地質調查與環境地質調查、工程地質調查一致，均為巖土工程勘察中的主要內容。

為城市軌道交通提供準確的數據，加強對巖土工程勘察方法及其優化措施的研究是非常關鍵的。

1 城市軌道交通巖土工程勘察的特點

（1）城市軌道交通中巖土工程地質勘察的情況比較復雜。由于城市的運行需要各種地下管線的支撐，因此城市底線管線錯綜復雜，難以進行精確測量。地下供暖、供水、電力、天然氣、電纜等地下管線分布較多，增加了城市軌道建設的勘探工作的復雜程度，所以開展城市軌道交通巖土工程地質勘察工作時需要格外小心，避免觸及到已經建設好的地下綜合管廊等地下城市管網。

（2）城市軌道交通中巖土工程地質勘察具有勘探里程長、工作量大等特點。城市軌道距離較長，在實際的勘探過程中需要一次進行較長距離的勘察，這就要求勘測中要使用新技術、新工藝、新方法。在提高勘察效率的基礎上，同時也能通過精密儀器和工作人員的配合，進一步提高勘察的精度。

（3）城市軌道交通巖土工程地質勘察的難度較大，這是由城市的地形與環境所造成的。由于城市的建筑物眾多，相互之間比較密集，因此，在勘察過程中要十分注意，避免對建筑物和相關地下管線造成破壞，這就增加了城市軌道交通巖土工程地質勘察的難度。

2 城市軌道交通巖土工程勘察概況及存在的問題

2.1 城市軌道交通巖土工程勘察的必要性

巖土工程參數是城市軌道交通規劃、施工、運營階段不可缺少的依據。①巖土的構成情況對城市軌道交通的安全性和穩定性有重大影響。這就需要對城市軌道交通巖土工程進行詳細的勘察，準確探明各地質層的詳細情況，為工程提供堅實的基礎數據。②地下水的勘察是巖土工程勘察的重要組成部分，地下水對巖石的屬性有很深的影響，需要對此進行認真勘察。針對巖土工程勘察中存在的問題進行分析，并提出合理的建議與改進措施，能有效確保城市軌道交通的安全性和穩定性。

2.2 城市軌道交通巖土工程勘察存在的問題

（1）對城市軌道交通巖土工程勘察工作不夠重視。在實際的城市軌道交通巖土工程勘察中，勘察人員往往只關心巖土的地質情況而忽視了水文地質的信息，這就導致了巖土工程勘察的片面化，不能從全局的角度分析得到準確的地質參數。

（2）對城市軌道交通巖土工程勘察不夠深入。現階段尚未形成系統的、科學的、完善的城市軌道交通巖土工程勘察體系。在實際工程勘察中，相關勘察浮于表面，難以深入。這就使得相關水文地質勘查結果的可靠性與準確性較低，不能夠為工程提供精準的基礎數據。

3 城市軌道交通巖土工程勘察方法及技術手段

3.1 案例基本概況

廈門市軌道交通6 號線集美至同安段工程中嘉庚體育館至同翔高新城段（即9 號線一期工程）是廈門島外環灣串聯同安區與集美區的線路，線路南起嘉庚體育館站，北至同翔高新城站，沿潯江路-美山路-西洲路-濱海西大道-陽翟路西側規劃軌道交通走廊-霞輝路-環城路-五顯路（規劃同新路）布設，串聯集美老城、僑英片區、美峰現代服務業基地、環東海域新城、西湖片區、同安老城、同翔高新城等城市節點和重要組團。

本工程線路正線右線全長26.420km，設站15 座，平均站間距1.822km，其中換乘站4 座，分別與4、5、6、11 號線及BRT 換乘；設1 段1 場，分別為寨陽車輛段、洪塘頭停車場，出入線分別自同安一中站、潘涂站接軌，出入線長度分別為1.612km、0.702km；設2 座主變電所，其中1 座利用4 號線西洲主變電所，新建1 座新民主變電所，位于新民站附近，與5 號線共享；控制中心共用1 號線園博苑控制中心。

3.2 室內巖、土、水試驗

（1）一般黏性土試驗提供的參數包括比重、含水量、天然密度、濕密度、孔隙比、飽和度、液限、塑限、塑性指數、液性指數、壓縮系數、壓縮模量（視需要選做固結系數、水平固結系數、各級壓力下的孔隙比）、天然快剪、固結快剪、不固結不排水剪UU、固結不排水剪CU、滲透系數、靜止側壓力系數、自由膨脹率、有機質含量。對需要測定基床系數的，選擇代表性樣品采用三軸試驗測定。對盾構施工的黏性土，加做顆粒分析。

（2）砂土（擾動土）試驗提供以下參數，即比重、顆粒分析，包括砂土、粉土的級配、特征粒徑（d70、d60、d50、d30、d10）、不均勻系數、曲率系數及土名，并提供黏粒含量百分率ρc，提供砂土的水上、水下坡角。

（3）殘積土除需要提供一般黏性土試驗及顆粒分析試驗外，還需提供細粒土的天然含水量、塑性指數、液性指數等細粒土指標。

（4）巖石試驗項目包括比重、密度（天然、烘干、飽和）、吸水率、飽水率、孔隙率、單軸極限抗壓強度（天然、飽和、烘干）、軟化系數，選擇部分樣品作彈性模量（E）、泊松比、巖石抗剪斷強度（c、? 值）、抗拉試驗、巖石波速試驗，以及軟化試驗等。當破碎巖體取樣困難時，采用點荷載試驗測定其強度指標。工點具體試驗項目根據工程需要確定。

（5）地下工程水質分析項目包括：pH、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO3-、CO32-、侵蝕性CO2、SO42-、OH-、NH4+、游離CO2、總礦化度。

（6）對處于地下水位以上的混凝土結構，取土樣做土的腐蝕性試驗。

3.3 水文地質試驗

勘察期間在鉆孔M9Z3-TQM-46 進行抽水試驗，利用鉆孔M9Z2-TQM-002 抽水試驗成果，以查明不同含水層的水文地質參數。

采用單孔穩定流試驗法，用螺桿潛水電泵抽水，計量工具為旋翼式水表計，水位測量工具為萬用表。針對不同的水層選用相應直徑的濾水管，進行洗井和試抽試驗。對得到的數據利用相關公式進行參數計算求解，進而得到不同含水層的水文地質參數。

抽水孔均做2～3 次降深，降深的穩定延續時間為8～16h，水位允許波動范圍為3～5cm，試驗操作符合相關規范。試驗精度與專門水文地質抽水試驗有一定差異，可作為大致評價場區巖土水文地質特性的依據。

3.4 隧道涌水量預測

3.4.1 盾構隧道涌水量預測

擬建區間隧道采用盾構法施工。盾構法施工主要是掌子面進水，正常掘進時隧道周邊不進水，遇事故或障礙時方進行排水，故采用達西定律分別估算隧道最大涌水量。

式中：Q——隧道通過含水體的正常涌水量，m3/d；K——滲透系數，m/d；△H——隧道底板到潛水面的距離，m；d——隧道直徑，m；L——滲流長度，m，取10m。

3.4.2 暗挖法隧道涌水量預測

擬建區間隧道設置有3 處聯絡通道，根據工程設置，采用暗挖法施工，聯絡通道采用古德曼經驗公式估算聯絡通道開挖面最大涌水量。

式中：Q0——隧道通過含水體地段單位長度的最大涌水量，m3/d；K——含水體滲透系數，m/d；H——靜止水位至洞身橫斷面等價圓中心的距離，m；d——洞身橫斷面等價圓中心的距離，m，d=6.2m；L——單位長度，m，L=1m。

根據式（2），計算隧道掌子面涌水量，如表1 所示。

表1 古德曼經驗公式估算聯絡通道隧道涌水量計算

4 城市軌道交通巖土工程勘測方法的優化措施

4.1 形成系統的城市軌道交通巖土工程勘察體系

為提升城市軌道交通巖土工程勘察的工作效率，需要形成系統的形成系統的城市軌道交通巖土工程勘察體系，確保勘察過程的可實施性強、勘察流程高效、勘察結果可靠。并對存在的問題提出合理的改進措施。

4.2 提高城市軌道交通巖土工程勘察的準確性

巖土工程勘察結果的準確性和可靠性對城市軌道交通具有深遠的指導意義，在實際的巖土工程勘察工作中采用新技術、新工藝、新方法，不斷提高勘察結果的準確性，最大限度的保證勘測結果準確可靠，將城市軌道交通巖土工程勘察推向新的高度。

4.3 制定科學的城市軌道交通巖土工程勘察評價標準

制定科學的、成體系的城市軌道交通巖土工程勘察評價標準，按照實事求是、因地制宜的原則，制定符合具體城市的軌道交通巖土工程勘察評價標準，對城市軌道交通巖土工程勘察進行評價，不斷推動城市軌道交通工程勘察的高效發展。

5 結語

城市軌道交通巖土工程勘察是巖土工程勘察的重要組成部分，為城市軌道交通的規劃、建設、運營提供準確可靠的數據支撐。文章在結合相關研究的基礎上，結合實際工程項目，研究了城市軌道交通巖土工程勘察中的勘測方法及其優化措施，結論如下。

（1）系統分析了城市軌道交通巖土工程勘察中的勘測方法及技術手段，得到了精確的水文地質試驗結果和隧道涌水量預測。為城市軌道交通的進行提供了安全、可靠的基礎數據。

（2）工程區地下水主要以風化裂隙孔隙水、第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水為主，地下水位較高。第四系沖洪積砂土為主要含水地層。場區水文地質條件總體較為復雜。

（3）工程區地表水環境類型為Ⅰ類、Ⅱ類時，對城市軌道交通建設所采用的鋼筋混凝土結構具有輕微的腐蝕性。地下水位以上地基土環境類型為Ⅱ類時對對城市軌道交通建設所采用的鋼筋混凝土結構具有輕微的腐蝕性。

（4）應充分學習城市軌道交通巖土工程勘察相關理論知識、提高城市軌道交通巖土工程勘察的能力、給出合理的地質參數對于安全、穩定地建設城市軌道交通工程至關重要。