摘要:本文以地鐵工程的特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合廣州地區(qū)特定的地質(zhì)條件,討論廣州地鐵巖土工程勘察的重點(diǎn)和難點(diǎn),歸納不同的線路方案和施工方法對(duì)巖土工程勘察的要求,總結(jié)目前階段廣州地鐵巖土工程勘察中存在的問題,并提出幾條建議。
關(guān)鍵詞:巖土工程勘察;重點(diǎn);難點(diǎn)
1概述
廣州市為了滿足城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速、持續(xù)發(fā)展的需要,按照“東進(jìn)、西聯(lián)、南拓、北優(yōu)”的城市發(fā)展格局對(duì)軌道交通工程進(jìn)行規(guī)劃,到2010年廣州市將擁有9條城市軌道交通線路,線路總長(zhǎng)255km,車站總數(shù)164座。大規(guī)模的地鐵工程建設(shè)帶來了大規(guī)模的巖土工程勘察工作。本文從地鐵工程的特點(diǎn)出發(fā),結(jié)合廣州地區(qū)特定的地質(zhì)條件,探討廣州地鐵巖土工程勘察的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題。
地鐵工程按線路敷設(shè)方式可分為地下線、地面線和高架線;按功能可分為車站、區(qū)間、車輛段、停車場(chǎng)、變電站、控制中心等;按施工方法可分為盾構(gòu)法、礦山法、明挖法、蓋挖法和沉管法等。地鐵線路敷設(shè)方式和施工方法的多樣性,導(dǎo)致地鐵工程基礎(chǔ)類型和結(jié)構(gòu)形式的多樣性(如樁、連續(xù)墻、支撐、錨桿、復(fù)合地基等),因此,地鐵巖土工程勘察兼有鐵路隧道、城市高層建筑、深基坑、水文地質(zhì)勘察的特點(diǎn)。不同的線路敷設(shè)方式、工法和結(jié)構(gòu)形式對(duì)巖土工程勘察提出不同的要求和側(cè)重點(diǎn)。
2廣州地區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件
廣州大地構(gòu)造處于華南褶皺系中的粵中拗陷構(gòu)造單元,受加里東、印支、燕山及喜馬拉雅等構(gòu)造旋迴的作用,范圍內(nèi)發(fā)育了不同規(guī)模的褶皺和斷裂,并發(fā)育了沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖。其中,北東向的廣從斷裂和東西向的瘦狗嶺斷裂將廣州劃分為三個(gè)構(gòu)造區(qū),并控制各區(qū)的第四紀(jì)沉積及沉積中心的展布。
2.1廣從斷裂以西構(gòu)造區(qū)
位于北東向的廣花凹陷的南西部,主體構(gòu)造是北東向,由上古生界及其褶皺和伴生的斷裂以及二迭系和第三系向斜盆地構(gòu)成。白云區(qū)西部位于本構(gòu)造區(qū)范圍。本區(qū)第四系地層主要由上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)人工填土、沖洪積砂層、沖洪坡積土層和殘積層組成,下伏基巖主要為石炭系、二迭系、三迭系和第三系碎屑巖和碳酸鹽巖,巖性有灰?guī)r、泥灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖或頁(yè)巖、砂巖、泥巖、礫巖、灰質(zhì)礫巖等。本構(gòu)造區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)作用主要有巖溶、煤礦采空區(qū)、斷裂和風(fēng)化深槽。
2.2廣從斷裂以東、瘦狗嶺斷裂以北構(gòu)造區(qū)
位于增城凸起的西部,白云區(qū)東部、蘿崗區(qū)主要位于該構(gòu)造范圍。本區(qū)第四系主要由上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)人工填土、沖洪積土層、沖洪積砂層、河湖相沉積土層和殘積層組成,下伏基巖主要為燕山期侵入巖。本構(gòu)造區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)和特殊性土主要有花崗巖風(fēng)化殘積土、球狀風(fēng)化、風(fēng)化深槽、砂土液化等。
2.3廣從斷裂以東、瘦狗嶺斷裂以南的構(gòu)造區(qū)
位于三水?dāng)嘞菖璧貣|部,是由中生界白堊系構(gòu)成的東西向比較寬闊的褶皺和燕山晚期及喜馬拉雅期形成的一系列北西向斷層構(gòu)成的繼承性構(gòu)造。越秀、荔灣、天河、芳村、海珠、黃埔及番禺等大部分位于該構(gòu)造區(qū)范圍。第四系主要由全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)人工填土、海陸交互相沉積層、沖洪坡積層和殘積層組成,下伏基巖為白堊系沉積巖和震旦系變質(zhì)巖。本構(gòu)造區(qū)內(nèi)地鐵工程面臨的典型不良地質(zhì)作用主要有砂土液化、軟土、白堊系殘積層和風(fēng)化帶遇水軟化等。
廣州市地處珠江三角洲,河流縱橫,地下水豐富,埋深較淺。地下水按賦存方式可分為第四系孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水及碳酸鹽巖巖溶裂隙水。地下水位受季節(jié)、潮汐影響明顯。第四系孔隙水局部具有承壓性,隱伏巖溶中的巖溶裂隙水多具有承壓性。另外,廣州發(fā)育多個(gè)褶皺、斷裂構(gòu)造,受構(gòu)造裂隙和斷裂破碎帶的影響,水文地質(zhì)條件復(fù)雜。
3地鐵工程對(duì)巖土工程勘察的要求
地鐵巖土工程勘察按階段分為工可勘察、初勘、詳勘及施工勘察,另外必要時(shí)可在某階段補(bǔ)充水文專題勘察、斷裂專題勘察、軟土專題勘察、物探等。不同勘察階段有著不同的勘察精度和要求,以詳勘為例,廣州地鐵詳勘階段巖土工程勘察的主要目的和要求歸結(jié)如下:
(1)在初勘基礎(chǔ)上,詳細(xì)查明場(chǎng)地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,對(duì)于復(fù)雜地段或有特殊要求的地段,進(jìn)行重點(diǎn)勘察。
(2)詳細(xì)查明不良地質(zhì)條件及特殊性巖土的分布特征。
4廣州地鐵巖土工程勘察的重點(diǎn)和難點(diǎn)
4.1重點(diǎn)
4.1.1勘察應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工法需要
對(duì)于明挖法和蓋挖法,勘探孔一般布置于結(jié)構(gòu)邊線外2m左右,明挖通道、風(fēng)道等鉆孔可沿其中心線布置;結(jié)構(gòu)外側(cè)1倍開挖深度范圍宜布置鉆孔。巖土工程勘察需查明巖土分層及厚度;查明基巖產(chǎn)狀、起伏及坡度情況;查明不良地質(zhì);查明地下水類型、水位、水量、補(bǔ)給來源、滲透性、對(duì)混凝土及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性;判斷管涌、浮托破壞的可能性;判斷砂層的液化特征;判斷基坑降水的可能性;進(jìn)行土石可挖性分級(jí);評(píng)價(jià)環(huán)境對(duì)基坑開挖施工的承受能力;提供圍護(hù)結(jié)構(gòu)(樁、墻、土釘、錨桿)及永久性樁基設(shè)計(jì)所需的巖土參數(shù)(如重度、抗剪強(qiáng)度、泊松比、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、靜止側(cè)壓力系數(shù)、基床系數(shù)、樁基承載力特征值、巖土與錨固體的黏結(jié)強(qiáng)度等);提供工程地質(zhì)縱橫斷面等。
對(duì)于盾構(gòu)法,勘探孔沿線路兩側(cè)交錯(cuò)布置于隧道外3～5m。巖土工程勘察需查明地層構(gòu)造、層序以及地層中洞穴、透鏡體和障礙物分布。對(duì)于軟土、松散砂層、含漂石、卵石地層、高粉粘粒含量地層、掌子面軟硬不均地層及硬巖地層等對(duì)盾構(gòu)機(jī)具選擇和施工有重大影響的地層,應(yīng)重點(diǎn)勘察。查明硬巖的節(jié)理發(fā)育情況和巖體基本質(zhì)量分級(jí);查明地下水位、滲透系數(shù)、腐蝕性,估算掌子面涌水量(作為衡量隧道失穩(wěn)后破壞后果的一個(gè)參考指標(biāo));提供力學(xué)計(jì)算和盾構(gòu)機(jī)、刀具選型所需的巖土物理、力學(xué)參數(shù);進(jìn)行土石可挖性分級(jí)并提供工程地質(zhì)縱橫斷面。
對(duì)于礦山法,勘察孔盡量布置在開挖范圍外側(cè)3～5m。巖土工程勘察最首要的任務(wù)是進(jìn)行準(zhǔn)確的隧道圍巖分級(jí)。另外,勘察還應(yīng)著重查明水文地質(zhì)條件,估算隧道單位長(zhǎng)度(可按1m或10m)的涌水量;查明構(gòu)造破碎帶、含水松散圍巖、膨脹性圍巖、巖溶、遇水軟化崩解圍巖以及可能產(chǎn)生巖爆的圍巖;進(jìn)行土石可挖性分級(jí)并提供工程地質(zhì)縱橫斷面。對(duì)于凍結(jié)法施工,另需提供地層含水量、地下水流速、開挖范圍巖土層溫度及熱物理指標(biāo)等。
4.1.2勘察應(yīng)著重查明不良地質(zhì)及特殊性巖土
廣州地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,影響地鐵工程的不良地質(zhì)作用較多,如斷裂、巖溶(含白堊系紅層溶蝕及空洞)、采空區(qū)、花崗巖殘積層及風(fēng)化帶、球狀風(fēng)化、風(fēng)化深槽、軟土、硬巖等。
斷裂帶巖體破碎,樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量繞避,無法繞避時(shí)應(yīng)穿過斷裂帶;由于斷裂帶地下水活動(dòng)復(fù)雜,對(duì)地下隧道施工威脅較大,勘察階段應(yīng)予以查明斷裂帶的范圍、產(chǎn)狀、構(gòu)造破碎情況及富水性。斷裂的活動(dòng)性對(duì)地鐵工程可能會(huì)造成一定程度的影響,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行斷裂專題勘察,為設(shè)計(jì)考慮是否需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊處理提供資料。
廣州地鐵二、三、五、六號(hào)線均通過巖溶發(fā)育區(qū),珠江新城至赤崗塔過江段、如意坊、水蔭路等地巖土工程勘察中,還在白堊系紅層中揭示到洞穴。巖溶及紅層洞穴對(duì)地下線、高架線均帶來較大的不良影響。對(duì)地下線而言,可能造成盾構(gòu)機(jī)跌落事故,明挖或礦山法施工時(shí)巖溶承壓水可能擊穿隔水底板或者揭露到巖溶含水層,造成巖溶水突涌;對(duì)高架線來說巖溶及洞穴導(dǎo)致持力層選擇困難、樁基施工卡鉆、漏漿、造成地面塌陷并影響地面建筑和地下管線安全;樁基及隧道下如有隱伏巖溶,受加載影響有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)下沉;巖溶(尤其是土洞)的發(fā)展對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)也帶來不利影響,如土洞發(fā)展有可能造成結(jié)構(gòu)沉降,影響地鐵工程及環(huán)境安全。巖土工程勘察應(yīng)力求查明溶洞和土洞的分布及水文地質(zhì)條件。由于鉆探具有一孔之鑒的局限性,以及巖溶發(fā)育的局部無規(guī)律性,必要時(shí)鉆探應(yīng)結(jié)合物探方法進(jìn)行綜合探查。
采空區(qū)對(duì)地鐵工程的不利影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)垮塌引起地面塌陷和開裂,以及采空區(qū)上部巖體產(chǎn)生破壞和變形,引起地鐵隧道下沉和斷裂。廣州北郊(三元里至嘉禾)二迭系地層中含煤,該煤層自清代開始開采至今已形成大片采空區(qū)和錯(cuò)綜復(fù)雜的采煤巷道,由于采空區(qū)的平面位置及空間狀況對(duì)北部線路在線路敷設(shè)方案及工法選擇上有著極大的影響,應(yīng)通過調(diào)查、勘察等手段查明采空區(qū)的范圍和深度,分析煤礦采空區(qū)對(duì)地鐵線路的影響程度,為北部線路的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。
硬巖對(duì)盾構(gòu)機(jī)的選型及工法有重大影響。一般在巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度高于80MPa時(shí)宜選用單刃盤型滾刀,同時(shí)結(jié)合巖石強(qiáng)度和節(jié)理裂隙發(fā)育情況設(shè)計(jì)滾刀間距。盾構(gòu)機(jī)在硬巖地層中掘進(jìn)時(shí),刀具磨損嚴(yán)重,有時(shí)甚至損壞刀具和磨損刀盤,掘進(jìn)效率極低,此時(shí)宜選用礦山法(鉆爆法)施工。由此可見,查明硬巖的分布、強(qiáng)度、石英含量(研磨性)、裂隙發(fā)育情況是很有必要的。廣州發(fā)育有花崗巖、灰?guī)r、石英巖、輝綠巖等硬巖,巖土工程勘察中應(yīng)著重查明。
