青島地鐵勘察技術(shù)手段分析及發(fā)展對(duì)策建議

冀東，何松，邵鋮，魏嘉新，李文光

（1.青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032； 2.青島巖土工程技術(shù)研究中心，山東青島 266032；3.山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦，山東萊州 261442）

青島地鐵勘察技術(shù)手段分析及發(fā)展對(duì)策建議

冀東1，2?，何松1，2，邵鋮1，2，魏嘉新1，2，李文光3

（1.青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032； 2.青島巖土工程技術(shù)研究中心，山東青島 266032；3.山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦，山東萊州 261442）

青島市區(qū)內(nèi)城市軌道交通工程線路?？缭讲煌孛矄卧叵陆Y(jié)構(gòu)整體深埋于地下，采用多種施工工法；項(xiàng)目建設(shè)對(duì)勘察工作的準(zhǔn)確性與可靠性有著極高的要求，勘察成果的好壞將直接影響地鐵項(xiàng)目建設(shè)的工期、安全與造價(jià)。在分析青島地鐵勘察主要技術(shù)手段、工作重點(diǎn)及常見問題的基礎(chǔ)上，從鉆探設(shè)備及工藝水平提升、受控定向鉆探及綜合物探技術(shù)應(yīng)用、地鐵勘察信息化建設(shè)、專業(yè)人才隊(duì)伍培養(yǎng)等幾個(gè)方面出發(fā)，提出了相應(yīng)的發(fā)展對(duì)策與建議。

城市軌道交通；勘察技術(shù)；定向鉆探；綜合物探

1 引 言

地鐵建設(shè)在我國北京、天津、上海、南京、武漢、重慶、廣州、深圳、青島等城市已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的黃金時(shí)期［1～2］。根據(jù)青島市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，全市規(guī)劃形成軌道交通線路19條，全長 814.5 km［3］。目前，除已于2015年底投入運(yùn)營的地鐵 M3號(hào)線外，M1、M2、M4、R1、R3等多條熱點(diǎn)線路也已經(jīng)處于全面建設(shè)階段［3］。

由于青島地區(qū)特殊的工程地質(zhì)條件，使地鐵車站和區(qū)間大多整體深埋于地下，地下主體結(jié)構(gòu)類型較為復(fù)雜。部分線路同時(shí)采用明挖法、礦山法、盾構(gòu)法、TBM法等多種的施工方法，在全國范圍內(nèi)比較罕見［4］。上述因素使得青島地鐵的勘察工作具有技術(shù)要求高、實(shí)施難度大的特征，其工作成果的好壞將直接影響地鐵項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)度、安全與造價(jià)［5～6］。在此背景下，如何根據(jù)青島地鐵沿線地質(zhì)條件、勘察階段與建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)，不斷探索創(chuàng)新勘察技術(shù)手段與工作方法，進(jìn)而獲取更為翔實(shí)可靠的地勘資料，已成為勘察設(shè)計(jì)技術(shù)人員亟須解決的問題。為此，在分析青島地鐵勘察主要技術(shù)手段、工作難重點(diǎn)及常見問題的基礎(chǔ)上，從鉆探設(shè)備及工藝水平提升、受控定向鉆探及綜合物探技術(shù)應(yīng)用、地鐵勘察信息化建設(shè)、專業(yè)人才隊(duì)伍培養(yǎng)等幾個(gè)方面出發(fā)，提出了相應(yīng)的發(fā)展對(duì)策與建議，為類似地鐵勘察項(xiàng)目工作的科學(xué)布置與高效實(shí)施提供指導(dǎo)和借鑒。

2 青島地鐵勘察的主要技術(shù)手段及工作重點(diǎn)分析

青島地鐵M4號(hào)線為青島主城區(qū)的骨干線路，總體呈東西走向，從青島城區(qū)的中部東西向連接老城區(qū)、東部新區(qū)以及嶗山區(qū)沙子口鎮(zhèn)。線路自人民會(huì)堂站起，經(jīng)太平路、熱河路、華陽路、內(nèi)蒙古路、海泊橋后，沿鞍山路、遼陽西路、遼陽東路、李宅路（S296）、李沙路（S214）到達(dá)終點(diǎn)沙子口站，線路長26.15km，全部為地下線。由于青島地鐵4號(hào)線沿線區(qū)域的地質(zhì)條件基本涵蓋了青島地區(qū)常見的地形地貌及地層情況，具有典型代表意義［7］。故以青島市地鐵4號(hào)線工程勘察（詳勘階段）的方法為例，介紹青島地鐵勘察的主要工作方法。

青島地鐵M4號(hào)線主要勘察手段及布置原則［8］表1

? 收稿日期:2016—01—04

作者簡介:冀東（1987—），男，博士，工程師，主要從事巖土工程勘察技術(shù)、巖石力學(xué)與工程領(lǐng)域的研究工作。

續(xù)表1

如表1所示，根據(jù)青島地區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件和地層情況，青島地鐵4號(hào)線工程勘察（詳勘階段）采用了工程地質(zhì)測(cè)繪、工程鉆探、原位測(cè)試、工程物探、水文地質(zhì)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)等勘察方法，結(jié)合工程特性和場(chǎng)地條件采取具代表性的巖樣、土樣、水樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)分析，多種手段相結(jié)合的綜合勘察方法。根據(jù)多年來的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)青島地鐵項(xiàng)目的勘察工作需關(guān)注以下要點(diǎn):

圖1　市區(qū)繁華商貿(mào)區(qū)地鐵勘探作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

（1）青島市區(qū)交通非常繁忙，地鐵線路兩側(cè)建筑物密集，而大部分設(shè)計(jì)鉆孔位于繁華市政道路及其兩側(cè)（如圖1所示），局部地區(qū)街道狹窄；地下管線復(fù)雜，人防干道、地下埋藏物不清?？紤]到上述因素，現(xiàn)場(chǎng)工程鉆探時(shí)需要面臨一定的安全施工隱患及大量的協(xié)調(diào)工作。此外，青島地鐵埋深較大，鉆探深度較深，有相當(dāng)一部分的鉆孔設(shè)計(jì)孔深超過 60 m，現(xiàn)場(chǎng)鉆探作業(yè)實(shí)施時(shí)應(yīng)充分考慮鉆探工藝特點(diǎn)及工期要求。

（2）由于青島地區(qū)特殊的工程地質(zhì)條件，使地鐵車站和區(qū)間選取了多種不同的結(jié)構(gòu)類型及施工方法。區(qū)間隧道施工方法包括礦山法、盾構(gòu)法、TBM法；地下車站優(yōu)先考慮暗挖法，其次為明挖法，需考慮與其他線路換乘、TBM過站等問題；涉及如此多樣的施工方法在全國范圍內(nèi)是比較罕見的。這些不同的設(shè)計(jì)方案、施工方法出現(xiàn)的巖土工程問題有所不同，需要提供的資料內(nèi)容和設(shè)計(jì)參數(shù)亦有一定的差別，這就對(duì)勘察技術(shù)工作布置及巖土工程問題評(píng)價(jià)提出了較高的要求。

（3）地鐵工程勘察屬線狀展布的線路勘察，單元巖土層常水平緩變或切割突變，直至缺失；一條線路常跨越不同的地貌單元，部分區(qū)域受斷裂、構(gòu)造活動(dòng)影響顯著，巖土工程指標(biāo)差異很大。為此，在勘察工作中需精確查明不良地質(zhì)體的分布特征及影響范圍，并提出針對(duì)性的工程措施及防治建議。

3 發(fā)展對(duì)策建議

3.1 優(yōu)選先進(jìn)鉆探設(shè)備提升鉆探工藝水平

深孔工程地質(zhì)鉆探是目前青島地鐵的勘察工作的重要內(nèi)容之一，也是獲取室內(nèi)試驗(yàn)各類原狀土樣、擾動(dòng)樣、巖樣的主要手段。以正在開展的4號(hào)線一標(biāo)段詳細(xì)勘察工作為例，共布設(shè)鉆孔846個(gè)，總設(shè)計(jì)孔深超過32 000 m，預(yù)計(jì)取各類試驗(yàn)樣品近 4 000件。因此，選取理想的設(shè)備與工藝確保工程地質(zhì)鉆探工作的高質(zhì)、高效完成，對(duì)于整個(gè)勘察工作具有至關(guān)重要的意義。

目前，在青島地鐵勘察項(xiàng)目中常見的鉆探設(shè)備是采用單層巖心筒取芯的XY-1型鉆機(jī)。如圖2所示，該型號(hào)鉆機(jī)配置有履帶，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)；單層巖芯筒雖取芯質(zhì)量與取芯率稍差，但尚能滿足一般工民建勘察項(xiàng)目的要求。然而在地鐵勘察項(xiàng)目中，其動(dòng)力配置較差，節(jié)理裂隙發(fā)育帶、斷裂構(gòu)造區(qū)巖石采取率低等問題，常常難以滿足工期及技術(shù)要求。此外，該鉆機(jī)的噪音、環(huán)境污染問題也比較突出。

圖2　青島地鐵勘察項(xiàng)目中的鉆探設(shè)備

為此，青島地鐵1號(hào)線詳勘項(xiàng)目中部分工點(diǎn)應(yīng)用了GXY-2BT型鉆機(jī)與雙層巖心筒取芯技術(shù)，并通過其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況分析了有關(guān)技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、工效等指標(biāo)［9］。圖3給出了兩種鉆機(jī)對(duì)于某一工點(diǎn)相近地層的取芯情況對(duì)比。GXY-2BT型鉆機(jī)及雙層巖心筒取芯技術(shù)對(duì)微風(fēng)化基巖、節(jié)理裂隙發(fā)育帶的巖芯采取率可接近100%，對(duì)受斷裂、構(gòu)造影響巖體的采取率也可達(dá)到90%以上；其工效、單位進(jìn)尺能耗等指標(biāo)也要明顯優(yōu)于XY-1型鉆機(jī)。因此，為了更好地實(shí)現(xiàn)勘察鉆探的工期與技術(shù)目標(biāo)，建議在今后的地鐵勘察鉆探工作中，特別在鉆孔揭露巖體破碎、斷裂構(gòu)造發(fā)育的地段，優(yōu)先采用更為先進(jìn)、成熟的鉆探設(shè)備及雙層巖芯管取芯技術(shù)。

圖3　GBX-2BT型與XY-1型鉆機(jī)取芯情況對(duì)比

3.2 探索應(yīng)用受控定向鉆探技術(shù)

目前，地表垂直鉆探仍是青島地鐵勘察中最直接、最有效的手段，也是勘察工作中重要內(nèi)容之一。該手段依據(jù)地鐵線路設(shè)計(jì)資料，布置孔深、間距滿足相關(guān)規(guī)范要求的勘探鉆孔，通過地表垂直鉆探反映勘察鉆孔周邊區(qū)域的地質(zhì)條件。當(dāng)遭遇地質(zhì)條件復(fù)雜地段（地貌結(jié)合部位、河道附近、構(gòu)造斷裂帶）時(shí)，僅通過有限的垂直鉆孔，難以全面、精確反映隧道洞身圍巖的地質(zhì)特征；一個(gè)設(shè)計(jì)孔深為 60 m的鉛垂直線勘探鉆孔，勘察設(shè)計(jì)人員往往只關(guān)注隧道洞身段 8 m左右范圍內(nèi)的鉆探取芯情況，有效鉆探進(jìn)尺占鉆孔總進(jìn)尺的比例僅為13%。如何探索和創(chuàng)新應(yīng)用于地鐵勘察中鉆探新方法，是一個(gè)值得思考的問題。

受控定向鉆探自20世紀(jì)30年代出現(xiàn)以來，在地質(zhì)勘查、能源開發(fā)與利用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［10～11］。作為鉆探工程中先進(jìn)而復(fù)雜的一項(xiàng)高新技術(shù)，目前在我國城市軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用還比較少見。鑒于受控定向鉆探技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及青島地鐵項(xiàng)目的特點(diǎn)，建議優(yōu)先考慮多孔底全方位、短半徑水平孔的設(shè)計(jì)方案。如圖4所示，自地表處首先實(shí)施頂角0°主孔的鉆探，鉆至距離勘探靶區(qū)隧道洞身段約 20 m～30 m時(shí)，開始分支孔的造斜，造斜強(qiáng)度選取3°/m～5°/m，連續(xù)造斜直至分支孔接近水平向。造斜工具采用帶彎接頭的螺桿鉆具和彎外殼螺桿鉆具，根據(jù)巖石可鉆性級(jí)別分別采用鋸齒形金剛石造斜鉆頭，以清水作為清洗液。一個(gè)里程方向上可初步設(shè)計(jì)3個(gè)分支孔，分別揭露隧道頂板、腰線及底板處的地質(zhì)條件。考慮到定向鉆探的實(shí)施難度大、造價(jià)高的特點(diǎn)，可優(yōu)先在大范圍常規(guī)鉆探受場(chǎng)地條件制約、線路深埋于地下、有特殊勘察要求的區(qū)域嘗試定向鉆探方案的實(shí)施，并將應(yīng)用成果進(jìn)行推廣。

圖4　多孔底全方位受控定向勘探鉆孔設(shè)計(jì)示意圖

3.3 推廣應(yīng)用綜合物探技術(shù)

目前青島地鐵勘察中常用的物探方法為高密度電阻率法，其實(shí)質(zhì)是通過接地電極在地下建立電場(chǎng)，以電測(cè)儀器觀測(cè)因不同導(dǎo)電地質(zhì)體存在時(shí)地表電場(chǎng)的變化，從而推斷和解釋地下地質(zhì)體的賦存狀態(tài)，達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的［12］。鑒于物探結(jié)果的多解性，單一預(yù)報(bào)方法往往無法全面掌握地質(zhì)信息。此外，青島地鐵隧道的物探范圍為距地表 100 m內(nèi)的地質(zhì)斷面，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施物探時(shí)受周邊人文設(shè)施的擾影響較為顯著。

基于上述因素，建議在今后的地鐵勘察物探工作中考慮應(yīng)用綜合物探技術(shù)，加入音頻大地電磁法（EH-4）和瞬變電磁法（TEM）的物探方法，豐富測(cè)試手段；針對(duì)可能面臨的干擾問題，采取增加測(cè)量迭代次數(shù)等必要的降噪措施，同時(shí)加強(qiáng)物探結(jié)果的解譯工作，將多種物探預(yù)報(bào)方法互相配合、驗(yàn)證補(bǔ)充，增強(qiáng)預(yù)報(bào)效果；必要時(shí)在地鐵建設(shè)項(xiàng)目施工階段加強(qiáng)補(bǔ)勘工作，采用超前水平鉆探地質(zhì)預(yù)報(bào)的手段，避免盲目施工帶來的安全隱患，提高施工效率。

3.4 提升勘察工作的信息化水平

目前勘察鉆探技術(shù)仍處于上世紀(jì)80、90年代水平，鉆探設(shè)備、鉆探工藝、鉆進(jìn)方法等都沒有創(chuàng)造性的改變與提升；勘察的主要技術(shù)手段近年來發(fā)展非常有限，鉆探編錄、原位測(cè)試記錄等仍采用較為原始的手寫記錄形式，原始資料收集、錄入工程軟件、資料處理等存在重復(fù)勞動(dòng)的問題，勘察工作的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化程度偏低，已跟不上其他行業(yè)進(jìn)步的步伐。在地鐵勘察工作中更多地采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，提升工作手段的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化程度，將大大提高工作效率。為此，建議有關(guān)科研院所、地勘生產(chǎn)單位加大對(duì)勘察信息化創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的投入，尤其是對(duì)有關(guān)巖土工程勘察外業(yè)信息采集系統(tǒng)、智能隨鉆監(jiān)測(cè)（DPM）等研究方向的投入，促使地鐵勘察向著現(xiàn)代化、信息化的方向穩(wěn)步發(fā)展。

3.5 加強(qiáng)勘察專業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍建設(shè)

近年來，參與青島地鐵勘察項(xiàng)目中的專業(yè)技術(shù)人員中，具有執(zhí)業(yè)資格人員的比例較往年有了較大提升，但仍舊存在很大的提升空間。絕大多數(shù)從業(yè)人員對(duì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等強(qiáng)制性條文有著比較深刻的認(rèn)識(shí)，但由于所接受的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)指導(dǎo)相對(duì)較少，導(dǎo)致報(bào)告編寫過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)漏，工程評(píng)價(jià)深度不夠、針對(duì)性不強(qiáng)等現(xiàn)象；勘察勞務(wù)作業(yè)隊(duì)伍人員流動(dòng)性大，部分勞務(wù)單位仍以農(nóng)民工為用工主力，統(tǒng)一規(guī)范的勞務(wù)體系尚未形成。這導(dǎo)致了勘察鉆探等勞務(wù)隊(duì)伍人員素質(zhì)的參差不齊，作業(yè)人員對(duì)安全教育與技術(shù)交底等認(rèn)識(shí)度不夠，鉆探、取樣及原位測(cè)試的完成質(zhì)量差強(qiáng)人意。為此，應(yīng)當(dāng)著力強(qiáng)化勘察專業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍建設(shè)，大力培養(yǎng)相關(guān)的地鐵勘察人才；統(tǒng)一規(guī)范勞務(wù)用工體系，提升勘探隊(duì)伍穩(wěn)定和文化程度，減少作業(yè)隊(duì)伍人員的流動(dòng)性，為地鐵勘察工作的不斷進(jìn)步提供可靠的人才支撐。

4 結(jié) 語

巖土工程勘察質(zhì)量作為工程建設(shè)安全、高效的重要保障，服務(wù)于設(shè)計(jì)，指導(dǎo)于施工，勘察工作準(zhǔn)確性決定了工程建設(shè)的投資效率。作為青島地鐵勘察項(xiàng)目的從業(yè)人員，一定要強(qiáng)化責(zé)任感和使命感，發(fā)揚(yáng)嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)、高效、創(chuàng)新的工作作風(fēng)，不斷提升勘察工作效率與技術(shù)水平，為青島地鐵建設(shè)項(xiàng)目的安全、穩(wěn)步推進(jìn)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

［1］彭友君.武漢地鐵二號(hào)線一期工程巖土工程勘察特點(diǎn)分析［J］.巖土工程技術(shù)，2006，20（6）：303～306，310.

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Analyses and Development Strategies of Survey Technical Means in Qingdao Metro

Ji Dong1，2，He Song1，2，Shao Cheng1，2，Wei Jiaxin1，2，Li Wenguang3
（1.Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China；2.Geotechnical Engineering Technology Center of Qingdao，Qingdao 266032，China；3.Sanshandao Gold Mine，Shandong（Laizhou）Gold Group Co.，Ltd，Laizhou 261442，China）

Qingdao urban rail transit lines usually cross through different geomorphic units，underground structures buried in great depth adopt varies construction methods.The quality of survey results directly affects the period，safety and cost of metro project，and there is a very high requirement for the accuracy and reliability of survey work.Based on the analysis of main technical means and common problems in survey work，development strategies from promotion of drilling equipment and technology level，application of controlled directional drilling technology and integrated geophysical technique，information construction and education of professional personnel team are proposed，which will provide certain lessons and guiding significance to arrangement and implementation of similar metro survey projects.

urban rail transit；survey technology；directional drilling；comprehensive geophysical prospecting

1672-8262（2016）02-161-05中圖分類號(hào)：P642

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