淺談城市軌道交通巖土工程勘察中存在的問(wèn)題及解決措施建議

馮西洲

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 西安 710043 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安 710054）

隨著城市功能的不斷完善、城市空間的不斷拓展，顯現(xiàn)出對(duì)城市軌道交通方面的旺盛需求，對(duì)于城市軌道交通的開(kāi)發(fā)建設(shè)已是勢(shì)在必行，為此，我們要關(guān)注和重視城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察工作中存在的問(wèn)題，全面了解和把握城市軌道交通工程施工區(qū)域的地質(zhì)、地貌等情況，對(duì)其進(jìn)行翔實(shí)的、全面的勘察和評(píng)估，并提供相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)，采用切實(shí)有效的解決措施和對(duì)策，確保城市軌道交通工程的質(zhì)量和安全。

1 城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察相關(guān)概念及特點(diǎn)

要了解城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察的特點(diǎn)，首先要明晰城市軌道交通的特點(diǎn)，從線路敷設(shè)方式來(lái)看，城市軌道交通主要是為地下線、地面線和高架線；從功能來(lái)看，城市軌道交通主要是指車站、車輛段、停車場(chǎng)、變電站、控制中心等；從施工方法來(lái)看，城市軌道交通建設(shè)主要根據(jù)具體施工情況和環(huán)境，選取不同的盾構(gòu)法、礦山法、明挖法、蓋挖法和沉管法，并突出表現(xiàn)為以下方面的具體特征：①環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，有大量立體交叉的復(fù)雜地下管線，還存在諸多的城市建筑物和構(gòu)造物；②工程地質(zhì)、水文條件存在不確定性，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)；③立體交叉施工方法的應(yīng)用較多，給城市軌道交通施工帶來(lái)較大的難度；④有較多的結(jié)構(gòu)形式，施工工期要求較緊。

城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察的特點(diǎn)主要體現(xiàn)于以下方面的內(nèi)容：①作業(yè)線長(zhǎng)、任務(wù)重。城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察的線路長(zhǎng)度通常為幾公里，甚至幾十公里，這就要求在城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察工作中合理調(diào)配人員、機(jī)械和相關(guān)設(shè)備，準(zhǔn)確把握勘察要點(diǎn)和關(guān)鍵性問(wèn)題。②安全文明施工的要求較高。由于城市軌道交通巖土工程建設(shè)要采用鉆孔施工、開(kāi)孔、泥漿循環(huán)系統(tǒng)等方式，且位于鬧市區(qū)域，為此，就要合理全面地統(tǒng)籌和布置安全警示、撤場(chǎng)封孔、地面清洗等工作。③由于城市軌道交通巖土工程鉆探作業(yè)要穿越城市中眾多的建筑物、地下管線等，為此加大了勘察鉆探工作的難度。④工程地質(zhì)勘察的前瞻性要求較高。由于城市軌道交通相對(duì)擁擠和復(fù)雜，這就加大了巖土工程地質(zhì)勘察的作業(yè)難度，要求在有限的規(guī)定時(shí)間之內(nèi)完成城市軌道交通巖土地質(zhì)勘察作業(yè)，因此需要工程地質(zhì)勘察作業(yè)人員具有極強(qiáng)的預(yù)見(jiàn)性、前瞻性，以免增加補(bǔ)充勘察的困難。⑤變更頻繁。由于城市軌道交通的淺層地下空間地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，具有較多的變化，加之城市道路、地面建筑物、構(gòu)造物及地下管線的約束和限制，導(dǎo)致城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察中的變更相對(duì)頻繁，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)移位的現(xiàn)象。⑥水上鉆探難度較大。由于城市軌道交通巖土工程施工線路難免存在穿越地表水體的現(xiàn)象，因而增大了水上鉆探的難度，具有較大的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

2 城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察中存在的問(wèn)題分析

2.1 在環(huán)境勘察方面存在缺失

城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察工作對(duì)于周邊環(huán)境的勘察存在一定的缺失，由于軌道交通建設(shè)大多處于城市的繁華中心地段，其周邊道路、橋涵基礎(chǔ)、地下管線、人防工程、地下室的分布及使用狀態(tài)對(duì)于城市軌道交通建設(shè)極其關(guān)鍵和重要，然而一些城市軌道交通巖土工程勘察中對(duì)于環(huán)境的勘察存在一定的缺失和不足，沒(méi)有確保環(huán)境勘察的準(zhǔn)確性和齊備性。

2.2 缺乏鉆探補(bǔ)充措施和方法

由于城市軌道交通的巖土工程地質(zhì)勘察通常存在不具備施工條件的情形。在一些明挖車站施工中還可以在施工圍擋完成之后進(jìn)行補(bǔ)充勘察，然而對(duì)于暗挖的盾構(gòu)隧道而言，卻難以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充性的勘察，這就降低了巖土工程地質(zhì)勘察的精度和密度，引發(fā)工程事故。

2.3 設(shè)計(jì)與勘察的關(guān)聯(lián)性缺失

一些城市軌道交通巖土工程地質(zhì)勘察工作極其復(fù)雜，要涉及巖溶、斷裂、不整合面、承壓含水層等不同地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)方由于缺乏與勘察單位的合理有效的溝通，導(dǎo)致設(shè)計(jì)難以達(dá)到施工要求，從而引發(fā)嚴(yán)重的墻體開(kāi)裂、鋼管撐斷裂等事故。

2.4 施工與勘察的關(guān)聯(lián)性缺失

由于城市軌道交通中的施工采用常規(guī)性的土石開(kāi)挖措施和方法，而缺乏對(duì)地質(zhì)勘察條件和數(shù)據(jù)的全面了解，這就極大地降低了施工的效率，存在施工方案變更的現(xiàn)象和問(wèn)題。

2.5 缺乏對(duì)不良地質(zhì)作用的重視

由于一些城市軌道交通工程建設(shè)中存在不良地質(zhì)作用，一些區(qū)域受到斷層、巖溶的影響較大，使城市軌道交通巖土工程的地質(zhì)成分相對(duì)復(fù)雜，部分勘察單位和施工沒(méi)有充分重視這些不良地質(zhì)作用，導(dǎo)致施工的難度增大。

2.6 缺乏預(yù)見(jiàn)性的工作量設(shè)置

在部分城市軌道交通巖土工程勘察工作中，存在預(yù)見(jiàn)性、前瞻性不足的問(wèn)題和現(xiàn)象，如：某綜合基地的初始勘察階段，主觀性地確定了基礎(chǔ)類型，采用預(yù)應(yīng)力管樁的基礎(chǔ)類型，這就對(duì)后續(xù)的勘探孔的深度造成了限制性的影響，隨后出現(xiàn)后期的跨線高架、抗震設(shè)防超限等問(wèn)題，不得不重新進(jìn)行勘察，這就導(dǎo)致勘察工作量增大，也使勘察成果分析的評(píng)價(jià)不夠準(zhǔn)確和完善。

3 城市軌道交通巖土工程勘察的解決措施和對(duì)策

3.1 明確城市軌道交通巖土工程勘察程序

城市軌道交通巖土工程勘察分為不同的階段，具體來(lái)說(shuō)包括有：可行性研究、初步勘察、詳細(xì)勘察、施工勘察。其中，初步勘察、詳細(xì)勘察是極其關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)，初步勘察主要是將勘察的相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)用于線路平面布置、地鐵車站埋深、出入口布設(shè)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、隧道施工方案、襯砌方法等方面；詳細(xì)勘察階段則主要是將勘察的相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)用于施工圖設(shè)計(jì)、各專業(yè)設(shè)計(jì)和計(jì)算之中，較好地掌握城市軌道工程施工運(yùn)營(yíng)中的沉降、變形及位移情況，并據(jù)此采用適宜有效的預(yù)測(cè)方案和控制方法。

城市軌道交通巖土工程勘察的主要程序和流程主要包括以下內(nèi)容：①根據(jù)已經(jīng)掌握的工程地質(zhì)資料，按照技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)確定勘察重點(diǎn)內(nèi)容；②編撰工程地質(zhì)勘察綱要，使之符合技術(shù)要求；③在布置協(xié)調(diào)好鉆探工作場(chǎng)地的前提下，采用現(xiàn)場(chǎng)鉆探的方式進(jìn)行鉆探施工，并實(shí)施巖土工程測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)等作業(yè)；④進(jìn)行資料整理，并將工程地質(zhì)勘察結(jié)果納入到計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)之中，最后輸出并提交使用。

3.2 加強(qiáng)不良地質(zhì)條件的勘察

由于城市軌道交通建設(shè)會(huì)采用不同的線路敷設(shè)方式、結(jié)構(gòu)形式，因而要求采用不同的工程地質(zhì)勘察，尤其對(duì)于不良的、復(fù)雜的地質(zhì)條件和地段，要加強(qiáng)重點(diǎn)地質(zhì)勘察，具體來(lái)說(shuō)，主要包括以下不良地質(zhì)條件的勘察：

（1）地質(zhì)構(gòu)造的勘察。要全面查清線路所經(jīng)的斷層走向、傾向、傾角，并對(duì)破碎帶的寬度、充填物的膠結(jié)狀態(tài)、富水狀況等進(jìn)行全面的了解和勘察，全面了解城市軌道交通建設(shè)的地質(zhì)構(gòu)造，并對(duì)其勘察結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出合理控制不良地質(zhì)構(gòu)造的方案和建議。

（2）不良地質(zhì)及特殊土的勘察。要全面查清城市軌道交通線路經(jīng)過(guò)的不良地質(zhì)及特殊土體，尤其要關(guān)注人工填土、地震可液化層、軟土、膨脹土、殘積土等不良地質(zhì)狀況，并根據(jù)不同的特殊土體提出合理的控制措施和對(duì)策：①人土填土的勘察對(duì)策。這是城市軌道交通工程施工中極其常見(jiàn)的特殊土體，可以分為素填土、雜填土、填筑土等，它們具有不同的分布狀態(tài)、層厚變化，要采用增加勘探孔密度的方法，加大對(duì)人工填土這種特殊土體的勘察，全面了解和獲悉人工填土的分布范圍和埋深狀態(tài)。②軟土的勘察對(duì)策。要全面查清軟土的物理力學(xué)性能，并對(duì)軟土進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)，在獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)的前提下，進(jìn)行準(zhǔn)確的沉降計(jì)算。并查清軟土是否存在震陷的可能性，通過(guò)靈敏度試驗(yàn)、靜三軸試驗(yàn)、動(dòng)三軸試驗(yàn)等方式，準(zhǔn)確地計(jì)算并獲取軟土的震陷量。另外，在采用室內(nèi)土工試驗(yàn)的同時(shí)，還要采用標(biāo)貫、十字板剪切試驗(yàn)、靜力觸探等原位測(cè)試技術(shù)和方法，全面把握軟土的物理力學(xué)性能。③砂土液化的勘察對(duì)策。對(duì)于可能存在液化的區(qū)域開(kāi)展重點(diǎn)勘察，利用標(biāo)準(zhǔn)貫入法檢測(cè)其液化狀態(tài)，在確保標(biāo)準(zhǔn)貫入的器具、操作合乎標(biāo)準(zhǔn)和要求的前提下，加強(qiáng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的把控，確保其準(zhǔn)確性。

3.3 加強(qiáng)對(duì)地下水的勘察

地下水可能會(huì)導(dǎo)致基坑突涌、流砂、腐蝕建筑材料等問(wèn)題，因而要注重對(duì)地下水的勘察，包括地下水的類型、埋藏深度、含水層特征、滲透系數(shù)、影響半徑、水的腐蝕性、歷史最高水位等相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)運(yùn)用降水施工技術(shù)時(shí)，還要重點(diǎn)查清所需了解的地下水補(bǔ)給來(lái)源、排泄條件、地下水與地表水體的聯(lián)系、含水層中細(xì)粒土層的分布、類似工程的降水實(shí)例及經(jīng)驗(yàn)等情況。

（1）地下水位量測(cè)。要通過(guò)野外實(shí)地量測(cè)的方式獲悉鉆探的初見(jiàn)水位、穩(wěn)定水位及各含水層水位。其中：鉆探過(guò)程的初見(jiàn)水位主要是指干鉆過(guò)程中第一時(shí)間看到的真實(shí)水位，在毛細(xì)作用的影響之下，初見(jiàn)水位的確定通常比實(shí)際水位要高。穩(wěn)定水位主要是指鉆探時(shí)的地下水逐漸恢復(fù)到天然狀態(tài)時(shí)的水位，地質(zhì)勘察人員要熟悉場(chǎng)地的水文情況，明確鉆孔混合水位是什么水位，要重點(diǎn)查清場(chǎng)地內(nèi)的潛水位及對(duì)施工有影響的承壓水水頭，必要時(shí)專門打淺孔量測(cè)孔隙潛水水位。同時(shí)，要采用測(cè)壓管法量測(cè)承壓水水頭，要在解決隔水問(wèn)題的前提下進(jìn)行量測(cè)，以確保量測(cè)的準(zhǔn)確性。

（2）地下水試樣的采取。要采取地下水樣以進(jìn)行水質(zhì)分析試驗(yàn)，確定地下水試樣采取的數(shù)量，以準(zhǔn)確地判定地下水的腐蝕性。同時(shí)，傳統(tǒng)的地下潛水水樣是在鉆孔中實(shí)施，是一種泥漿靜置后取的水樣，它難免受到鉆探用水及其他含水層的干擾和影響，為此，應(yīng)當(dāng)考慮量測(cè)水位的要求，采用分層取水的方式，以確保地下水試樣的采取符合要求。

（3）水文地質(zhì)試驗(yàn)。城市軌道交通巖土工程勘察的野外試驗(yàn)主要是指單孔或多孔的抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、承壓水水頭觀測(cè)等，同時(shí)還要提供其他的水文地質(zhì)參數(shù)，以全面改進(jìn)和完善勘察成果。

（4）室內(nèi)試驗(yàn)。城市軌道交通巖土工程水文勘察中的室內(nèi)試驗(yàn)主要是指室內(nèi)滲透試驗(yàn)和水質(zhì)分析試驗(yàn)。

3.4 注重選取和采用綜合勘察技術(shù)

對(duì)于城市軌道交通巖土工程勘察而言，還要依循統(tǒng)籌規(guī)劃、適度超前、合理布局的原則，采用綜合勘察技術(shù)和手段，具體包括有以下內(nèi)容：

（1）GPS技術(shù)?？梢圆捎脛?dòng)態(tài)式測(cè)量的方式開(kāi)展城市軌道交通巖土工程勘察工作，通過(guò)GPS定位導(dǎo)航生成坐標(biāo)系統(tǒng)，準(zhǔn)確地獲悉勘探的具體位置相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地環(huán)境的勘察。

（2）高密度電阻率技術(shù)。通過(guò)供電電極向下輸送直流電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面電場(chǎng)變化規(guī)律的探測(cè)，準(zhǔn)確地獲悉地表的電阻率，由此判斷巖土的特性。

（3）橫波反射技術(shù)。利用安裝于地表的檢波器，根據(jù)地震波在地下不同介質(zhì)中的傳播速度，可以獲悉勘察位置的反射波相位、速度、振幅等信息，由此判斷巖土的特性。

（4）大地電場(chǎng)巖性檢測(cè)技術(shù)。利用探測(cè)儀點(diǎn)頻接收地表不同深度反射回來(lái)的電磁波信息，獲悉其電阻率、速度、幅度等，探測(cè)并判斷巖土的性質(zhì)、含水層、礦體等。

（5）多瞬息態(tài)面波技術(shù)。利用面波在不同介質(zhì)表面的傳播速度不同，在瞬態(tài)沖擊力的作用下向地面發(fā)出面波，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土地質(zhì)的勘察。

總之，城市軌道交通巖土工程勘察極其重要和關(guān)鍵，要分析其中存在的問(wèn)題，采用科學(xué)合理、切實(shí)有效的勘察技術(shù)和不同措施，較好地提升勘察的質(zhì)量和效果。

[1]曾令晴，李毅.淺談《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》與《巖土工程勘察規(guī)范》的區(qū)別與聯(lián)系[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)報(bào)，2015（10）.

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[4]吳鋒波.城市軌道交通周邊建筑風(fēng)險(xiǎn)管控現(xiàn)狀模糊綜合評(píng)判[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（03）.