右玉至平魯高速公路工程地質(zhì)勘察啟示

李宏濤

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030012）

右玉至平魯高速公路是《山西省高速公路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃》“三縱十二橫十二環(huán)”中西縱的重要組成部分。路線起點位于朔州市右玉縣高墻框村東南，與已建成通車的大呼高速以樞紐立交的形式相接；終點位于平魯區(qū)鋪上村東北處，接榮烏國家高速公路山陰至平魯段、朔州西南環(huán)高速公路的平魯樞紐，路線全長64.448km。沿線不良地質(zhì)和特殊巖土發(fā)育，構(gòu)造物布設(shè)密度大，村鎮(zhèn)分布密集，山區(qū)段地形復(fù)雜，給工程地質(zhì)勘察工作帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和考驗。經(jīng)精心組織和創(chuàng)新管理，克服重重困難，圓滿完成了工程地質(zhì)勘察工作，為設(shè)計提供了地質(zhì)依據(jù)和保障。

1 加強(qiáng)勘察組織管理

1.1 重視項目組織結(jié)構(gòu)建設(shè)

在項目勘察前期，公司改革勘察管理模式，實行勘察項目負(fù)責(zé)人制，明確了項目負(fù)責(zé)人和技術(shù)負(fù)責(zé)人，并且突出強(qiáng)化了項目負(fù)責(zé)人的職責(zé)?？辈祉椖控?fù)責(zé)人對項目的勘察質(zhì)量、組織、協(xié)調(diào)、進(jìn)度、安全、成本、合同、信息等負(fù)直接責(zé)任。在此基礎(chǔ)上，對項目組人員進(jìn)行了明確的分工，責(zé)任到人，壓力下放，充分發(fā)揮各自的特長，探索內(nèi)外業(yè)一體化項目管理模式，以項目的質(zhì)量、工期、進(jìn)度、安全為準(zhǔn)繩，在各方面人員都比較缺乏的情況下，充分激發(fā)挖掘個體潛力，深度發(fā)揮個人優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，凝心聚力，團(tuán)結(jié)進(jìn)取。認(rèn)真總結(jié)山西省在以往高速公路特別是山區(qū)高速公路勘察中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，轉(zhuǎn)變和提升勘察理念，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，確保工程質(zhì)量，并注重創(chuàng)新，爭創(chuàng)優(yōu)秀工程勘察。

1.2 加大地方協(xié)調(diào)

勘察過程中最大的阻力來自地方干擾，這也是目前高速公路勘察普遍遇到的困惑和困難之一。為此項目負(fù)責(zé)人未雨綢繆，積極主動尋求各級地方政府支持，外業(yè)項目勘察小組人員保持耐心，采用細(xì)致靈活，從上到下，先易后難，既講有關(guān)政策，又暖人心，相互理解，集中火力，各個擊破的策略，有效化解了以往項目中地協(xié)既影響進(jìn)度，又大增成本的管理困局，比較經(jīng)濟(jì)合理又在要求工期內(nèi)完成勘察工作。

2 轉(zhuǎn)變工作方式

以往的勘察組織工作中，外業(yè)勘察與內(nèi)業(yè)技術(shù)工作嚴(yán)重脫節(jié)。搞外業(yè)勘察的人員不參與內(nèi)業(yè)技術(shù)工作，搞技術(shù)工作的人員除走馬觀花式進(jìn)行地質(zhì)調(diào)繪工作外，不參與外業(yè)鉆探管理，不對外業(yè)鉆探質(zhì)量負(fù)責(zé)，按照鉆探資料進(jìn)行技術(shù)資料整理，閉門造車，工作效率低，勘察質(zhì)量存在明顯漏洞。本項目嘗試轉(zhuǎn)變勘察工作方式，以技術(shù)負(fù)責(zé)人為核心的各專業(yè)組技術(shù)人員常駐工地，不僅從項目勘察開始對全線進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)繪工作，排查影響路線方案的不良地質(zhì)，在方案優(yōu)化確定后，對各類工點進(jìn)行大比例尺地質(zhì)調(diào)繪，詳細(xì)查明工點的地形地貌、地層時代、地層結(jié)構(gòu)，對后續(xù)鉆探工作進(jìn)行有效指導(dǎo)。在鉆探工作展開以后，技術(shù)人員按專業(yè)對勘探點的布設(shè)、實際勘探點的位置、高程、深度、巖性等與質(zhì)量有關(guān)的要素全過程負(fù)責(zé)?？辈靸?nèi)外業(yè)一體化不僅有效促進(jìn)了人員的交流融合，而且提高了工作效率，勘察技術(shù)質(zhì)量控制上了一個新臺階，勘察報告的編制更合理，與實際更符合，專業(yè)技術(shù)人員的眼界開闊了，業(yè)務(wù)水平也隨之提高。

3 提高勘察質(zhì)量管理

項目工程地質(zhì)勘察實行綜合勘探，重視地質(zhì)理論的應(yīng)用，嚴(yán)格按照資料收集—調(diào)查測繪—勘探試驗—報告編制—成果審驗的程序進(jìn)行，充分利用已有的資料和科研成果，相互驗證和綜合分析，用經(jīng)濟(jì)、合理的勘察工作量取得必要的、可靠的勘察成果，提高和保證工程勘察質(zhì)量，為設(shè)計提供詳實準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

3.1 創(chuàng)新勘察理念

3.1.1 項目特點、重點

本項目以山地為主，路線經(jīng)過區(qū)域山脈縱橫，峰巒疊嶂，溝谷深切，河流發(fā)育，地形復(fù)雜，受后期地質(zhì)構(gòu)造和長期的侵蝕、剝蝕作用影響，局部形成丘陵和河谷平原。地勢略呈東北低西南高，相對高差322m。項目區(qū)地貌單元豐富，包括河谷平原區(qū)、緩坡丘陵區(qū)、黃土丘陵區(qū)、黃土覆蓋基巖中低山區(qū)、構(gòu)造溶蝕剝蝕中山區(qū)。沿線出露地層豐富，巖性較復(fù)雜，由老至新有古生界寒武系（∈）、奧陶系（O）、石炭系（C），中生界白堊系上統(tǒng)助馬堡組（K2z），新生界上第三系（N）、第四系（Q）。沿線Q3黃土很發(fā)育，可溶巖段落分布長，因此濕陷性黃土和巖溶的勘察是本項目的重點。

3.1.2 勘察方法

初詳勘階段首先在已確定的路線范圍內(nèi)，根據(jù)沿線工程地質(zhì)條件，采用了工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探、挖探、原位測試、室內(nèi)試驗及定位觀測等綜合勘察方法，查清項目區(qū)地形地貌、地層巖性、工程巖土類型、水文地質(zhì)、不良地質(zhì)以及特殊性巖土分布等情況。然后根據(jù)不同地段工程地質(zhì)特征和構(gòu)造物類型，有針對性地選擇勘探手段，勘探工作量的大小以能夠解決工程地質(zhì)問題和滿足設(shè)計要求為原則。各種勘察方法詳見表1。

3.1.3 優(yōu)化濕陷性黃土勘察

項目區(qū)內(nèi)緩坡丘陵區(qū)、黃土丘陵區(qū)和黃土覆蓋中低山區(qū)頂部分布有第四系上更新統(tǒng)（Q3）風(fēng)積黃土，土質(zhì)疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，具濕陷性，是本項目重點勘察的主要特殊巖土。其分布范圍廣，涉及工程類型多，給勘察工作帶來挑戰(zhàn)。針對以往項目濕陷性黃土勘察存在探井布設(shè)位置隨意、間距過大、深度不夠、取樣質(zhì)量差等問題，影響濕陷類型、等級、深度的合理判定和濕陷段落的準(zhǔn)確劃分及處治方法的合理選用。本項目嚴(yán)格根據(jù)地形地貌、工程類型針對性地布設(shè)探井。兩階段勘察共布設(shè)探井74個，保證每座橋梁橋臺布設(shè)1個探井，保證填方路基和一般路基均有探井布設(shè)，且控制間距合理。探井深度以挖穿濕陷土層，挖見地下水、厚層碎石土、砂土或Q2紅土方可終止開挖。探井取樣嚴(yán)格按照1.0m間距，127×200mm規(guī)格，人工采取質(zhì)量等級為Ⅰ級不擾動樣。探井原狀樣品隨取隨封，用蠟密封，臨時存放在陰涼處，探井完成后及時將樣品送至工地試驗室，樣品裝箱運(yùn)送，同時采取防震措施[1]。

表1 勘察方法一覽表

采用室內(nèi)壓縮試驗測定黃土濕陷性，經(jīng)試驗及計算分析，黃土丘陵區(qū)和黃土覆蓋中低山區(qū)的Q3風(fēng)積黃土濕陷較嚴(yán)重，大部分為Ⅱ～Ⅲ級自重濕陷，局部為Ⅱ級非自重濕陷；緩坡丘陵區(qū)的次生黃土大部分為Ⅰ級非自重濕陷，局部為Ⅱ級非自重濕陷。主線扣除河床、谷底及隧道、挖方段落，需處治的濕陷性段落長40846m，約占路線長度的63%。在準(zhǔn)確劃分濕陷類型段落基礎(chǔ)上，除設(shè)置完善的地表和地下排水系統(tǒng)，及時引排地表水和地下水外，處治手段選擇更有針對性。各類濕陷規(guī)模及處治方法詳見表2。

表2 濕陷性黃土概況一覽表

3.1.4 重視巖溶勘察

本項目的主要不良地質(zhì)為巖溶。沿線可溶巖主要分布于K34+700—K53+500段，地層包括奧陶系石灰?guī)r、白云質(zhì)石灰?guī)r和角礫狀泥灰?guī)r，主要構(gòu)造物包括橋梁16座，隧道3座。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，地表零星裸露溶洞，整體規(guī)模較小，直徑0.5～1.0m，溶洞內(nèi)現(xiàn)已全部被紅色黏性土及灰?guī)r角礫填充。鑒于巖溶發(fā)育的復(fù)雜性、隱蔽性，兩階段勘察在可溶巖段落的橋梁盡量做到每個墩臺至少布設(shè)1個鉆孔，必要時，與物探結(jié)合進(jìn)行綜合勘探。隧道勘察結(jié)合物探手段進(jìn)行綜合勘察，對物探異常帶布置勘探鉆孔進(jìn)行驗證[1]。

可溶巖段落初詳勘兩階段共完成鉆孔104個，其中揭示巖溶的鉆孔7個，溶蝕特別發(fā)育的鉆孔4個，涉及高家堡互通AK0+944.7分離式立交橋、劉虎獅特大橋。鉆探揭示溶洞均為全充填。綜合分析項目區(qū)巖溶不太發(fā)育，對構(gòu)造物的穩(wěn)定性影響不大，但個別路段個別構(gòu)造物的巖溶很發(fā)育，對橋址地基穩(wěn)定性有一定影響。

高家堡互通AK0+944.7分離式立交橋AK1+050—AK1+300段 ZK7、ZK9、ZK10 號 3 個鉆孔所揭露的灰?guī)r巖芯部分破碎，巖溶發(fā)育，普遍存在鉆進(jìn)過程泥漿漏失現(xiàn)象。其中ZK7鉆孔埋深48.6～49.7m、ZK9鉆孔埋深27.0～28.1m、ZK10鉆孔埋深26.0～30.0m為溶洞，全充填，充填物成分為可塑粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r碎塊，鉆進(jìn)過程無掉鉆現(xiàn)象，但泥漿漏失嚴(yán)重。劉虎獅特大橋ZK1鉆孔揭示，埋深43.5～47.0m為溶洞，全充填，充填物成分以砂土為主，含少量白云質(zhì)灰?guī)r顆粒，鉆進(jìn)無掉鉆現(xiàn)象，但鉆速奇快，鉆進(jìn)過程漏漿較嚴(yán)重，其他鉆孔雖未揭示溶洞，但部分鉆孔溶蝕較發(fā)育。綜合評價，巖溶對上述2座橋梁地基穩(wěn)定性有一定影響。建議在巖溶發(fā)育深度內(nèi)，橋梁基礎(chǔ)采用摩擦樁穿過，施工階段樁基礎(chǔ)開挖至設(shè)計標(biāo)高后，須進(jìn)行孔底巖溶探測，查清巖溶對橋墩臺地基穩(wěn)定性的影響。

虎獅1號隧道采用高密度直流電法物探，在K39+780—K39+820（ZK39+780—ZK39+820）段埋深約20～60m間，均出現(xiàn)視電阻率下凹，呈漏斗狀，且視電阻率值中心低，四周高，解譯推測認(rèn)為可能存在巖溶充泥現(xiàn)象，詳見圖1～圖3所示。該段右洞埋深32～36m，左洞埋深32.9～37.8m，左右線洞體埋深均位于可能存在巖溶充泥的深度范圍內(nèi)，對圍巖穩(wěn)定影響較大。經(jīng)進(jìn)一步鉆探驗證，鉆孔在解譯異常深度范圍內(nèi)，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀和短柱狀，溶蝕較發(fā)育，局部填充黏土，鉆進(jìn)過程有漏漿和局部鉆速快的現(xiàn)象，但未出現(xiàn)掉鉆。驗證結(jié)果和物探解譯成果基本吻合。綜合評價，此段圍巖穩(wěn)定性差，圍巖級別判定為Ⅴ1級。

圖1 K39+645—K40+070段左洞測線視電阻率擬斷面圖

圖2 K39+645—K40+070段右洞測線視電阻率擬斷面圖

圖3 K39+645—K40+070段左右洞中間測線視電阻率擬斷面圖

3.2 引進(jìn)鉆探監(jiān)理

目前省內(nèi)勘察項目均是自主管理，極易造成部分鉆探資料失真，鉆孔位置、高程、巖性、水位等直接影響工程設(shè)計的要素難以準(zhǔn)確掌握。為提高外業(yè)鉆探質(zhì)量，本項目積極引入了鉆探監(jiān)理制，對每一個鉆孔進(jìn)行GPS定位，對鉆孔鉆進(jìn)過程、深度、巖芯采取、鉆探記錄、地下水位等與鉆探有關(guān)的環(huán)節(jié)進(jìn)行旁站監(jiān)理，要求鉆孔巖芯按5m一排依次排序并進(jìn)行拍照，以便資料整理階段和歸檔使用，保證了勘察原始資料的真實性、準(zhǔn)確性。

3.3 加大勘察投入

足夠的資金投入是保證高速公路項目勘察質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。勘察期間，各類構(gòu)造物勘探點的數(shù)量、深度、密度嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)及項目各階段勘察技術(shù)要求實施。即使是勘察難度最大隧道工程，也克服重重困難，不惜投入，力爭詳細(xì)查明隧址地質(zhì)條件。隧址區(qū)地形復(fù)雜，在勘察中遇到的最大困難是在山頂鉆進(jìn)，鉆機(jī)難以到位，鉆機(jī)和拉水車進(jìn)出所修便道需大量壓占耕地。一方面按照鉆孔布設(shè)位置，修筑臨時施工便道；另一方面與隧址所在地鎮(zhèn)村領(lǐng)導(dǎo)及耕地戶主主動溝通，取得理解，測量占用耕地面積，合理補(bǔ)償。全線隧道工程兩階段勘察總計實施1156.8m/18孔，其中虎獅1號隧道完成鉆進(jìn)246.5m/4孔，虎獅2號隧道完成鉆進(jìn)323.8m/4孔，后頭山隧道完成鉆進(jìn)75.0m/2孔，南背頭隧道完成鉆進(jìn)187.0m/3孔，小峰隧道完成鉆進(jìn)324.5m/5孔。雖然直接鉆探工作量看似不算大，但為完成這些鉆孔投入的修路搬遷費(fèi)、鉆進(jìn)拉水費(fèi)、青苗補(bǔ)償費(fèi)總計約30余萬元，勘察投入前所未有。完成的鉆孔對準(zhǔn)確確定各隧道圍巖級別提供了有力的地質(zhì)數(shù)據(jù)支撐，為設(shè)計提供了準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，為后期施工提供了強(qiáng)有力的地質(zhì)保障。

4 結(jié)語

右平高速公路勘察通過管理創(chuàng)新、理念創(chuàng)新、工作方式創(chuàng)新，提高了工作效率和勘察質(zhì)量，取得了較好的勘察成果和經(jīng)濟(jì)效益。勘察項目負(fù)責(zé)人制極大地激發(fā)了核心技術(shù)人員的主動性、積極性和創(chuàng)造性，對原本僵化的公路勘察體制猶如注入一劑強(qiáng)心劑，是一種非常有益的嘗試和探索。