寧波軌道交通4號(hào)線東延伸工程巖土勘察分析與建議

■ 浙江省工程勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 陳明舉 林特

浙江華展工程研究設(shè)計(jì)院有限公司 陳達(dá)

城市軌道交通是城市公共交通的主干線及客流運(yùn)送的“大動(dòng)脈”，也是城市的生命線工程。寧波軌道交通4號(hào)線西北起自江北區(qū)慈城西站，途經(jīng)江北區(qū)、海曙區(qū)、鄞州區(qū)，東南終于鄞州區(qū)國際會(huì)議中心站，是寧波軌道交通線網(wǎng)西北—東南向的快速客運(yùn)通道，對(duì)于寧波實(shí)現(xiàn)總體規(guī)劃、促進(jìn)城市有序發(fā)展和提高城市競(jìng)爭(zhēng)力意義重大。

寧波軌道交通4號(hào)線東延伸線路主要走向：東錢湖站（已建）—安石路—奕大山—規(guī)劃一路—國際會(huì)議中心站（在建）（圖1），線路全長約2.37km，均采用地下敷設(shè)方式，設(shè)車站1座，平均站間距約為2.39km。4號(hào)線東延擬采用土壓平衡復(fù)合式盾構(gòu)法或礦山法施工，底板埋深15.1m ～135m，底板標(biāo)高-12.931m ～-28.325m；聯(lián)絡(luò)通道采用機(jī)械法和礦山法施工，底板埋深24.52m ～131.98m，底板標(biāo)高-25.315m ～-21.980m。

圖1 寧波軌道交通4號(hào)線東延伸工程走向

區(qū)間沿線的工程地質(zhì)特征

場(chǎng)區(qū)上部第四紀(jì)地層發(fā)育，厚度較大，本次揭示為0 ～51.60m，土體類型較復(fù)雜，性質(zhì)差異較大，地層從中更新世至全新世一般均有發(fā)育，成因類型較多，主要有河流相、河湖相及海相、濱海相等。根據(jù)初勘報(bào)告顯示，沿線淺部廣泛分布厚層軟土及軟弱黏性土（除低山丘陵和山麓坡洪積斜地外），最大厚度可達(dá)31m左右。中下部⑤1b層粉質(zhì)黏土和⑩1a層含礫砂粉質(zhì)黏土，土層性質(zhì)均較好，分布廣泛，層位較穩(wěn)定，但以⑤1a層、⑥3a層、⑥4b層和⑦1層為主的可塑狀黏土、粉質(zhì)黏土，其頂板埋深及厚度變化較大，且場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)、層位不穩(wěn)定。沿線分布的角礫層，主要有⑥4a層、⑨2b層和⑩2a層，除⑩2a層角礫廣泛分布外，其余場(chǎng)地內(nèi)零星分布，且頂板埋深及厚度均變化較大?？碧缴疃确秶鷥?nèi)，前第四紀(jì)地層較單一，主要為侏羅系上統(tǒng)茶灣組（J3c）的凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖，沿線基巖埋藏深度不一，低山丘陵和山麓坡洪積斜地區(qū)域埋深較淺，局部段基巖直接出露。

根據(jù)初勘報(bào)告揭示的巖土成因類型、工程性質(zhì)及擬建工程特點(diǎn)，沿線將該工程劃分三個(gè)工程地質(zhì)區(qū)，其工程地質(zhì)特征如表1所示。

表1 沿線各區(qū)工程地質(zhì)特征

物探技術(shù)應(yīng)用

高密度電阻率法

此次野外勘察采用高密度四極裝置（圖2）。測(cè)量時(shí)，通過隔離系數(shù)控制供電電極A、B和測(cè)量電極M、N的間距，探測(cè)深度一般為AB/5 ～AB/3。A、M、N、B逐點(diǎn)向右移動(dòng)，得到第一組數(shù)據(jù)；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、M、N、B逐點(diǎn)向右移動(dòng)，得到另一組數(shù)據(jù)。這樣不斷掃描測(cè)量下去，得到倒梯形電阻率斷面（圖3）。

圖2 四極裝置斷面掃描示意圖

圖3 裝置對(duì)比及解釋成果

根據(jù)此次高密度電阻率法勘查，基本查明了沿線及地下盾構(gòu)出入山體段覆蓋層厚度。同時(shí)，在王安石公園分別揭示J1節(jié)理裂隙發(fā)育帶，寬度約30m，傾向南西，傾角約70°；J2節(jié)理裂隙發(fā)育帶，寬度20m ～25m，傾向北西，傾角約60°；在奕大山揭示J3節(jié)理裂隙發(fā)育帶，寬度28m，傾向北西，傾角約65°。

瞬變電磁法

瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method）是利用不接地回線或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，來解決有關(guān)地質(zhì)問題的時(shí)間域電磁法。

此次在王安石公園小山丘及奕大山之間的平原區(qū)布置1條瞬變電磁法縱測(cè)線。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，在AK0+700 ～ AK1+100平原區(qū)巖面標(biāo)高為-40m ～-58m，未見隱伏的基巖凸起（圖4）。

圖4 瞬變電磁法測(cè)量綜合解釋斷面圖

微動(dòng)探測(cè)法

微動(dòng)探測(cè)法采用Smart Solo的IGU-16HR 3C智能地震傳感器，其為3通道地震傳感器，ADC分辨率可達(dá)到24bits，采樣率可采用0.25、0.5、1、2、4ms，此次探測(cè)采樣率設(shè)置為4ms，共布置了12條測(cè)線，共計(jì)550點(diǎn)，總長1598.5m。

此次WD10揭示有低速異常，推測(cè)為裂隙發(fā)育帶，位于右線AK0+530 ～AK0+557區(qū)域，標(biāo)高為-12.0m ～-39.0m，寬度約20m，位于盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)；WD11測(cè)線上揭示有高速異常，推測(cè)為碎石土或可塑土，位于左線AK0+620 ～AK0+635區(qū)域，標(biāo)高-11.0m ～-22.0m，寬度約10m，位于盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)。

勘察要點(diǎn)和難點(diǎn)分析

通過對(duì)此次初勘成果進(jìn)行重點(diǎn)和難點(diǎn)的深入分析，有利于詳細(xì)勘察工作的開展，提高工作效率和質(zhì)量。

資料搜集和地面調(diào)查測(cè)繪的分析評(píng)價(jià)

搜集資料是勘察前必做的工作，收集可利用資料的多少也直接影響勘察大綱的制定質(zhì)量。詳細(xì)且符合實(shí)際的勘察大綱，來源于足夠的前期資料，可減少后期工作成本支出，也為及時(shí)提供勘察報(bào)告爭(zhēng)取更多時(shí)間。通過及時(shí)比對(duì)分析收集的資料與實(shí)際勘察資料，對(duì)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)勘察工作計(jì)劃具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性，使勘察工作更具針對(duì)性，為確保勘察成果質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

充分利用工程所在地區(qū)的勘察成果及勘察實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工程的地層劃分、巖土工程性質(zhì)的類比、承載力參數(shù)較準(zhǔn)確的提供、設(shè)計(jì)施工應(yīng)注意的巖土問題分析、不良地質(zhì)作用以及工程所在地區(qū)設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)、基礎(chǔ)類型和樁型的選取、樁基承載力的估算對(duì)比等諸多方面，都具有切實(shí)有利的指導(dǎo)價(jià)值。因此，地鐵勘察應(yīng)重視既有勘察成果、經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和利用，盡快建立地鐵沿線的巖土工程勘察數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以方便對(duì)既有勘察成果的查詢和資源共享。

軟土地基分析

根據(jù)沿線工程地質(zhì)特征，場(chǎng)地屬典型的軟土地區(qū)，場(chǎng)地廣泛分布有飽和軟弱土（主要為淤泥及淤泥質(zhì)土）。軟土具有含水量高、壓縮性高、靈敏度高、易觸變、流變性低、抗剪強(qiáng)度低、透水性低等特點(diǎn)，稍受外力作用就會(huì)發(fā)生擾動(dòng)，且擾動(dòng)后強(qiáng)度顯著下降。在地震作用下，還有可能發(fā)生沉陷現(xiàn)象，給工程建設(shè)帶來一系列巖土工程風(fēng)險(xiǎn)。

施工工法選擇分析及適宜性評(píng)價(jià)

區(qū)間盾構(gòu)法施工

盾構(gòu)選型首先要適應(yīng)工程、水文地質(zhì)條件，同時(shí)應(yīng)適應(yīng)周邊環(huán)境和施工進(jìn)度的要求等。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，選用適用于土質(zhì)地基條件的有泥水平衡式盾構(gòu)和土壓平衡式盾構(gòu)。根據(jù)國內(nèi)地鐵施工經(jīng)驗(yàn)（盾構(gòu)的適用條件及寧波軌道交通一二期盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)），在未穿越中風(fēng)化基巖地段可采用加泥式土壓平衡式盾構(gòu)。而對(duì)于需穿越中風(fēng)化～微風(fēng)化基巖，建議采用配置滾刀和刮刀的復(fù)合盾構(gòu)機(jī)。

區(qū)間礦山法施工

對(duì)于該隧道項(xiàng)目而言，盾構(gòu)入巖后主要位于中～微風(fēng)化基巖，圍巖等級(jí)Ⅲ～Ⅳ級(jí)。其中，Ⅲ級(jí)圍巖可采用上下臺(tái)階分部開挖施工，Ⅳ級(jí)可采用臺(tái)階法和超前支護(hù)施工。隧道開挖工序是隧道施工質(zhì)量的首要保障。所以，必須有正確的開挖方案，防止出現(xiàn)超、欠挖等問題，并做有預(yù)防塌方的措施，才能保證開挖質(zhì)量。

聯(lián)絡(luò)通道及區(qū)間泵站施工工法

①機(jī)械頂管法

該工程周邊環(huán)境較好，1#、2#聯(lián)絡(luò)通道及區(qū)間泵站均位于平原區(qū)，地下障礙物較少，施工無地面影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭示情況，頂管主要涉及土層以淤泥質(zhì)土和軟～可塑狀黏性土層為主。黏性土層中頂進(jìn)施工較理想，工期較少，且不存在凍融影響。機(jī)械頂管法在寧波已有先例，施工已經(jīng)比較成熟。

②凍結(jié)法

根據(jù)寧波市已建地鐵的聯(lián)絡(luò)通道的施工情況看，凍結(jié)法的施工技術(shù)及風(fēng)險(xiǎn)控制在寧波已經(jīng)比較成熟。采用凍結(jié)法施工，冷凍效果的好壞直接關(guān)系到工程成敗，凍結(jié)設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)保證凍土墻的厚度與深度。

③新奧法

該工程的3#聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置于AK1+580里程處，位于奕大山區(qū)域，涉及巖層主要為中～微風(fēng)化玻屑凝灰?guī)r，巖石強(qiáng)度較高，適宜采用新奧法施工。在AK1+560里程處，有個(gè)J3節(jié)理裂隙發(fā)育帶。由于巖性差異及受J3節(jié)理裂隙發(fā)育帶的影響，可能存在小型的節(jié)理密集帶，建議采取動(dòng)態(tài)施工，分臺(tái)階開挖，加強(qiáng)襯砌，減少回次進(jìn)尺，做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，必要時(shí)可采用管棚+加強(qiáng)排水輔助施工措施處理后再進(jìn)行開挖。

適宜性評(píng)價(jià)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)法施工管片一般抗?jié)B壓力為0.8MPa，建議盾構(gòu)過程中加強(qiáng)管片止水措施，一般包括管片自防水及接縫防水。受J3節(jié)理裂隙發(fā)育帶影響，奕大山深處或存在水壓過大的可能。若水壓過大管片抗?jié)B無法滿足，建議采用新奧法或“增大盾構(gòu)直徑+鋼筋混凝土內(nèi)襯”的盾構(gòu)法施工進(jìn)行比選。

該工程區(qū)間線路長，考慮到沿線基巖強(qiáng)度變化大，且存在J1 ～J4節(jié)理裂隙發(fā)育帶，筆者建議，一是區(qū)間進(jìn)行盾構(gòu)法及礦山法施工型式比選； 二是1#、2#聯(lián)絡(luò)通道及區(qū)間泵站采用機(jī)械頂管法與凍結(jié)法加固進(jìn)行比選；三是3#聯(lián)絡(luò)通道采用新奧法。

后續(xù)工作建議

根據(jù)初步勘察成果分析，對(duì)后續(xù)勘察、設(shè)計(jì)工作提出如下建議：

一是由于初步勘察階段勘探孔間距較大，沿線巖土分層尚不完善，詳勘階段的工作需按工點(diǎn)詳細(xì)查明地基土的分布規(guī)律及其工程特征，尤其是地層變異較大處，詳勘時(shí)應(yīng)加密勘探孔，以查明其分布規(guī)律。

二是通過此次物探手段，發(fā)現(xiàn)了可能存在的節(jié)理裂隙發(fā)育帶以及速度異常區(qū)域，建議在詳勘時(shí)增加鉆孔對(duì)物探可疑部位再進(jìn)行驗(yàn)證。

三是初勘階段由于巖樣數(shù)量較少，導(dǎo)致巖石強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)值邏輯性與實(shí)際有一定偏差，要在詳勘階段引起重視，規(guī)范取樣方式，同時(shí)對(duì)基巖做石英含量試驗(yàn)。

四是在下一步的勘察工作中，增加聲波測(cè)井和井中孔內(nèi)電視探測(cè)，確定破碎帶的實(shí)際狀態(tài)。

結(jié)語

寧波軌道交通4號(hào)線東延伸工程勘察內(nèi)容廣，勘察方法和手段多樣，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜。因此，在充分研究初步勘察成果的基礎(chǔ)上，對(duì)下一階段勘察工作應(yīng)分別對(duì)待，針對(duì)不同的地質(zhì)單元、不同的結(jié)構(gòu)形式和不同的施工方法，采用相應(yīng)的勘察手段和評(píng)價(jià)方法，以更有針對(duì)性地解決巖土工程問題，更好地為后續(xù)設(shè)計(jì)、施工提供優(yōu)質(zhì)的勘察成果資料。