綜合勘察結(jié)合專(zhuān)題研究在滬寧城際鐵路工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

田光盛

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

1 概述

滬寧城際鐵路南京至鎮(zhèn)江段線(xiàn)路全長(zhǎng)94.06 km，主要通過(guò)寧鎮(zhèn)剝蝕丘陵區(qū)、長(zhǎng)江高階地區(qū)、長(zhǎng)江及其支流一級(jí)階地。全段橋梁67座/40.573 km，特殊孔跨14處，最大跨度108 m，最大墩高20 m，基礎(chǔ)最大埋深12.57 m；隧道5座/3.4 km，穿越地層主要為侏羅系長(zhǎng)石砂巖夾泥頁(yè)巖、三疊系砂頁(yè)巖及灰?guī)r、二疊系灰?guī)r、泥盆系石英砂巖、志留系砂巖、頁(yè)巖等，隧道埋深介于15～150 m之間，最長(zhǎng)隧道為正盤(pán)山隧道，長(zhǎng)約1.484 km；路基88個(gè)工點(diǎn)/53.483 km，路塹長(zhǎng)16.89 km，路堤長(zhǎng)36.593 km，軟土及松軟土路堤32處/14.814 km；各類(lèi)過(guò)渡段247處；本段共設(shè)車(chē)站6座，分別為南京站、仙林站、寶華站、鎮(zhèn)江站、丹徒站及丹陽(yáng)站。南京至鎮(zhèn)江段是滬寧城際鐵路工程地質(zhì)條件最復(fù)雜、工程類(lèi)型最齊全、各類(lèi)過(guò)渡段頻繁、修建難度大、控制工程最多的地段，針對(duì)本段工程地質(zhì)勘察特點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合高鐵各類(lèi)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，采用綜合勘察與專(zhuān)題研究相結(jié)合的方法，評(píng)價(jià)了各線(xiàn)路方案的工程地質(zhì)條件和工程設(shè)置方案，查明了沿線(xiàn)不良地質(zhì)和特殊巖土的工程地質(zhì)特征，獲取了各類(lèi)工程設(shè)計(jì)所需的巖、土、水地質(zhì)參數(shù)，保證了工程建設(shè)的順利推進(jìn)和按期建成，建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期間未發(fā)生因地質(zhì)原因引起的重大變更設(shè)計(jì)和工程問(wèn)題，工程地質(zhì)勘察方法可供類(lèi)似工程勘察參考。

2 滬寧城際寧鎮(zhèn)段工程地質(zhì)勘察技術(shù)特點(diǎn)

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，工程類(lèi)型復(fù)雜，工程地質(zhì)勘察精度要求高

滬寧城際鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速300 km，南京至鎮(zhèn)江段除南京站采用有砟軌道外，其他地段均鋪設(shè)CRTSI型板式無(wú)砟軌道。無(wú)砟軌道高速鐵路的路基、橋梁、隧道工程對(duì)工程勘察精度提高了嚴(yán)格的要求，包括地基條件勘察、各類(lèi)過(guò)渡段勘察、建筑材料勘察、地質(zhì)環(huán)境勘察等，如：①路基一般地段工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)不大于15 mm，路基與橋梁、隧道與橫向構(gòu)筑物交界處的差異沉降不大于5 mm，這就對(duì)地層的空間分布、分層力學(xué)參數(shù)提出了更高的精度要求；②本段各類(lèi)過(guò)渡段的“三維”勘察評(píng)價(jià)直接關(guān)系到工程方案和工程質(zhì)量；③本段優(yōu)質(zhì)建筑材料缺乏，建筑材料勘察評(píng)價(jià)也是本段工程勘察的難點(diǎn)之一。

2.2 工程地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)及特殊巖土發(fā)育，工程地質(zhì)評(píng)價(jià)難度大

南京至鎮(zhèn)江段工程地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)發(fā)育、分布范圍廣，主要包括：①順層剝落、滑坡；②危巖落石、崩塌及人工采石場(chǎng)高邊坡；③花崗侵入巖殘積土、球狀風(fēng)化；④地震區(qū)；⑤巖溶發(fā)育區(qū)；⑥軟土和松軟土地基；⑦下蜀黏土(弱至中膨脹土)；⑧人工堆棄土、垃圾場(chǎng)、尾礦等。既要通過(guò)超前工程地質(zhì)工作，查明各類(lèi)不良地質(zhì)和特殊巖土的范圍、性質(zhì)，為線(xiàn)路選擇、建筑物場(chǎng)地選址提供依據(jù)；又要在線(xiàn)路走向、建筑物位置、類(lèi)型、式樣布置確定后，通過(guò)詳細(xì)工程地質(zhì)勘察，為各類(lèi)建筑設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的地質(zhì)參數(shù)，還要為特殊巖土處理、不良地質(zhì)整治、環(huán)境保護(hù)、水土保持和施工方案確定等提供依據(jù)。只有通過(guò)綜合勘察與專(zhuān)題研究相結(jié)合，合理安排工序，才能正確評(píng)價(jià)各類(lèi)不良地質(zhì)與特殊巖土對(duì)工程的影響，提出針對(duì)性的工程措施意見(jiàn)。

3 工程地質(zhì)勘察方法

根據(jù)高速鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和本段工程地質(zhì)特征，工程地質(zhì)勘察中采用了綜合勘探測(cè)試與專(zhuān)題研究論證相結(jié)合的勘察方法。專(zhuān)題研究包括軟土、中等壓縮性土等土質(zhì)地基工程地質(zhì)勘察精度和物理力學(xué)參數(shù)選取方法研究；沿線(xiàn)挖方土質(zhì)特征和改良后工程特性試驗(yàn)研究成等；專(zhuān)項(xiàng)評(píng)估包括地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估、壓占礦產(chǎn)資源評(píng)估、地震安全性評(píng)價(jià)等。綜合勘察測(cè)試中采用了工程地質(zhì)調(diào)繪，物理勘探，原位測(cè)試，機(jī)動(dòng)鉆探及巖土、水試驗(yàn)等相結(jié)合的方法，查明了各線(xiàn)路方案工程地質(zhì)特征，以及各類(lèi)工程的工程地質(zhì)條件，結(jié)合地方巖土經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)題研究結(jié)論，為線(xiàn)路方案選擇，工程類(lèi)型比選，各類(lèi)建筑物設(shè)計(jì)，特殊巖土處理，不良地質(zhì)整治，環(huán)境保護(hù)和水土保持方案的制定及合理確定施工方法等提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)和巖、土、水等地質(zhì)參數(shù)。

4 綜合勘察技術(shù)與專(zhuān)項(xiàng)研究及應(yīng)用

4.1 工程地質(zhì)選線(xiàn)

在廣泛收集并充分研究區(qū)域地質(zhì)資料、通道內(nèi)相關(guān)工程勘察資料和工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用大面積地質(zhì)調(diào)查和代表性勘探測(cè)試相結(jié)合的方法，查明了各線(xiàn)路方案的工程地質(zhì)條件，根據(jù)地質(zhì)特征提出了線(xiàn)路方案選擇和工程設(shè)置的意見(jiàn)和建議，從源頭上降低了工程風(fēng)險(xiǎn)。如：①龍?zhí)对O(shè)站方案與寶華設(shè)站方案(DK20+500～DK60+600)，選擇了軟土厚度較薄的寶華設(shè)站方案；②正盤(pán)山隧道穿越方案(DK27+800～DK34+300)，選擇線(xiàn)路北移200 m，繞避了小角度與線(xiàn)路相交的F3斷層方案；③何家山隧道出口順層地段線(xiàn)路方案(DK15+500～DK19+300)，通過(guò)優(yōu)化平縱斷面，減少了順層對(duì)工程和影響，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)；④通和壓覆礦產(chǎn)資料和尾礦影響評(píng)估，選擇了繞避甘家巷鉛鋅礦線(xiàn)路方案等。

4.2 綜合勘探測(cè)試技術(shù)

對(duì)軟土地基采用原位測(cè)試與鉆探取樣試驗(yàn)相結(jié)合的綜合勘察方法，充分發(fā)揮原位測(cè)試技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，獲取了地基土準(zhǔn)原始狀態(tài)下的力學(xué)參數(shù)。根據(jù)不同的軟土成因類(lèi)型，布置以靜力觸探為主、其他原位測(cè)試手段為輔的原位測(cè)試方法，并采用一定數(shù)量的鉆探取樣、土工試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，綜合地區(qū)巖土經(jīng)驗(yàn)，修正了規(guī)范公式，查明了地層分層及結(jié)構(gòu)情況，獲取了地基土的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

對(duì)高階地河流相中等壓縮性黏土，采用以機(jī)動(dòng)鉆探為主，試坑取樣、靜力觸探為輔的綜合勘察方法，同時(shí)選擇代表性工點(diǎn)進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)和旁壓試驗(yàn)，掌握了中等壓縮性黏土地基的基本特性，尤其是結(jié)構(gòu)特性和變形特性，為該類(lèi)土地基處理設(shè)計(jì)提供了翔實(shí)可靠的地質(zhì)依據(jù)。同時(shí)，分段測(cè)試該類(lèi)土的脹縮特性和水穩(wěn)定性，為基床結(jié)構(gòu)、填料和邊坡設(shè)計(jì)提供了參數(shù)。

對(duì)巖溶路堤采取鉆探和綜合物探的勘察方法，對(duì)巖溶路堤，在物探查明巖溶異常帶的基礎(chǔ)上，布置鉆探進(jìn)一步查明巖溶發(fā)育程度；對(duì)不穩(wěn)定區(qū)和欠穩(wěn)定區(qū)，進(jìn)一步采用“探灌結(jié)合”方案，詳細(xì)查明巖溶發(fā)育狀況。對(duì)巖溶路塹，在施工開(kāi)挖后結(jié)合物探成果，采用“探灌結(jié)合”的方法進(jìn)行詳細(xì)勘察。

對(duì)可溶巖隧道及橋梁工程，開(kāi)展了綜合物探工作，主要包括利用地震折射波法測(cè)定巖體的縱波速度，指導(dǎo)劃分隧道圍巖級(jí)別；利用地震反射波法劃分地層界線(xiàn)，查找地質(zhì)構(gòu)造、巖溶地基的發(fā)育狀態(tài)；利用電測(cè)深法劃分地層界線(xiàn)，探查隱伏構(gòu)造；利用電測(cè)剖面法查找溶洞，確定斷層、巖性界線(xiàn)的位置及傾向；利用高密度電法查找?guī)r溶地基溶洞和地質(zhì)界線(xiàn)的產(chǎn)狀等。通過(guò)多種物探成果進(jìn)行對(duì)比分析，準(zhǔn)確劃分了各類(lèi)地質(zhì)界線(xiàn)和圍巖級(jí)別。

對(duì)路基填料取土場(chǎng)，按建筑材料場(chǎng)地的要求，采用地質(zhì)調(diào)查測(cè)繪，結(jié)合勘探、取樣試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了各取土場(chǎng)的填料性質(zhì)、質(zhì)量和儲(chǔ)量、開(kāi)采方案等。

加強(qiáng)了各類(lèi)過(guò)渡段工程地質(zhì)勘察。對(duì)各類(lèi)過(guò)渡段進(jìn)行橫、縱斷面勘察，詳細(xì)掌握了地基土空間分布特征，為實(shí)現(xiàn)不同建筑物平順過(guò)渡，確保高速鐵路安全舒適運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)。

4.3 專(zhuān)題研究

(1)軟土地基綜合勘察及物理力學(xué)參數(shù)選取方法研究

采用應(yīng)力鏟、扁板側(cè)脹、螺旋板載荷、孔壓觸探等新型原位測(cè)試技術(shù)，獲取了軟土地基在原始應(yīng)力狀態(tài)條件下的變形、強(qiáng)度及滲透固結(jié)等指標(biāo)，查明了不同成因軟土的基本特性，特別是軟土的結(jié)構(gòu)性。軟土地基勘察宜采用以靜力觸探為主的原位測(cè)試與鉆探相結(jié)合的勘探方法。在土工參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)背景、原位測(cè)試、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合分析，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)后提出合理的軟土地基設(shè)計(jì)參數(shù)，首次提出了考慮土的結(jié)構(gòu)性和實(shí)際荷載水平進(jìn)行沉降分析的建議。

(2)中等壓縮性黏土地基基本特性研究

通過(guò)綜合勘探測(cè)試和對(duì)比分析，查明了中等壓縮性黏土基本特性。該類(lèi)土具有低含水量、低孔隙比、高液限、高強(qiáng)度、中等—中等偏低壓縮性、低滲透性、介于飽和與非飽和之間、具有強(qiáng)結(jié)構(gòu)性等特點(diǎn)。中等壓縮性土在荷載水平較低時(shí)，變形量很小，以彈性變形為主，約占總變形的60%～70%。基于較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)特性特點(diǎn)，充分利用和保護(hù)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)工程十分有利，地基處理方案選擇時(shí)，不宜采用破壞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的工法；在施工期間出現(xiàn)的各種偶然荷載組合均不宜超過(guò)其結(jié)構(gòu)應(yīng)力?？偝两涤?jì)算時(shí)，應(yīng)考慮使用荷載水平與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的關(guān)系，建議采用e-logp法或“彈性理論法”。考慮到一般情況下荷載應(yīng)力水平均小于其結(jié)構(gòu)應(yīng)力，為回彈指數(shù)區(qū)段，即彈性變形段，工后沉降計(jì)算可采用基于工程經(jīng)驗(yàn)的“沉降完成比例”方法。

(3)下蜀黏土及其改良土試驗(yàn)研究

沿線(xiàn)分布較廣的下蜀黏土屬高塑限黏土，具有弱—中等膨脹性，為C組細(xì)粒填料。素土不能滿(mǎn)足高速鐵路對(duì)路基填料的要求。對(duì)該類(lèi)土作為基床底層填料時(shí)需采取的改良措施進(jìn)行了研究，通過(guò)不同改良劑和摻入比改良下蜀黏土室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)，提出了改良劑宜選用石灰、摻入比采用5%的結(jié)論，研究成果對(duì)設(shè)計(jì)、施工起到了良好的指導(dǎo)作用。

(4)石英二長(zhǎng)巖風(fēng)化物及其改良土試驗(yàn)研究

通過(guò)對(duì)石英二長(zhǎng)巖風(fēng)化物室內(nèi)改良試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)，提出了該類(lèi)土的填料適用性和改良方法。試驗(yàn)表明：石英二長(zhǎng)巖全風(fēng)化物礦物成份中蒙脫石含量超過(guò)7%，水對(duì)CBR值有較大影響，不宜直接用作高速鐵路路基基床底層填料；摻入粗集料改良后，顆粒級(jí)配得到明顯改善，CBR強(qiáng)度值得到顯著提高，可用作高速鐵路路基基床底層填料。

(5)碎石土填筑試驗(yàn)研究

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了碎石土填料設(shè)計(jì)方案的可行性，提出了填筑工藝、過(guò)程質(zhì)量控制方法、壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)方法，指導(dǎo)了滬寧城際鐵路設(shè)計(jì)和施工。

4.4 專(zhuān)項(xiàng)評(píng)估

勘察過(guò)程中，開(kāi)展了地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估、壓占礦產(chǎn)資源評(píng)估、地震安全性評(píng)價(jià)等，為最佳線(xiàn)位選擇及工程抗震設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。

4.5 地質(zhì)核查

強(qiáng)化了施工階段工程地質(zhì)勘察工作，作為一個(gè)獨(dú)立的階段，納入工程地質(zhì)勘察程序，包括技術(shù)交底、驗(yàn)基、驗(yàn)槽、驗(yàn)樁及施工勘察等，以及必要的補(bǔ)充勘探測(cè)試工作，確保地質(zhì)資料的真實(shí)可靠，全方位徹底規(guī)避了地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，為工程安全順利建成提供了保障。

4.6 從工程地質(zhì)角度提出線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)后應(yīng)注意的問(wèn)題

基于鐵路周邊工程活動(dòng)(如臨近鐵路抽取地下水、深基坑開(kāi)挖、堆載等)都可能引起鐵路下部地質(zhì)體性狀的變化，進(jìn)而影響鐵路路基、橋涵、隧道等工程的穩(wěn)定和行車(chē)安全。在工程地質(zhì)勘察總報(bào)告和分工點(diǎn)勘察報(bào)告中，提出了運(yùn)營(yíng)期間應(yīng)注意防范鐵路附近人類(lèi)工程活動(dòng)影響鐵路工程穩(wěn)定安全等問(wèn)題，對(duì)保障本線(xiàn)運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期安全具有重要意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)施工驗(yàn)證，滬寧城際南京至鎮(zhèn)江段工程地質(zhì)勘察資料與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況吻合，沒(méi)有出現(xiàn)因地質(zhì)資料不符而引起的變更設(shè)計(jì)和地質(zhì)災(zāi)害。通過(guò)對(duì)滬寧城際南京至鎮(zhèn)江段工程地質(zhì)勘察的總結(jié)，有以下幾點(diǎn)體會(huì):

①樹(shù)立高速鐵路高標(biāo)準(zhǔn)的工程地質(zhì)勘察理念，制定切實(shí)可行的綜合勘察技術(shù)要求和工作大綱，是保證高速鐵路高質(zhì)量和高可靠性的工程地質(zhì)勘察的前提。

②要以工程風(fēng)險(xiǎn)(含施工及運(yùn)營(yíng))和工程建設(shè)實(shí)施難度為主線(xiàn)，加強(qiáng)工程地質(zhì)選線(xiàn)，合理選擇線(xiàn)路方案及工程類(lèi)型，從源頭上降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

③依托科學(xué)試驗(yàn)、專(zhuān)題研究或?qū)ｍ?xiàng)評(píng)估，解決工程建造面臨的重大地質(zhì)問(wèn)題，指導(dǎo)各類(lèi)工程的勘察設(shè)計(jì)。

④加強(qiáng)施工勘察和地質(zhì)核查等施工地質(zhì)工作，可全面系統(tǒng)地規(guī)避地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)消除運(yùn)營(yíng)期間可能出現(xiàn)的問(wèn)題，宜作為獨(dú)立的一個(gè)勘察階段進(jìn)行安排和管理。

⑤依據(jù)沿線(xiàn)工程地質(zhì)特征、地質(zhì)環(huán)境的承受能力

和敏感性，提出運(yùn)營(yíng)后應(yīng)對(duì)周邊工程活動(dòng)重點(diǎn)關(guān)注的段落，對(duì)保證長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)具有十分重要的意義。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001

[4] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院.新建鐵路上海至南京城際軌道交通(江蘇段)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告[R].武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，2008

[5] 江蘇省地震工程研究院.上海至南京城際軌道交通工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告[R].南京：江蘇省地震工程研究院，2008

[6] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.滬寧城際軌道交通工程地質(zhì)勘察大綱[R].武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2006

[7] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建南京至上海城際軌道交通初步設(shè)計(jì)(地質(zhì))[R].武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2007

[8] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建南京至上海城際軌道交通施工圖總說(shuō)明(路基)[R].武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.

[9] 鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院.軟土地基綜合勘察及物理力學(xué)參數(shù)選取方法研究[R].武漢：鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院，2005

[10] 彭志鵬.CFG樁處理中等壓縮性土地基試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2009(4)