西安地铁勘察工作重点及难点的探讨

范寒光 高术孝 胡振联

摘要西安市地处覆盖广、厚度大的黄土地区，且文物古迹众多，城区环境复杂，在加快地铁时会面临很多问题。如何有效地利用综合勘察手段，查明地铁沿线的工程地质和水文地质条件，对指导地铁施工，规避安全风险、保证施工质量，具有十分重要的意义。

关键词 西安地铁；黄土地区；地裂缝；饱和软黄土；洞穴；文物古迹；重要建（构）筑物； 勘察

Abstract: Xi'an is located in the loess region, and many cultural relics, the complex urban environment, there are many problems will be faced when the subway speed up. How to use the comprehensive investigation; identify the engineering geological and hydrogeological conditions along the MTR. It has great significance for guiding the subway construction, avoid the security risks and to ensure the quality of construction.Keywords: Xi'an subway; loess areas; ground fissures; saturated soft loess; cave; heritage; important building (structure) building; survey

中圖分类号：U231+.1 文献标识码：A文章编号：

1 西安地铁概况

按照国务院批准的《西安市城市快速轨道交通建设规划》，西安市总共建设6条地铁线路，总长251.8公里。共设16座换乘站，150座车站，10座车辆段，4座停车场，2处控制中心。轨道交通线网形成“棋盘+放射式”网状结构布局，线网中一、二、三号线为骨干线，既满足了城市东西向、南北向主轴线上的客运交通需求，又向外拓展了城市发展空间；四、五、六号线是轨道交通网的辅助线，主要满足城市功能组团之间的交通需求，对线网进行加密完善。

1.1一号线（后卫寨—纺织城）：

该线路位置为西安市东西向主客流走廊。线路起迄点后卫寨、纺织城是西安市对外交通枢纽。该线路穿越西安城区的东西，通过市区最繁华的地区和人口最稠密的地区，线路连接主城东西轴向上城西客运站、西安城运站、康复路批发市场、长乐路客运站、半坡客运站等大型客流集散点和长途客运枢纽。一号线向西延伸至咸阳森林公园，为西咸一体化创造有利条件；向东延伸至临潼旅游渡假区，可大大促进西安市旅游事业的发展及沿线土地开发利用，进一步加强西安作为国际级旅游城市的地位。该线为轨道交通线网中的骨干线。

1.2二号线（铁路北客站—韦曲）：

该线路位置为西安市南北向主客流走廊，线路将郑州至西安高速铁路西安北客站、张家堡广场、城市中心北大街及钟楼、南郊省体育场、小寨商业文化中心、西安国际展览中心、长安区等大型客流集散点串联起来，沿途分布有张家堡客运站、城北客运站、明德门客运站等长途客运枢纽。二号线与一号线构成轨道交通线网中的十字骨架，是线网中的骨干线。

1.3三号线（新筑—侧坡村）：

该线路为东北、西南走向。线路沿城市主要客流走廊东二环敷设，毗邻西安浐灞新区、兴庆公园，经国家级历史文物景点大雁塔、陕西省历史博物馆、小寨商业文化中心、西安高新技术产业开发区、长安科技产业园等客流及人口密集区，促进城市发展空间向东北、西南方向拓展。三号线与一、二号线共同构成规划线网中的骨干线。

1.4四号线（草滩农场—韦曲航天科技产业园）：

线路连接草滩现代农业开发区、张家堡广场、曲江旅游度假区、韦曲航天科技产业园，途经既有西安火车站、明城墙内五路口及大差市、历史文物景点大雁塔等客流密集区。四号线对于城市南北向客流转换起到了辅助和补充作用，为规划线网中的辅助线。

1.5五号线（纺织城火车站——六村堡（纪阳））：

线路东端的纺织城火车站为既有西康铁路客运站，是西安铁路枢纽的辅助客站。西端主线连接六村堡工业园区、支线连接纪阳组团，途经曲江旅游度假区、西安国际展览中心及三桥交通枢纽等大的客流集散点，将辅助一号线分流城区内东西向客流，为规划线网中的辅助线。

1.6六号线（纺织城—长安科技产业园）：

线路连接东郊纺织城、明城墙内东西大街及钟楼、南郊大学城、西安高新技术产业开发区及长安科技产业园等工商业聚集区和人口密集区。可辅助一号线对主城区客流起到较大的分流作用，缓解主城核心区的交通压力，同时可带动东郊纺织城社会经济发展及产业结构调整、南郊大学城土地综合开发利用，拓展城市发展空间，为规划线网中的辅助线。

2 西安地铁线路沿线环境概述

2.1 工程地质条件

2.1.1地形地貌

西安市位于关中盆地中部，北傍渭河，南倚秦岭，地势上呈东南高而西北低。地铁建设区内地貌主要为：南部为黄土台塬，中部为湖积、洪积台地、北部及西部为渭河阶地、东侧为浐河灞河阶地。

西安规划6条地铁线路总长251km，其中跨越渭河阶地线路总长55.7km，占总线路的22%，跨越浐河阶地32.8km，占总线路13%，跨越湖积、洪积台地154km，占总线路的62%，跨越黄土台塬8.5km，占总线路3%。

参见线路跨越地貌单元比重图。

自上而下主要地层为全新世黄土、晚更新世黄土、中更新世黄土。

（2）湖积、洪积台地

三~六级台地为湖积台地，自上而下主要为全新世黄土、晚更新世黄土、湖积粉质粘土及砂层。

一~二级台地为洪积台地，自上而下地层主要为全新世黄土、晚更新世黄土、洪积粉质粘土及砂层。

（3）渭河及其支流阶地

渭河及其支流一级阶地地层自上而下主要为洪积成因次生黄土及粉质粘土、砂层。

渭河及其支流二级、三级阶地地层自上而下主要为：上覆风积黄土、残积古土壤，底部为洪积粉质粘土、砂层。

2.1.3特殊岩土及不良地质

（1）湿陷性黄土

地铁建设场地内，广泛分布有湿陷性黄土，尤其是在黄土台塬、高级台地及阶地地貌单元内，湿陷性黄土对附属工程及湿陷性土层较厚地区的主体结构均有影响。

（2）饱和软黄土

地铁线路建设场地内，尤其是以兴庆湖周边地区为代表，地下水位附近分布有厚度2~5m的饱和软黄土层，该层对地铁建设期地表沉降及对周边建筑沉降有较大影响。

（3）地裂缝

西安城区自北向南分布已经查明14条地裂缝，总体走向NE70°~80°，近似平行排列。地铁建设必然要考虑地裂缝对其建设及运营的影响。

（4）古墓、空洞

西安为古都，城区内广泛分布有古墓、洞穴等地下空洞。地铁建设期间设计施工要对其采取必要工程措施。

2.2 水文地质条件

2.2.1地表水

西安周边地表水体对地铁建设影响较大的，主要有渭河、浐河、灞河、沣河、兴庆湖、南湖等，地表水与地下水有一定的水力联系，并对其周边地基土有一定的影响。进而对地铁建设有一定的影响。

2.2.2地下水

西安地区地下水对地铁影响较大的是潜水。在不同的地貌单元内，地下水位和含水层渗透系数也是不同的。

地铁结构影响范围内，主要含水层以黄土为主时，渗透系数一般为1~10m/d；主要含水层为粘性土和砂土时，渗透系数一般为20~50m/d。受地形地貌条件控制，潜水位埋深随地貌单元不同而异，但总体与地势相符，即呈南高北低之势，地下潜水径流方向为NNW。

2.3 环境地质条件

2.3.1文物古迹

西安为十三朝古都，有 年历史，城区中有大量的文物古迹，地铁线路沿线包括西安明城墙、钟楼、大雁塔、唐大明宫遗址、汉城遗址等等

2.3.2 重要建（构）筑物

西安地铁主要在主城区，城区内地铁沿线有较多的大型建筑物、高架桥、地下商场、地下隧道、火车轨道及其他重要建（构）筑物，其地下结构复杂，地基土层受其影响性质不均，对地铁建设有一定影响。

3 勘察重点、难点及其勘察方法

3.1 湿陷性黄土

湿陷性黄土是受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。按其湿陷类型分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。根据不同湿陷量计算值并结合湿陷类型，可将湿陷性黄土划分为四个湿陷等级。

湿陷性黄土地区根据建筑类别不同、湿陷类型不同、湿陷等级不同，将采取不同的地基处理或地基方案。故地铁勘察应针对地铁不同的建筑结构及地基土层条件，采取不同的勘察手段和方法。大致归纳如下：

3.2饱和软黄土

西安市地区由于地下水位上升，使晚更新世黄土含水量达到饱和，尤其是在水位附近的饱和黄土，呈软塑~流塑状态，承载力低，压缩性高，地区定名为饱和软黄土。该层土尤其是在兴庆湖周边地区、火车站附近、沙坡附近、小寨及八里村地区，性质为最差。在外荷载和降水条件下均可能引起较大地面沉降。勘察期间尤其应重点查明其分布范围及性质。

针对饱和软黄土的特点，勘察期间可采取如下几种勘探方法：

（1）静力触探试验

在饱和软黄土地区，通过静力触探试验锥尖阻力曲线，直观反映出土的状态，（根据中南电力设计院经验公式Ps=1.283qc-0.049及华东电力设计院和上海城建局设计院回归方程Ps=1.227qc-0.06。）当锥尖阻力值小于0.7MPa时，可初步判定为饱和软黄土。

（2）三重管取样

现场钻探取样时，由于饱和软黄土呈软塑，甚至流塑状态，常规静压取土并不能取得I级原状土样，当采用三重管取样设备时，原状土可在最小扰动条件下进入内管，并直接封样送达试验室，保证了软土的原状性，试验成果更为准确，IL、e、a等饱和软黄土的直接参数更为准确。

（3）十字板剪切试验、孔内剪切试验

西安地铁勘察需要采用探井方法进行勘探，探井一般挖至饱和软黄土深度后，难度极大，便可终孔。这时井下可采用十字板剪切试验，对饱和软黄土的抗剪强度进行测试。

（4）扁铲侧胀试验

由于土层限制及仪器抗压强度限制，扁铲侧胀试验适合在粘性土中进行，当在饱和软黄土中试验时，取得的实测值更为真实准确，试验成果分析得出的k0、水平基床系数均可较好反映饱和软黄土性质。

3.3地裂縫

西安城区自北向南分布已经查明14条地裂缝，总体走向NE70°~80°，近似平行排列。地铁线路必然与其交汇，无论是设计施工阶段，还是后期地铁运营阶段，地裂缝对地铁均有不同程度的影响。查明地裂缝出露位置、产状、活动规律及发展趋势是勘察的重点工作。根据已完成的四条线勘察工作，地裂缝勘察宜分为一下几个阶段进行勘察。

第一阶段：已收集已有资料为准，初步确定地裂缝走向、与线路交汇情况、目前地裂缝发展状况；

第二阶段：进行现场勘探，可采用现场调查、钻探、静探、探槽等勘探方式，详细查明地裂缝出露位置；现场调查工作不局限于地裂缝出露调查，可涵盖周边走访、地下水观测、地势地貌特征调查等方法。进一步确定地裂缝产状及发展规律。

第三阶段：对进行的勘察成果进行分析处理，尤其是在微地貌地区，地层变化可能对地裂缝查明有干扰，更加进行详细分析。在微地貌可能影响判定地裂缝有无地段，可适当采取浅层地震等物探手段进行补勘。

第四阶段：对地裂缝发展趋势进行预测。可通过收集观测资料为主要手段。必要时，亦可进行长期观测，为地铁今后运营期间，避免地裂缝对地铁影响起到超前预报工作。

3.4人工填土

西安为十三朝古都，人类活动历史悠久，尤其是近现代，随着城市发展，人工建构筑物逐渐从地上涉及到地下，人工填土成为地基土层重要组成部分。

查明人工填土的抗剪强度参数指标/填土分布范围及深度/填土的密实度/填土成分分析/为重要内容。勘察过程中，应对具备采取原装土试样的素填土，采取试样进行室内土工试验，并辅以现场标准贯入试验，静力触探试验，有条件时可采取原位剪切试验。对结构松散，成份杂乱的填土，应进行动力触探试验，并对填土成份进行分析定性。填土地段勘察时，应加强周边走访调查，了解填土成因及时间，分析其固结状态，并对可能引起填土发生稳定破坏的因素进行调查。

3.5地下空洞、墓穴

西安为古都，历经时代变迁，战乱洗礼，地下存在着大量的地窖/古墓、洞穴、人防等人工建构筑物。地铁线路沿线必将与地下建构筑物存在相互影响。

勘察期间宜采取如下方法及手段对其进行勘察：

（1）向相关单位收集已有各种地下建构筑物资料，初步掌握地下建构筑物分布特征；

（2）走访勘察区域相关的单位及居民，了解可能存在地下空洞的位置

（3）当勘探过程中揭示有空洞或疑似存在空洞时，应及时与勘察总体单位/咨询单位/业主单位进行沟通，适时采取钻探/静探/地质雷达等勘探方法进行调查及补充查明工作。

（4）勘探过程中，应对揭示的地下建构筑物进行空洞特征/填充成分详细描述。客观反映空洞条件。

3.6文物古迹

西安市保存大量的文物古迹，地铁建设与文物古迹的影响不可避免。为此，勘察工作应为保护文物的设计工作提供第一手翔实/准确/全面的地质资料。

文物古迹地段勘察分为两个部分：文物周边勘察/文物专项勘察

针对文物周边勘察，主要采取钻探/静探等常规勘察方法，勘察深度不宜小于2倍地铁建筑结构影响深度。且应达到底板深度以下20米。主要对其地基土层展布/性质进行分析评价。

针对文物专项勘察，宜采取工程地质调查/测绘/地基钻探/基础及地基探槽/标准贯入试验/波速测试/室内进行的地基土室内试验/必要时可进行振动测试/动参数测试。

勘察期间应对文物古迹及其周边地下水进行长期观测。

3.7重要建构筑物

地铁主要在城区内进行建设，地铁沿线必然有各种重大重要的建筑物。对这些重要建筑物的勘查也是地铁勘察的重要内容。

重要建筑勘查主要采取走访调查为主，对其建筑结构特征，基础形式/地基处理方法，可能存在的远期规划进行调查，辅以沿线周边地质勘探，对其周边地基条件进行勘察，分析已有建筑物对周边地质条件有无影响。

对于周边存在的施工场地，应进行重点调查，对该地段的原始地貌/地形特征/水文地质特征进行调查，并对该施工场地对现状地质条件的影响进行分析评价。

3.8勘察需要考虑的其它因素

西安地铁勘察过程中，除应重点查明以上地质问题以外还应针对不同的施工阶段/施工方法进行专项设计，并且由于地铁建设非一次性完成，可能存在远期规划及建设，勘察时均应对此予以考虑

（1）施工降水

对于地铁明挖法/暗挖法施工时，当基底埋深在水位以下时，必须进行降水施工，为此勘察期间应对场地含水层条件/水文地质条件进行勘察，除应进行必要的水文地质试验以外，工程地质勘察过程中，亦应予以考虑。例如：勘探孔深度应达到预计降水井设计深度，对降水井深度范围内的含水层特征，尤其是砂土层特征进行勘察。查明勘探孔深度内地下水位埋深，根据勘探孔地下水位的埋深初步了解地下水流向。

（2）换乘站

地铁线路规划必然存在换乘站，但由于线网规划及建设需求，换乘站可能分阶段进行，此时，勘察工作应提前做好换乘站节点和结构交接处勘察工作。对于远期规划部分，在初期勘察期间应予以一次完成。对于结构交接处 后期勘察工作，应重点查明已完成部分周边地基土条件有无受到已有建筑影响发生变化，并对结构施工前后，地基土条件进行对比勘察分析评价。

（3）特殊结构

地铁项目包括各种特殊设施及结构，勘察应对地铁所需的通风/温度/强弱电/辐射性等一系列特殊要求进行必要的物探/测试工作。提供相应的设计参数。

（4） 围护结构

地铁建筑为以地下结构为主，基坑及隧道围护结构决定地铁建设的成败。 围护结构设计中，对基坑边坡土、隧道围岩的抗剪强度参数要求较高。针对不同的工况、试验方法和成本，采取不同的室内抗剪强度参数的测定。如：明挖、暗挖工法施工段，水位以上土体围岩建议主要采用固结快剪试验，水位以下建议以CU试验成果为主；对于盾构法施工隧道，水位以上围岩采用快剪试验，水位以下采用UU试验。考虑施工降水条件边坡土体强度发生变化，可适当进行CD试验。于此同时，还应进行k0试验/基床系数试验/无侧限抗压强度试验等，为设计提供充分的设计参数。

4 结论与探讨

（1）本文在总结西安地铁勘察工作的基础上，通过对西安地铁规划地区的复杂地质条件的分析，结合不同的地质条件特点和周边环境的特殊要求，在充分满足设计所需的各种岩土参数的前提下，针对不同的勘察重点提出不同的勘察方法和手段。

（2）静力触探试验在西安黄土地区有较成熟的勘察经验，不仅对认识岩土性质仍有极大的帮助，而且对查明有无空洞、查明地裂缝标志层均有直观的体现，建议西安地铁勘察加大应用静力触探测试方法。

（3）三重管取样在保证现场取土质量及提高室内土工试验准确起到极大的作用，但三重管取得原状样进行室内试验的经验不够丰富，在室内试验中仍存在一些不足和误差，在分析及运用试验成果时，应进一步分析后期试验可能造成的误差及错误，并进行相应的总结完善三重管取样进行室内试验的工作。

参考文献

[1] 李忠明等.西安地铁穿越地裂缝地段地裂缝与地下水的关系研究.2009.

[2] 西安地铁基床系数不同测试方法对比研究报告 2011

作者简介 范寒光(1980- ),男,机械工业勘察设计研究院

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。