城市轨道交通主要工程地质问题及勘察方法

高 丽 君

(大昌建设集团有限公司，浙江 舟山 316000)

城市轨道交通主要工程地质问题及勘察方法

高 丽 君

(大昌建设集团有限公司，浙江 舟山 316000)

介绍了无锡轨道交通工程地质条件情况，从土层的工程性质分析评价，水文地质条件与评价，地下水对工程建设的影响等方面进行了论述，根据工程勘察主要特点，提出了解决方案，指出轨道交通工程勘察综合性较强，需要采用相应的综合勘察方法。

轨道交通，工程地质，勘察方法

1 工程概况

根据《无锡市城市快速轨道交通近期建设规划》，至2015年，无锡市将首先建成轨道交通1号线、2号线，总长度56.11 km，设立站点45座，形成东西向和南北向的“十”字形轨道交通网络骨架，至远景年2050年，城市快速轨道交通网络将以主城区为核心，由“三主两辅”5条线构成放射+环形线网，其中1号线，2号线，3号线为骨架线路，三线呈放射状，4号线，5号线为辅助线路。规划线网总长157.77 km，设车站111座。

2 工程地质条件与评价

2.1 地形地貌

拟建无锡轨道交通场地均为广阔太湖湖积平原，地势较平展，河、汊、沟塘水网发育，自山前向平原方向微倾，地面高程在3 m～5 m之间，为典型的江南水网化平原区。

2.2 地层岩性

拟建无锡轨道交通工程沿线经过地段100 m以内大多为第四系全新统至下更新统的松散沉积物覆盖，局部地段下伏基岩为泥盆系碎屑沉积岩、二叠系灰岩。按各岩土层的物理力学性质、沉积环境、成因类型，可划分12个工程地质层，26个工程地质亚层。

2.3 工程地质条件评价

1)场地的稳定性及适宜性。拟建线路所经过地段，大多土层分布较稳定，覆盖层厚度大，无全新活动断裂及不良地质作用，适宜于轨道交通工程的建设。

2)主要土层的工程性质分析评价。沿线100.0 m以浅土层为第四系全新世至早更新世沉积的疏松沉积物，拟建线沿线大多分布的第③工程地质层，地基土工程性质良好，是较好的天然地基浅基础持力层。均有分布的第⑥工程地质层，地基土工程性质良好，是较好的中、短桩桩基础桩端持力层，地面下40 m左右分布的第⑧工程地质层，工程性质中等～较好，可作为跨度较大、荷载较大的桥梁及高架段的桩基础桩端持力层。

2.4 水文地质条件与评价

1)地表水，拟建道路沿线的地表水，主要为线路穿越所经过的京杭运河、锡北运河等众多河水。地表水系发育，水位的变化受季节变化而变化。

2)地下水，根据拟建场地含水层的特性将地下水分为上层滞水、潜水、微承压水、第Ⅰ承压水、第Ⅱ承压水。

a.上层滞水，主要存在于拟建浅部粘性土中，埋深在地面下0.50 m～1.00 m，无固定水位，水量随季节变化，雨季出现、旱季消失，极不稳定。b.潜水，主要赋存于浅部填土层中，富水性差，勘察期间测得潜水稳定水位为地面下1.50 m左右。c.微承压水，微承压水主要赋存于③3粉土夹粉质粘土层及④粉砂层中，富水性一般～中等，微承压水头1.50 m～2.00 m。d.第Ⅰ承压水，第Ⅰ承压水主要赋存于⑥3粉土、⑦2粉砂、⑧2b粉土夹粉质粘土及⑧4粉砂层中，含水量较丰富，承压水头5 m～10 m。e.第Ⅱ承压水，第Ⅱ承压水含水层主要赋存于⑨2细砂夹粉砂层中，含水量丰富(古河床部位)以邻区的侧向补给，基岩地下水的补给，含水层顶板粘性土的压密释水、人工回灌为主要来源，以人工开采为主要排泄方式。承压水头40.0 m～45.0 m。根据地区建筑经验，地表水、潜水及微承压水对基坑的工程施工会产生影响，而第Ⅰ承压水将会对深基坑的施工产生影响。

2.5 地下水对工程建设的影响

拟建轨道交通大多地段为地下工程，影响工程施工的地下水主要是沿线分布的孔隙潜水和孔隙微承压水及埋深较浅的第Ⅰ承压水。据无锡市水文监测资料，随着苏锡常地区深层地下水禁采计划的实施和完成，地下水水位恢复上升幅度较大，随着禁采计划的不断实施，地下水位也将保持逐年上升的势头，孔隙微承压水层及第Ⅰ承压水含水层水位呈上升的趋势。

孔隙潜水含水层主要埋藏在浅部的粘性土中，水位埋深虽很浅(1 m～2 m)，但渗透性差，对工程建设产生的不利影响较小。

孔隙微承压水主要为粉土及粉砂，属富水性中等的有压含水层，在拟建沿线多处分布，当地下工程施工时，将会在坑底产生管涌、冒砂等现象，因此，工程施工时，应采取降水、止水措施。

拟建轨道交通沿线多处地段分布有第Ⅰ承压含水层组，该含水层含水量较丰富，承压水头较高，且有逐年上升的趋势，局部该含水层埋藏较浅地段，将会对拟建的“十字”形换乘车站(基坑深度20.0 m)基坑施工产生影响，会在基坑坑底产生管涌、冒砂等现象，工程施工时，宜采用降水、止水措施，以利基坑施工顺利进行。

3 工程勘察主要特点与解决方案

3.1 主要工程地质问题

拟建无锡轨道交通工程建设时及建成后可能遭受的地质问题主要是地下水、地面沉降、特殊类岩土(软土、砂土)、岩溶塌陷等。

1)工程地质条件差，地下水位高并存在承压水。沿线地质构造和地层特性表现为上部覆土以软粘土、粉性土及砂性土为主，且地下水位较高，深部的粉砂层中存在承压水层。根据本工程地质条件，地下车站深基坑工程应选择刚度大、止水效果好的围护结构以及具有较强刚度的支撑系统。合理选择围护结构入土深度，以及结合各站点具体水文地质情况采取适宜的基坑降水、加固措施，确保基坑的稳定，防止出现流砂、突涌等现象。

2)地面沉降。根据有关资料分析，评估区内目前地面沉降灾害有一定的发育，局部地面沉降灾害严重。其中灾害不发生区及轻度发生区主要分布于北段及南段，现状评估危险性小；中段城区位置属地面沉降中度～重度发生区，局部地段累计地面沉降大于1 000 mm，现状评估危险性中等～大。

3)特殊类岩土(软土、砂土)。a.软土。根据调查及工程勘察资料，评估区内的软土层主要为第②工程地质层及其他暗沟、暗塘相的淤泥，由于它们基本呈流塑状态，具有强度低、压缩性高的特点。工程建设中如采用桩基建设，只要持力层选择合理，其建成后一般不会遭受软土灾害的影响，但在地下开挖后如对软土处理不当，仍有发生灾害的可能。另外在地面工程(如采用地面线方案及地面配套工程等)，会使地面荷载增加，建(构)筑物下土层产生附加应力，打破地基土的应力平衡，致使软土层产生压缩变形，易产生地面缓慢不均匀沉降现象，对工程产生影响。b.砂土。根据工程勘察资料，评估区内局部地段存在砂性土，但该类灾害在工程建设时易发生涌水流砂和基坑壁坍塌等问题，还可能引发附近地面严重形变，但该类灾害只要处理得当，对建成后的工程影响较小，预测评估危险性小。

4)岩溶塌陷。目前尚未发现有岩溶地面塌陷灾害发生，但在部分路段有隐伏碳酸盐岩分布，而且岩溶发育，岩溶水与孔隙承压水含水层联通，具备岩溶地面塌陷地质背景条件，现状中虽未发现岩溶塌陷，但随着岩溶水的开采，水位继续下降，具有产生岩溶地面塌陷的可能性。

3.2 工程勘察主要特点

无锡轨道交通工程勘察工作工点类型多、技术要求高，地质条件和现场条件复杂，且工作量大。

1)工点类型有地下、高架及过渡段、路基、桥涵、房屋等，地下段根据施工方法分明挖、盖挖、盾构法等多种施工类型，除需要对地层进行准确分层外，还需要提供多种地基参数。除常规的物理力学参数外，需要地基的三轴试验指标、高压固结参数、基床系数、地温及热物理指标、电阻率、水文地质参数、地震动参数等。满足轨道交通工程不同结构设计和工法需要。

2)本工程可能遇到的不良地质主要有：水文地质条件复杂、分布粉砂、粉土、软土等特殊土、可能遇到古河道、暗河、暗浜及岩溶等不良地质现象。

无锡轨道交通工程沿线，根据场地含水层的特性，地下水分为潜水、微承压水、第Ⅰ承压水、第Ⅱ承压水。由于该轨道交通项目大多地段为地下工程，地下水会在基坑坑底产生管涌、冒砂等现象。

3)现场条件复杂主要表现是：线路穿越市区、河流等地段勘察施工难度大。

拟建轨道交通工程穿越主城区，该地段高楼林立，建筑密布、交通繁忙，很多勘探孔位于交通主干道上，车辆、人员流量很大，且地下管线众多，涉及城管、交通、环卫等众多部门，勘察施工难度大，安全文明施工要求高。

工程沿线穿越数条大河，河流水位、流量以及补给、排泄条件与地下水的相互关系等，对工程设计、施工影响较大、勘察施工难度也较大。

3.3 工程勘察解决方案

1)解决线路穿越市区、河流等地段勘察施工难度大等问题。

水上钻探按有关要求，办理相关手续，采取可靠的安全措施，确保施工安全；勘探完毕，应严格按要求进行钻孔封孔；应加强环保控制，水上钻探的岩芯应用船等工具运至岸上并在远离塘边、岸边的地方丢弃，避免降雨后将岩芯冲入鱼塘或江河中而造成污染。

线路穿过主城区地段，勘察时及早进行联系、办理相关手续，同时加大安全文明施工控制力度，使勘察工作及时顺利开展，勘察进度满足有关要求。

2)水文地质条件复杂解决方案。勘察重点查明含水层的分布，同时按地貌单元和工点进行水文地质试验，查明地下水的水文地质参数，提出设计降水、止水所需的技术参数，准确评价地下水对工程建设的影响。

勘察时，先布置勘探孔，查明含水层的分布，再布置足够数量的水文地质试验孔，查明地下水的特征。

3)软土、粉砂、粉土等特殊土勘察。勘探点的布置应能详细查明特殊土层的分布范围，地层变化较大地段，应加密勘探点。应加强取样及孔内原位测试工作，确保地层参数的可靠性。土样、砂样数量和质量应符合“规范”要求，软土取样应采用薄壁取土器，各钻孔中饱和砂层及饱和粉土，均应按“规范”要求进行孔内标准贯入试验。

对于古河道、暗河、暗浜，结合无锡地区水网形成特点，勘察时对明挖基坑周边外侧一定范围内的古河道、暗河、暗浜进行调查，必要时辅以适当的勘探工作；对人工杂填土分布异常地段，在平面、剖面上进行整体分析，论证存在暗浜的可能性。除调查外，还应收集周边工程资料，特别是周边建筑物历史上基坑管涌、边坡失稳、地基下沉等方面的资料，并对相关资料进行借鉴分析，提出进一步勘察的方案和设计施工应注意的事项。

4)轨道交通工程不同结构设计和工法需要的勘察。地下车站工程的施工方法为明挖法和盖挖法；地下区间，根据沿线的工程地质和水文地质、隧道埋深、周边环境，其施工方法采用盾构法，局部采用明挖法，在附属工程中采用矿山法施工。重点把握勘探孔布置的位置、取样频度及土工试验和原位测试的项目等。保证岩土分层及厚度正确、工程地质纵横断面合理，设计所需的岩土参数、土石可挖性分级等满足相关要求。

4 轨道交通工程对勘察工作的要求

轨道交通工程设计包括线路设计、结构设计、抗震设计、暖通设计、配电设计、施工工艺的选择等，各项设计对勘察的要求不同，除需查明岩土层的一般物理力学性质外，还需考虑热物理、电阻率、基床系数、无侧限抗压强度、砂类土的最大粒径、级配等参数。

1)对高架线路及高架车站段，可根据线路跨度及荷载情况，重点查明各工程地质层的分布范围、层面起伏情况及土层的物理力学性质。

2)地下段及地下车站，应根据地下区间施工方式，地下车站基坑的开挖深度查明各土层的物理力学性质及可挖性分级，围岩分类，提供基坑设计所需的参数。明挖施工过程中，需查明是否具备放坡开挖的条件及边坡坡度容许值；矿山法施工和盾构施工过程中，需及时进行导管注浆、管棚支护、旋喷加固等围岩加固措施，因此需提供土层的渗透系数、孔隙比、颗粒级配与颗分曲线、密度、粘聚力、抗剪强度、围岩分级与土石工程分级等指标。对于冻结法，还需提供土层的热物理指标。

3)拟建线路的地下水会对地下工程的施工带来影响，尤其是深基坑的开挖施工，勘察应重点查明微承压水及第Ⅰ承压水的富水性、水位变化；同时应进行水文地质试验，提出设计降水、止水所需的水文技术参数，搜集近年来动态水位观测资料。对沿线水、土的腐蚀性采集样品进行分析评价。

地下水影响分析，包括基坑突涌与流砂产生的可能性分析、结构抗浮与防渗设计、建筑材料的抗腐蚀性要求、施工过程中地下水处理措施等，为此需按工点提供地下水类型及其埋深、含水岩组特征、渗透系数、影响半径、弹性释水系数、导水系数、给水度、地下水的边界条件、水的腐蚀性结果、历年最高水位、抗浮设防水位、防渗设防水位等。需进行降水施工时，要重点查明地下水的补给来源与排泄条件、与地表水体的水力联系、含水岩组中细粒土层的分布，并总结附近工程降水经验，分析降水效果及对环境的影响。

4)拟建轨道交通穿越市区的区间隧道及车站大多设在地下。该地段高楼林立，建筑密布，勘察时应对沿线的重要建筑的地基条件、基础类型、上部结构和使用状态进行调查了解，并预测轨道交通施工时可能引起的变化及预防措施。

为满足轨道交通工程设计及施工对地质资料的需要，应采用多种勘察手段，对场地工程地质条件进行调查，岩土试样的项目分析除满足必需的物理力学常规指标外，还应根据具体建(构)筑物的性质，分析岩土试样的特殊项目。

5 轨道交通工程勘察方法

根据GB 50307—2012城市轨道交通岩土工程勘察规范[1]的规定、结合轨道交通工程特点及拟建场地工程地质条件、设计要求和其他相关规范的规定[2-6]，无锡轨道交通工程勘察采用钻探(含室内土工试验)和原位测试相结合的综合勘察方法。原位测试方法包括静力触探、标准贯入试验、螺旋板载荷试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、孔内波速试验、地温测试等，力图准确客观地反映场地土工程特征。

1)钻探：野外施工采用108 mm岩芯管全取芯泥浆护壁钻进；开孔直径为130 mm，终孔直径为110 mm；原状土取样方法：可、硬塑粘性土采用上提双锥面活阀式取土器，采用重锤少击法采取，软土采用薄壁取土器静压法采取，并对全孔岩芯采用数码照相保存。钻探施工结束后，采用水泥砂浆进行全孔封孔回填。

2)静力触探：分层提供承载力、压缩模量等参数。

3)标准贯入试验：标准贯入每贯入30 cm为一测点记录锤击数，试验满足国家规范标准。

4)波速测试：采用单孔检测法，测定地基土的剪切波和压缩波速。

5)旁压试验：根据旁压曲线可确定初始压力、临塑压力，估算地基土的承载力、旁压模量、水平基床系数及有关土力学指标。

6)扁铲侧胀试验：获得静止侧压力系数、水平应力指数、侧胀模量、水平基床系数等力学指标。

7)螺旋板载荷试验：获得地基土的变形模量、地基土的承载力等力学指标。

8)地温测试：测量采取高精度PT100作为温度传感器，采取三线制热电阻电桥接法，配合单片机控制数显二次测温仪表，精确测量钻孔中的地温。

9)注水试验：通过现场试验、计算，获得试验深度段土层的渗透系数。

10)土工试验：室内试验为取得各土层的物理指标，对采取的土样进行了含水率、比重、稠度、密度试验、颗粒分析；为取得土的力学指标，进行常规压缩试验、固结系数试验、高压固结试验、静止侧压力系数试验、直剪试验、三轴压缩试验及无侧限抗压强度试验，针对轨道交通的要求，进行电阻率、热物理等试验。直剪试验采用快剪和固结快剪两种，三轴压缩试验采用不固结不排水剪和固结不排水，无侧限抗压强度试验；固结试验为自然状态下，常规固结试验最大荷载加至400 kPa，高压固结试验最大荷载加压至3 200 kPa。

6 结语

1)轨道交通工点类型不同、施工工法不同，对勘察的要求也有差异，有其特殊要求，勘察方法应有针对性、满足设计要求。

2)轨道交通工程勘察综合性较强，需要采用综合勘察方法，充分利用各种技术手段，相互验证，并对所取得的成果进行综合分析。

[1] GB 50307—2012，城市轨道交通岩土工程勘察规范[S].

[2] GB 50021—2001，岩土工程勘察规范(2009年版)[S].

[3] JGJ/T 87—2012，建筑工程地质勘探与取样技术规程[S].

[4] TB 10012—2007，铁路工程地质勘察规范[S].

[5] TB 10018—2003，铁路工程地质原位测试规程[S].

[6] GB 50157—2013，地铁设计规范[S].

The main engineering geological problems and survey method of city rail traffic

Gao Lijun

(DachangConstructionGroupLimitedCompany,Zhoushan316000,China)

This paper introduced the engineering geological conditions of Wuxi rail traffic, made discussion from layer engineering properties evaluation, hydrogeololgy geological condition and evaluation, the influence of groundwater to construction and other aspects, according to the engineering survey main features proposed solutions, pointed out that the rail transit engineering survey had stronger comprehensive, should take corresponding comprehensive investigation methods.

rail transportation, engineering geology, prospecting method

2015-04-09

高丽君(1980- )，女，工程师

1009-6825(2015)17-0041-03

TU195

A