深圳市丹平快速路一期工程勘察经验探讨

蔡学文

(深圳市勘察测绘院有限公司，广东 深圳 518028)

1 引 言

随着深圳经济的飞速发展，现有的道路交通早已满足不了快速增长的车辆通行要求，特别是关内和关外之间的现有道路已成为市民出行的瓶颈，经常造成早晚上下班高峰期间堵车。为了改善这种堵车状况，深圳市交通运输委员会制定了《深圳市干线道路网规划》。

丹平快速路是《深圳市干线道路网规划》中“七横十三纵”的重要组成部分，也是《深圳市干线道路网规划》提出近期建设“一横八纵”快速干线道路之一，是联系罗湖、布吉、横岗和平湖物流园区的城市快速路。丹平快速路规划线位起于爱国路高架桥，途经布心、沙湾、丹竹头、白泥坑、鹅公岭，终于规划外环快速路，路线全长约18.77 km。

其中丹平快速路一期工程起点与爱国路沿河高架桥相接，沿沙湾公路前行至布心路口，采取下沉方式通过深圳水库边缘地段，后穿越九尾岭、求水岭、猫公坝等三处隧道，其间有桥梁相接;出沙湾关后多以高架方式跨越布沙路等，沿沙湾至丹竹头公路前行并以立交方式跨越布横公路、水官高速等至机荷高速公路，路线长约9.7 km。设计道路等级为城市快速路，主路双向6 车道，辅路双向4车道。行车速度主路80 km/h，辅路40 km/h。全线采用城市快速路标准，深惠公路以北主线两侧设置辅路，辅路长3.4 km。全线路面均采用沥青路面结构，辅道两侧设置非机动车道及人行、公交系统。工程位置详见工程地理位置分布示意图(如图1 所示)。

2 地质概况

线路由南至北跨越丘陵、台地、剥蚀残丘及其间凹地、冲沟、冲洪积阶地等多种地貌单元。

图1 工程地理位置分布示意图

根据区域资料及地质调查，勘察区及其周边出露的地层主要有第四系和三种不同成因类型的基岩:震旦系花岗片麻岩、加里东期混合花岗岩或侏罗系砂岩［3］。

Z:为震旦系变质岩，分布于爱国路立交、九尾岭一带，以花岗片麻岩为主，主要矿物成分为石英、长石、云母等，中细粒变晶结构，片麻状构造等。

Mγ3:为加里东期侵入岩，分布于求水岭一带及猫公坝南侧，以混合花岗岩为主，主要矿物成分为石英、长石等。

区内地质构造较发育，构造走向主要为北东向和北西向两组，但无活动性断裂带穿越。

3 勘探工作的难点

线路工程地质勘察工作中，长大隧道的地质勘察工作尤为关键，也一直是工作中的重点与难点［1］。

(1)本次勘察包含道路、边坡、桥梁、隧道、涵洞等多种类型［4～8］，其中桥隧比例占到90%以上，勘察难度大。

(2)九尾岭隧道下沉段位于深圳水库西侧，为了查明了深圳水库水对下沉段的影响及地下水对下沉段施工及其施工后的影响，本次勘察做了专项水文地质勘察［2，3］。

其中孔隙水压力长期观测在国内公路勘察中运用得极少。我公司在本次勘察中，通过两年多孔隙水压力长期连续观测实验，查明了深圳水库水对下沉段的影响及地下水对下沉段施工及其施工后的影响［2］，这也成为本次勘察工作的一大亮点。

(3)拟建九尾岭、求水岭、猫公坝三个山岭隧道于深圳大断烈带的影响区域，如何进行隧道围岩分级成为本次隧道勘察的重点和难点。本次勘察采用了地质调查、钻探、坑探、工程物探，多种原位测试方法、抽(压、注)水试验、孔隙水压力观测、地震安全性评价及室内岩、土、水的物理力学性质试验、室外岩石点荷载试验等综合勘察方法。依据岩石力学强度、岩体结构与完整状态、地下水状态、主要软弱结构面产状，并结合考虑岩体纵波波速，对围岩进行准确合理的定量分级，并对隧道岩土体工程地质特征、主要工程地质问题及其评价、隧道围岩可能偏压问题、进出洞口边坡稳定性评价、开挖边坡支护措施以及施工横洞的设计等提出合理的、可靠的设计依据。

(4)桥梁基础承载力要求高且坐落在不同地貌单元上，下伏基岩为侏罗系沉积岩及震旦系花岗片麻岩，地层变化复杂且基岩风化不均、起伏较大、软硬互层明显。本次勘察针对不同性质的基岩采取了中－微风化钻孔芯样进行了大量的岩石抗压试验和岩石点荷载试验及钻孔岩体纵波测试，根据试验成果，对场地内各类基岩的中－微风化层提出了合理的场地天然湿度的岩石单轴极限抗压强度Ra建议值，并且根据岩石破碎程度等因素，逐桩提供c1、c2系数，为桥梁基础选型提供可靠设计的施工依据。

(5)场地地形变化大，存在不少高大边坡，最大高差达35 m以上，本次勘察针对这些高边坡进行专门的调查和研究，并用Geo－slope 边坡计算软件进行边坡稳定性验算和评价，并且根据香港特别行政区政府更严格的行业标准《斜坡岩土工程手册》(1998.3)进行边坡维护指引［9］。

(6)场地局部地段微地貌为台地间冲沟、东深供水河河谷和阶地，本次勘察通过地质调绘(原始地形)、钻探、室内试验及原位测试，同时搜集了上世纪80年代线址的1∶2 000比例尺原始地形图进行分析，查明了线路淤泥、淤泥质土、新近填土等软弱土层的分布范围及物理力学参数，并且针对这些不良地质条件，提出了合理安全、经济可靠的路基、涵洞处理方法及建议。

4 勘探方法

本次勘察工作采用工程地质测绘、地质调查、钻探、坑探、工程物探(地质雷达、浅层地震、声波测井、岩体波速测试)，多种原位测试方法如标准贯入试验、圆锥动力触探、旁压试验、K30 平板载荷试验、抽(压、注)水试验、孔隙水压力观测、长期水文观测、地震安全性评价及室内岩、土、水的物理力学性质试验、室外岩石点荷载试验等综合勘探方法对线路内各主要岩土层性质进行综合分析，勘察方法手段应用合理，针对性强。

5 主要勘察技术成果

5.1 下沉隧道水文地质研究

线路跨越深圳水库地表水系，汇水面积较大，地下水主要补给来源是降水，水位受降水量的影响，在降水集中的季节，地表水补充地下水，水量相对丰富，在道路起点地段和局部阶地地貌单元中由于地势较低，地下水与地表水具较好的水利联系。查明地表水与地下水的水力联系非常关键，本次勘察孔隙水压力测试和地下水水位观测同时进行，分析地下水对下沉段施工及其施工后的影响并采取预防措施。其中对水库水对下沉段的影响进行了专项研究，简要介绍如下:

根据水位观测观测曲线，可得出如下分析:

(1)一般情况下，水库的水由大气降水补给。

地下水流动方向由地势高向地势低洼的方向流动。在观测曲线上，2006年6月24日～2006年7月20日，各孔水位SXS2 ＞SXS3 ＞水库、SX4 ＞SXS6 ＞水库。地下水位等值线图如图2 所示［2］:

图2 地下水位等值线图

可知地下水由西向东补给水库，特别是2006年6月28日与2007年7月4日深圳暴雨，各观测孔水位有明显上升，但仍存在SXS2 ＞SXS3 ＞水库、SX4 ＞SXS6 ＞水库。随着时间的推移，地下水沿水势的垂直方向流动，各观测孔水位趋于下雨前。

(2)特殊情况下:水库水由东向西逆坡浸润。

在观测曲线上，2007年7月20日～2007年8月1日，水库水位提升明显，最高水位达28.17 m，接近水库百年一遇洪水位。东江江水因抗洪需要，排入深圳水库。根据气象资料，2007年7月20日～2007年8月1日，深圳未出现明显降雨。各孔水位水库＞SXS3＞SXS2、水库＞SXS6 ＞SX4。可知，SXS2、SXS3、SX4、SXS6 水位上升因水库水由东向西逆坡浸润所致。

我们选择SXS2－SXS3－水库的剖面作水流逆坡浸润曲线的计算，计算图形如图3 所示［2］:

图3 水流逆坡浸润曲线计算图形

由浸润曲线的浸润公式:

水库与基坑在剖面SXS2－SXS3－水库相距32 m。当水库水位达到百年一遇的洪水位28.95 m时，计算得由水库逆坡浸润至基坑边的水头值h=0.5 m。

由上可知，水库与基坑存在一定水力联系，通常情况下，基坑地下水有西向东补给水库。当水库水由外部因素(江水注入)提高后，水库水逆坡浸润至基坑，最高浸润理论值水头为1.64 ft。

该段地下水位和孔隙水压力观测一直持续到2008年丹平快速路九尾岭隧道下沉段施工。

5.2 隧洞用水量预测

洞线所穿过的沟谷无常年流水，说明地下水补给量不大，主要接受降水补给。本项目采用水均衡方程，计算隧道涌水量。其控制因素为:大气降水量，隧址集水面积，降水渗入系数及大气降水渗入地下达到隧道涌水处所需的渗流时间［4］。

隧道涌水量:Q=1000FαA/T

式中:Q—隧道涌水量(m3/d);

F—隧道集水面积(km2);

α—大气降水渗入系数;

A—年最大降水量;

T—渗流时间(d)。

隧道集水面积(F):以地表分水岭为界，在1∶1 000地形图中量测;

大气降水渗入系数α 取经验值0.01;

年最大日降水量(A)取深圳地区日平均最大降水量282 mm;

渗透时间T 取经验值T=1.5 d;

计算预测隧道总涌水量如表1 所示。

预测隧道总涌水量 表1

因隧道深埋于沟间地块之下，表层风化裂隙发育，有部分风化裂隙水将参与地表迳流而未能下渗补给进入隧道，从而实际进入隧道的水量要小于预测计算值。分析隧道洞身地下水状态为:全洞地段以潮湿、滴水为主，但局部地质构造发育，由于断层破碎带的导通和富水作用，隧道段施工时，地下水可出现线状流水现象。

5.3 桩基承载力参数确定的创新

丹平快速路一期工程起点与爱国路沿河高架桥相接，沿沙湾公路前行至布心路口，采取下沉方式通过深圳水库边缘地段，后穿越九尾岭、求水岭、猫公坝等三处隧道，其间有桥梁相接;丹平路出沙湾关后多以高架方式跨越布沙路等，沿沙湾至丹竹头公路前行并以立交方式跨越布横公路、水官高速等至机荷高速公路。桥梁设计复杂，跨度大，承载力要求高。桥梁基础坐落在不同地貌单元上，下伏基岩为侏罗系沉积岩(主要以砂岩、砂砾岩为主，局部含碳质泥岩、页岩夹层)及震旦系花岗片麻岩，地层变化复杂且基岩风化不均、起伏较大、软硬互层明显。本次勘察针对不同性质的基岩采取了中－微风化钻孔芯样进行了大量的岩石抗压试验和岩石点荷载试验及钻孔岩体纵波测试，根据试验成果，对场地内各类基岩的中－微风化层提出了合理的场地天然湿度的岩石单轴极限抗压强度Ra建议值，并且根据岩石破碎程度等因素，逐桩提供c1、c2系数。勘察工作准确探明了地层变化情况，并且根据基岩的破碎程度和大量岩石抗压试验为桥梁基础选型提供可靠设计的施工依据。

5.4 边坡稳定性研究

本工程道路多分布在低山、丘陵地带，道路边坡多为高边坡，最大高差达35 m以上，边坡为土质边坡和岩质边坡。本次勘察针对这些高边坡进行专门的调查和研究，查明了边坡不良地质现象，并用Geo－slope 边坡计算软件进行边坡稳定性验算和评价，提出了高边坡设计与施工参数，并且根据香港特别行政区政府更严格的行业标准《斜坡岩土工程手册》(1998.3)［9］进行边坡维护指引。实践证明勘察提出的边坡支护设计参数和评价成果合理、安全、可靠。

根据Geo－slope 软件自动扫描计算分析所得的最危险滑动面及稳定安全系数如图4 所示:

图4 最危险滑动面及稳定安全系数计算分析图

5.5 复杂地质探究

场地局部地段微地貌为台地间冲沟、东深供水河河谷和阶地，本次勘察通过地质调绘(原始地形)、钻探、室内试验及原位测试，同时搜集了上世纪80年代线址的1∶2 000比例尺原始地形图进行分析，查明了线路淤泥、淤泥质土、新近填土等软弱土层的分布范围及物理力学参数，并且针对这些不良地质条件，提出了合理安全、经济可靠的路基、涵洞处理方法及建议。

通过线址的1∶2 000比例尺原始地形图，可以较为直观清晰地判断拟建道路沿线新近填土和软土层的厚度，并且是对线址进行工程地质条件分区的一个重要划分手段。

6 结 语

(1)本次勘察采用工程地质测绘、地质调查、钻探、坑探、工程物探(地质雷达、浅层地震、声波测井、岩体波速测试)，多种原位测试方法如标准贯入试验、圆锥动力触探、旁压试验、K30 载荷试验、抽(压、注)水试验、孔隙水压力观测、长期水文观测、地震安全性评价及室内岩、土、水的物理力学性质试验、室外岩石点荷载试验等综合勘察方法，对场地内各主要岩土层性质进行综合分析，查明了拟建线路内各岩、土层物理力学性质及其空间分布，对地下水的评价合理，能满足各设计阶段的要求，对基础选型设计和施工均有指导作用，可作为设计依据。

(2)根据钻探采取的岩芯破碎程度、大量岩石抗压试验及岩体纵波测试结果，逐桩提供c1、c2系数的方式，基本上是以往深圳地区桥梁勘察报告中曾未用过的方法，为本次勘察的一个创新点。

(3)丹平快速路一期工程为深圳市重点工程，随着深圳市市长许勤2011年6月2日在通车仪式宣布“丹平快速路一期工程完工通车”，这条联系罗湖、布吉、平湖、横岗的纵向城市快速通道正式投入使用。一年多以来运营未出现异常情况，运营良好，市民从东湖公园到机荷高速行程将由40 min缩短到10 min。极大地推进了深圳关外布吉、横岗、平湖几个街道办的经济发展和市民出行。该工程在2013年全国优秀工程勘察设计行业奖评选中获工程勘察三等奖。

致谢:感谢深圳市勘察测绘院有限公司提供的大量宝贵资料，参加本次勘察的还有丘建金、张文华、张先亮、劳作优、龚旭亚、王硕等同志，在此一并感谢！

［1］易鑫，白雪飞．浅谈综合地质勘察在长大隧道勘察中的应用［J］．铁道勘察，2011．2(2):75～78．

［2］王硕，周巍，张素情．九尾岭下沉式隧道水文地质研究［J］．2011，7:87～88．

［3］蔡学文，王硕等．深圳市丹平快速路一期工程详勘［R］．深圳市勘察测绘院有限公司，2007．

［4］JTJ064－98．公路工程地质勘察规范［S］．

［5］JTGD70－2004．公路隧道设计规范［S］．

［6］JTGD63－2007．公路桥涵地基与基础设计规范［S］．

［7］JTJ004－89．公路工程抗震设计规范［S］．

［8］GB50330－2002．建筑边坡工程技术规范［S］．

［9］香港特别行政区政府行业标准．斜坡岩土工程手册［S］．1998．3