青岛地铁勘察技术手段分析及发展对策建议

冀东，何松，邵铖，魏嘉新，李文光

（1.青岛市勘察测绘研究院，山东青岛 266032； 2.青岛岩土工程技术研究中心，山东青岛 266032；3.山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿，山东莱州 261442）

青岛地铁勘察技术手段分析及发展对策建议

冀东1，2∗，何松1，2，邵铖1，2，魏嘉新1，2，李文光3

（1.青岛市勘察测绘研究院，山东青岛 266032； 2.青岛岩土工程技术研究中心，山东青岛 266032；3.山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿，山东莱州 261442）

青岛市区内城市轨道交通工程线路常跨越不同地貌单元，地下结构整体深埋于地下，采用多种施工工法；项目建设对勘察工作的准确性与可靠性有着极高的要求，勘察成果的好坏将直接影响地铁项目建设的工期、安全与造价。在分析青岛地铁勘察主要技术手段、工作重点及常见问题的基础上，从钻探设备及工艺水平提升、受控定向钻探及综合物探技术应用、地铁勘察信息化建设、专业人才队伍培养等几个方面出发，提出了相应的发展对策与建议。

城市轨道交通；勘察技术；定向钻探；综合物探

1 引 言

地铁建设在我国北京、天津、上海、南京、武汉、重庆、广州、深圳、青岛等城市已经进入了快速发展的黄金时期［1～2］。根据青岛市轨道交通线网规划，全市规划形成轨道交通线路19条，全长 814.5 km［3］。目前，除已于2015年底投入运营的地铁 M3号线外，M1、M2、M4、R1、R3等多条热点线路也已经处于全面建设阶段［3］。

由于青岛地区特殊的工程地质条件，使地铁车站和区间大多整体深埋于地下，地下主体结构类型较为复杂。部分线路同时采用明挖法、矿山法、盾构法、TBM法等多种的施工方法，在全国范围内比较罕见［4］。上述因素使得青岛地铁的勘察工作具有技术要求高、实施难度大的特征，其工作成果的好坏将直接影响地铁项目建设的进度、安全与造价［5～6］。在此背景下，如何根据青岛地铁沿线地质条件、勘察阶段与建设项目特点，不断探索创新勘察技术手段与工作方法，进而获取更为翔实可靠的地勘资料，已成为勘察设计技术人员亟须解决的问题。为此，在分析青岛地铁勘察主要技术手段、工作难重点及常见问题的基础上，从钻探设备及工艺水平提升、受控定向钻探及综合物探技术应用、地铁勘察信息化建设、专业人才队伍培养等几个方面出发，提出了相应的发展对策与建议，为类似地铁勘察项目工作的科学布置与高效实施提供指导和借鉴。

2 青岛地铁勘察的主要技术手段及工作重点分析

青岛地铁M4号线为青岛主城区的骨干线路，总体呈东西走向，从青岛城区的中部东西向连接老城区、东部新区以及崂山区沙子口镇。线路自人民会堂站起，经太平路、热河路、华阳路、内蒙古路、海泊桥后，沿鞍山路、辽阳西路、辽阳东路、李宅路（S296）、李沙路（S214）到达终点沙子口站，线路长26.15km，全部为地下线。由于青岛地铁4号线沿线区域的地质条件基本涵盖了青岛地区常见的地形地貌及地层情况，具有典型代表意义［7］。故以青岛市地铁4号线工程勘察（详勘阶段）的方法为例，介绍青岛地铁勘察的主要工作方法。

青岛地铁M4号线主要勘察手段及布置原则［8］表1

∗ 收稿日期:2016—01—04

作者简介:冀东（1987—），男，博士，工程师，主要从事岩土工程勘察技术、岩石力学与工程领域的研究工作。

续表1

如表1所示，根据青岛地区区域地质条件和地层情况，青岛地铁4号线工程勘察（详勘阶段）采用了工程地质测绘、工程钻探、原位测试、工程物探、水文地质试验、室内试验等勘察方法，结合工程特性和场地条件采取具代表性的岩样、土样、水样进行室内试验分析，多种手段相结合的综合勘察方法。根据多年来的工程实践经验，针对青岛地铁项目的勘察工作需关注以下要点:

图1　市区繁华商贸区地铁勘探作业现场

（1）青岛市区交通非常繁忙，地铁线路两侧建筑物密集，而大部分设计钻孔位于繁华市政道路及其两侧（如图1所示），局部地区街道狭窄；地下管线复杂，人防干道、地下埋藏物不清。考虑到上述因素，现场工程钻探时需要面临一定的安全施工隐患及大量的协调工作。此外，青岛地铁埋深较大，钻探深度较深，有相当一部分的钻孔设计孔深超过 60 m，现场钻探作业实施时应充分考虑钻探工艺特点及工期要求。

（2）由于青岛地区特殊的工程地质条件，使地铁车站和区间选取了多种不同的结构类型及施工方法。区间隧道施工方法包括矿山法、盾构法、TBM法；地下车站优先考虑暗挖法，其次为明挖法，需考虑与其他线路换乘、TBM过站等问题；涉及如此多样的施工方法在全国范围内是比较罕见的。这些不同的设计方案、施工方法出现的岩土工程问题有所不同，需要提供的资料内容和设计参数亦有一定的差别，这就对勘察技术工作布置及岩土工程问题评价提出了较高的要求。

（3）地铁工程勘察属线状展布的线路勘察，单元岩土层常水平缓变或切割突变，直至缺失；一条线路常跨越不同的地貌单元，部分区域受断裂、构造活动影响显著，岩土工程指标差异很大。为此，在勘察工作中需精确查明不良地质体的分布特征及影响范围，并提出针对性的工程措施及防治建议。

3 发展对策建议

3.1 优选先进钻探设备提升钻探工艺水平

深孔工程地质钻探是目前青岛地铁的勘察工作的重要内容之一，也是获取室内试验各类原状土样、扰动样、岩样的主要手段。以正在开展的4号线一标段详细勘察工作为例，共布设钻孔846个，总设计孔深超过32 000 m，预计取各类试验样品近 4 000件。因此，选取理想的设备与工艺确保工程地质钻探工作的高质、高效完成，对于整个勘察工作具有至关重要的意义。

目前，在青岛地铁勘察项目中常见的钻探设备是采用单层岩心筒取芯的XY-1型钻机。如图2所示，该型号钻机配置有履带，具有机动性强的特点；单层岩芯筒虽取芯质量与取芯率稍差，但尚能满足一般工民建勘察项目的要求。然而在地铁勘察项目中，其动力配置较差，节理裂隙发育带、断裂构造区岩石采取率低等问题，常常难以满足工期及技术要求。此外，该钻机的噪音、环境污染问题也比较突出。

图2　青岛地铁勘察项目中的钻探设备

为此，青岛地铁1号线详勘项目中部分工点应用了GXY-2BT型钻机与双层岩心筒取芯技术，并通过其现场应用情况分析了有关技术性、经济性、工效等指标［9］。图3给出了两种钻机对于某一工点相近地层的取芯情况对比。GXY-2BT型钻机及双层岩心筒取芯技术对微风化基岩、节理裂隙发育带的岩芯采取率可接近100%，对受断裂、构造影响岩体的采取率也可达到90%以上；其工效、单位进尺能耗等指标也要明显优于XY-1型钻机。因此，为了更好地实现勘察钻探的工期与技术目标，建议在今后的地铁勘察钻探工作中，特别在钻孔揭露岩体破碎、断裂构造发育的地段，优先采用更为先进、成熟的钻探设备及双层岩芯管取芯技术。

图3　GBX-2BT型与XY-1型钻机取芯情况对比

3.2 探索应用受控定向钻探技术

目前，地表垂直钻探仍是青岛地铁勘察中最直接、最有效的手段，也是勘察工作中重要内容之一。该手段依据地铁线路设计资料，布置孔深、间距满足相关规范要求的勘探钻孔，通过地表垂直钻探反映勘察钻孔周边区域的地质条件。当遭遇地质条件复杂地段（地貌结合部位、河道附近、构造断裂带）时，仅通过有限的垂直钻孔，难以全面、精确反映隧道洞身围岩的地质特征；一个设计孔深为 60 m的铅垂直线勘探钻孔，勘察设计人员往往只关注隧道洞身段 8 m左右范围内的钻探取芯情况，有效钻探进尺占钻孔总进尺的比例仅为13%。如何探索和创新应用于地铁勘察中钻探新方法，是一个值得思考的问题。

受控定向钻探自20世纪30年代出现以来，在地质勘查、能源开发与利用领域得到了广泛的应用［10～11］。作为钻探工程中先进而复杂的一项高新技术，目前在我国城市轨道交通建设中的应用还比较少见。鉴于受控定向钻探技术发展现状及青岛地铁项目的特点，建议优先考虑多孔底全方位、短半径水平孔的设计方案。如图4所示，自地表处首先实施顶角0°主孔的钻探，钻至距离勘探靶区隧道洞身段约 20 m～30 m时，开始分支孔的造斜，造斜强度选取3°/m～5°/m，连续造斜直至分支孔接近水平向。造斜工具采用带弯接头的螺杆钻具和弯外壳螺杆钻具，根据岩石可钻性级别分别采用锯齿形金刚石造斜钻头，以清水作为清洗液。一个里程方向上可初步设计3个分支孔，分别揭露隧道顶板、腰线及底板处的地质条件。考虑到定向钻探的实施难度大、造价高的特点，可优先在大范围常规钻探受场地条件制约、线路深埋于地下、有特殊勘察要求的区域尝试定向钻探方案的实施，并将应用成果进行推广。

图4　多孔底全方位受控定向勘探钻孔设计示意图

3.3 推广应用综合物探技术

目前青岛地铁勘察中常用的物探方法为高密度电阻率法，其实质是通过接地电极在地下建立电场，以电测仪器观测因不同导电地质体存在时地表电场的变化，从而推断和解释地下地质体的赋存状态，达到解决地质问题的目的［12］。鉴于物探结果的多解性，单一预报方法往往无法全面掌握地质信息。此外，青岛地铁隧道的物探范围为距地表 100 m内的地质断面，现场实施物探时受周边人文设施的扰影响较为显著。

基于上述因素，建议在今后的地铁勘察物探工作中考虑应用综合物探技术，加入音频大地电磁法（EH-4）和瞬变电磁法（TEM）的物探方法，丰富测试手段；针对可能面临的干扰问题，采取增加测量迭代次数等必要的降噪措施，同时加强物探结果的解译工作，将多种物探预报方法互相配合、验证补充，增强预报效果；必要时在地铁建设项目施工阶段加强补勘工作，采用超前水平钻探地质预报的手段，避免盲目施工带来的安全隐患，提高施工效率。

3.4 提升勘察工作的信息化水平

目前勘察钻探技术仍处于上世纪80、90年代水平，钻探设备、钻探工艺、钻进方法等都没有创造性的改变与提升；勘察的主要技术手段近年来发展非常有限，钻探编录、原位测试记录等仍采用较为原始的手写记录形式，原始资料收集、录入工程软件、资料处理等存在重复劳动的问题，勘察工作的信息化、标准化、现代化程度偏低，已跟不上其他行业进步的步伐。在地铁勘察工作中更多地采用先进的科学技术手段，提升工作手段的标准化、信息化、智能化程度，将大大提高工作效率。为此，建议有关科研院所、地勘生产单位加大对勘察信息化创新驱动的投入，尤其是对有关岩土工程勘察外业信息采集系统、智能随钻监测（DPM）等研究方向的投入，促使地铁勘察向着现代化、信息化的方向稳步发展。

3.5 加强勘察专业技术人才队伍建设

近年来，参与青岛地铁勘察项目中的专业技术人员中，具有执业资格人员的比例较往年有了较大提升，但仍旧存在很大的提升空间。绝大多数从业人员对规范标准等强制性条文有着比较深刻的认识，但由于所接受的专业技术培训指导相对较少，导致报告编写过程中难免出现错漏，工程评价深度不够、针对性不强等现象；勘察劳务作业队伍人员流动性大，部分劳务单位仍以农民工为用工主力，统一规范的劳务体系尚未形成。这导致了勘察钻探等劳务队伍人员素质的参差不齐，作业人员对安全教育与技术交底等认识度不够，钻探、取样及原位测试的完成质量差强人意。为此，应当着力强化勘察专业技术人才队伍建设，大力培养相关的地铁勘察人才；统一规范劳务用工体系，提升勘探队伍稳定和文化程度，减少作业队伍人员的流动性，为地铁勘察工作的不断进步提供可靠的人才支撑。

4 结 语

岩土工程勘察质量作为工程建设安全、高效的重要保障，服务于设计，指导于施工，勘察工作准确性决定了工程建设的投资效率。作为青岛地铁勘察项目的从业人员，一定要强化责任感和使命感，发扬严谨、务实、高效、创新的工作作风，不断提升勘察工作效率与技术水平，为青岛地铁建设项目的安全、稳步推进作出应有的贡献。

［1］彭友君.武汉地铁二号线一期工程岩土工程勘察特点分析［J］.岩土工程技术，2006，20（6）：303～306，310.

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［5］陈成涛.岩土工程勘察常见问题分析［J］.城市勘测，2013（3）：167～168.

［6］张广军.综合勘察技术在地铁勘察中的应用方法研究［J］.建筑工程技术与设计，2015（2）：287～287.

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Analyses and Development Strategies of Survey Technical Means in Qingdao Metro

Ji Dong1，2，He Song1，2，Shao Cheng1，2，Wei Jiaxin1，2，Li Wenguang3
（1.Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China；2.Geotechnical Engineering Technology Center of Qingdao，Qingdao 266032，China；3.Sanshandao Gold Mine，Shandong（Laizhou）Gold Group Co.，Ltd，Laizhou 261442，China）

Qingdao urban rail transit lines usually cross through different geomorphic units，underground structures buried in great depth adopt varies construction methods.The quality of survey results directly affects the period，safety and cost of metro project，and there is a very high requirement for the accuracy and reliability of survey work.Based on the analysis of main technical means and common problems in survey work，development strategies from promotion of drilling equipment and technology level，application of controlled directional drilling technology and integrated geophysical technique，information construction and education of professional personnel team are proposed，which will provide certain lessons and guiding significance to arrangement and implementation of similar metro survey projects.

urban rail transit；survey technology；directional drilling；comprehensive geophysical prospecting

1672-8262（2016）02-161-05中图分类号：P642

B