青岛地铁4号线工程勘察外业精细化组织与质量控制研究

姜德鸿，冀东，闫强刚 ，卞立民 ，何松

(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)

1 引 言

城市轨道交通项目建设过程中可能面临不良地质条件风险因素的影响，需进行大规模的岩土工程勘察工作[1]。由于城市地铁工程整体深埋于地下，具有施工难度大、常跨越不同地貌单元、承受荷载复杂等特点，使城市地铁勘察工作具有技术标准要求高、成果要求精度高、点多面广且实施难度大的特征，其工作成果的可靠性及精准程度直接影响着地铁工程建设的进度、安全与造价目标的实现[2～4]。大量工程实践经验表明，地铁勘察外业技术工作质量不达标是造成勘察技术成果质量不满足预期要求的主要症结[5～6]。因此，必须在制定科学严谨的地铁岩土工程勘察方案的前提下，在勘察外业现场实施过程中切实做好精细化组织及质量管控工作，使地铁勘察成果的可靠度及准确度满足业主、设计单位、施工单位等地铁工程建设各相关方的要求。

青岛地铁四号线为主城区东西向的骨干线，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。线路全长约 30.66 km，全部为地下线，共设25座车站[7]。由于线路穿越市内的繁华热点区域，有相当一部分勘察设计钻孔位于老城区、繁华商业区的市政道路及两侧区域内，地面人流、车流密集；管线、人防干道等地下埋藏物情况错综复杂。现场勘察工作开展的难度大，项目工期、质量目标的实现面临严峻挑战。为此，青岛市勘察测绘研究院青岛市地铁四号线工程勘察(一标段)项目部结合工程项目建设要求及环境背景特点开展了质量管理小组活动，针对勘察外业精细化施工组织与关键质量因素控制进行了相关的工程实践与技术研究工作。

2 地铁勘察外业技术质量风险点分析

早在上世纪90年代，青岛地铁1号线试验段就已经进行了岩土工程勘察工作。自2009年青岛地铁3号线岩土工程勘察工作启动至今，青岛地铁的建设步伐逐渐提速。至2017年年底，包括3号线、2号线、11号线、13号线、1号线、4号线、6号线、8号线等地铁线路陆续完成了可行性研究、初步勘察、详细勘察等阶段的岩土工程勘察工作。基于参与青岛地铁岩土工程勘察工作的大量工程实践经验，笔者对地铁勘察外业技术实施过程中所伴随的关键质量风险点进行了归纳总结，重点围绕项目环境背景因素、勘察大纲策划及现场执行、勘察钻探设备及工艺水平、从业人员因素四个方面进行分析。

2.1 项目环境背景因素

为分析影响青岛地铁勘察技术质量问题中的项目背景因素，通过现场发放和电子邮件相结合的方式，对地铁勘察行业内的136名勘察设计人员进行了问卷调查，对取得的样本数据进行统计，并经过分析整理制成了排列图，如图1所示。

经过调查可知，受占地限制勘探点不能就位、钻孔偏移量过大、工期计划紧张、岩土工程的不确定性等问题受到多数地铁勘察从业人员的普遍关注，是影响勘察工作技术质量中的主要环境背景因素。“受占地限制勘探点不能就位”因素的占比高达46.18%，是项目环境背景因素中易造成外业技术质量风险的主要症结。

图1 影响地铁勘察技术质量的环境背景因素排列图

2.2 勘察大纲策划及现场执行

地铁项目勘察大纲是指导勘察外业工作开展的纲领性指导文件。大纲的策划及编写应在前期搜集工程地质资料及拟建工程特征信息的基础上，立足于满足建设项目岩土工程需求，科学依据各类规范技术标准[8]，兼顾设计单位技术要求与业主需求，经策划编写、评审论证、修改完善、批准签发后应用于勘察项目实施中。青岛地铁勘察项目的大纲策划一般都能够按照严谨的程序进行，但也存在因初期认识不充分、设计方案变更导致的工点大纲针对性不强以及大纲方案现场执行存在偏差、技术工作变更审批程序不严谨的问题。如部分项目工点的工法、轨底埋深等设计内容已作了较大调整，而原勘察方案确未能及时相应调整，致使勘探钻孔孔深、技术工作试验方案的针对性等已不能满足勘察技术要求、国家规范标准的要求。在特定的背景下，上述因素可能成为影响地铁勘察外业技术质量的风险要素，应对其给予充分的关注。

2.3 勘察钻探设备及工艺水平

工程地质钻探是目前青岛地铁勘察外业工作的重要内容，也是获取室内试验各类原状土样、扰动样、岩样的主要手段。选取理想的设备与科学的工艺确保工程地质钻探工作高质、高效完成对于确保地铁勘察外业技术质量有着至关重要的意义[9]。在外业勘探工作中，由于没有严格的设备工艺准入门槛，在紧张工期背景下常出现短时间内对钻探设备存在巨大需求缺口的情况，导致应用于地铁勘察项目现场中的钻探设备及工艺水平参差不齐，易出现技术质量要求不达标、实际工效低、环境污染问题突出的情况。

2.4 从业人员因素

青岛地铁勘察项目一般通过公开招标的方式由中标的工程勘察综合类甲级企事业单位承担。近年来，专业技术人员中具有注册土木工程师(岩土)执业资格的比例较往年有了较大提升(如图2所示)，绝大多数专业技术人员对规范标准的主要条款、强制性条文有着较深刻的认识，普遍有着较高的专业技术素养。由于对承担勘察现场外业工作的劳务单位资质普遍没有强制性要求，导致部分勘察外业劳务队伍人员素质参差不齐，从业人员对规范标准及技术要求的认识不足。在现场技术质量管控覆盖不全面的情况下，易出现钻探取芯率低、取样及原位测试完成质量低、钻孔偏移大等技术质量问题。

图2 从事青岛地铁勘察项目的工程勘察综合类甲级企业注册岩土工程师统计直方图

3 勘察精细化施工组织及质量控制对策

由于青岛地铁勘察外业工作中存在诸多可能造成技术质量成果不达标的风险点，必须制定有针对性的对策措施，有效控制勘察外业工作质量，确保岩土工程勘察成果准确可靠，为设计施工提供科学的依据。为此，围绕上述外业技术质量风险点，提出四个方面的针对性对策措施。

3.1 车行道施工组织措施

由于场地条件的限制，青岛地铁四号线工程勘察一标段约有10%～15%的勘探点位于车流量密集的城市主干道、次干道上(如图3所示)。受行政审批、工期计划、施工组织等因素影响，易出现勘探点不能就位、钻孔偏移量过大的问题。为此，必须制定一套科学合理的地铁勘察占路施工组织流程方案，保障车行道勘探点现场工作有序高效开展，确保外业工作质量。

在总结以往工程实践经验的基础上，结合青岛地铁四号线勘察项目特点，在车行道施工组织方案策划中重点考虑了以下因素：

图3位于车行道上的青岛地铁四号线勘察作业现场

(1)根据现场环境及地质情况，优化勘探点平面布置。在车行道勘探点的外业施工组织措施制定前，应在充分的现场踏勘基础上逐点梳理勘探点平面布置是否妥当。对钻孔的平面间距的设计应同时兼顾地质条件复杂程度及对路面交通造成的拥堵预期情况；考虑勘探安全及减少道路拥堵，应尽可能避免将点位布设于主干道的中间车道上；施放勘探点前认真查阅相关管线资料，若勘探点位置与被查明管线冲突需及时调整点位。

(2)在与勘察外业相关方充分沟通的基础上制定具体的施工组织方案。施工组织方案制定前，应与交管等行政审批部门充分对接沟通，预测临时性勘探占路施工可能对道路造成的拥堵情况，考虑对部分车道通行进行调整，制定多批次、交替间隔的施工组织方案；减少交通拥堵，最大程度争取作业空间及施工工期。

(3)重视勘探施工辅助工序组织及资源保障计划。与常规区段的勘察外业工作相比，位于车行道上勘探点的勘察外业施工包括道路封闭、防护及警示设施搭设、地下管线隐患排查、设备调配进场、场地恢复等更多的辅助工序工作。因此，必须做好科学统筹规范，投入足够的人力、物力资源保障，使各个工序衔接紧密，避免因辅助计划不周密导致勘探外业整体计划的延误。

3.2 优化原位测试及水文地质试验现场实施方法

在地铁勘察外业现场工作中，由于受现场条件限制及各工序衔接不理想的影响，现场试验测试工作往往无法按照预定的方案开展，常出现变更甚至无法实施的情况。为此，调整优化了常规勘察原位测试、室内试验技术工作的实施方法，依据动态调整的原则，采取的具体实施措施如下：

(1)将包括岩石点荷载强度岩芯波速试验及部分土工试验等室内试验的工作地点直接设置于勘察外业现场，取样后实时进行各类试验工作，并依据试验结果指导调整地层划分、取样布置。在实现现场取样与室内试验工作的紧密衔接的同时，有效避免了取样质量差、送样不及时等因素引起的技术质量问题。

(2)对特殊情况下部分原位测试工作的实施方法进行了调整。如钻孔的波速测试优先保障勘探点处建设项目重点位置的测试(如地铁地下结构的洞身、顶板位置)；在必要情况下勘探点终孔前可提前进行波速测试，如图4所示。

图4 勘察外业现场开展的岩土工程试验测试工作

(3)为保障地下水水位的量测及水试样取样等勘探钻探完成后的后续工作的技术质量，在原有勘探孔布设方案的基础上，视工程现场进度情况，在可较长期观测水位地段增设水文地质试验孔，保障地下水水位观测及取水样质量。

3.3 对勘探设备工艺选取及钻进参数进行优化设计

如何在保证取芯质量的前提下，提高勘察钻探工作效率，缩短钻探工作时间，满足项目工期计划要求，是地铁项目勘察技术人员普遍关注的问题。为改善上述技术问题，采取了以下措施：

(1)对勘探钻进参数进行优化设计。选用不同的钻机转速、钻压、泵压等钻进参数，如何控制回次进尺、施钻过程，都可以对岩芯的采取率、工效造成影响。为此，通过临界值理论计算，对钻机转速、钻压、冲洗液量等钻进参数进行了设计，并通过反复的现场验证试验测试确定了不同地层的最优钻进参数，如表1所示。

勘察钻探钻进的推荐参数 表1

(2)优化钻具结构及取芯工艺。针对传统钻探设备钻具在极破碎、软弱易冲蚀及极不均匀地层下取芯质量差、钻探效率低的问题，对目前现场应用最广泛的单动双管取芯钻具结构进行了优化设计改造，使用既能充分收拢卡取并保护软弱破碎岩芯，又有足够刚度卡住拔断硬脆岩芯的半刚性取芯装置，解决传统取芯装置在频繁软弱夹层发育的复杂地质条件下钻进效率低的问题。现场应用试验表明，改进后的钻具在频繁软弱夹层发育的复杂地质条件下钻进时，无须经常更换钻具，也不需要严格控制回次进尺来保证岩芯采取率，可有效提高软硬不均地层的取芯质量与钻进效率。

3.4 加强从业人员的考核管理与教育培训工作

地铁项目的勘察外业工作具有点多面广、工期紧张的特点，现场的勘探劳务工作往往由多家劳务单位共同承担，人员素质与配备情况良莠不齐，现场的综合协调管理难度较大。为此，应当制定完善的勘察钻探劳务合作单位管理规章制度，通过考核评分、经济奖罚等精细化管理办法，加强对勘察劳务单位的管理。此外，应当在项目实施前、实施过程中，定期、不定期地开展有关技术质量的教育培训工作，不断提高从业人员的质量意识与技术水平，确保勘察外业工作技术质量。

4 结 语

截止至2017年年底，青岛市地铁四号线工程勘察(一标段)项目部共完成勘察钻孔近 1 000个，勘探进尺近 38 000 m。其中顺利完成了位于城市主干道等严苛时空作业背景下的钻孔300余个，占比近40%，期间未出现一起安全技术质量事故，勘察外业质量一次达标率近100%。工程实践检验结果表明，依托青岛地铁四号线工程勘察项目的实施研究形成的精细化施工组织与技术质量管理办法可科学地指导繁华街区地铁勘察外业组织实施，显著提高勘察外业工作效率，缩短项目工期，同时可严格保障勘察外业工作质量，降低后期施工阶段围岩变更率。研究成果对于类似繁华街区环境条件下地铁勘察工作可以起到很好的借鉴与指导作用，具有广阔的推广与应用前景。

[1] 闫强刚，何寿迎，于波. 青岛地铁M1号线工程地质条件分析[J]. 城市勘测，2016(1)：154～157.

[2] 刘永勤. 城市轨道交通岩土工程勘察的特点[J]. 工程勘察，2008(S1)：13～15.

[3] 杨智国，张福忠. 西安地铁2号线地质勘察总体工作探讨[J]. 铁道工程学报，2009(10)：95～98.

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[5] 邵铖，冀东，赵平等. 青岛地质条件对隧道掘进机的影响分析[J]. 青岛理工大学学报，2017，38(5)：15～18.

[6] 青岛市勘察测绘研究院锐意精勘QC小组. 提高繁华街区勘察成果精度[R]. 青岛市勘察测绘研究院，2016.

[7] 冀东，魏嘉新，何松等. 青岛地铁M4号线滨海地段工程地质特征与施工安全因素分析[J]. 城市勘测，2017(3)：158～162.

[8] GB50307-2012. 城市轨道交通岩土工程勘察规范[S].

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