城市轨道交通岩土工程勘察方法及其优化措施研究

卓凡 ，张海波

（1.中交四航局第五工程有限公司，福建 厦门 361100；2.广州航海学院，广东 广州 510725）

0 引言

城市轨道交通建设在城市化进程中越来越重要，其具有安全、稳定、快速的特点，为城市交通发展提供了新的方向和动力。城市轨道交通建设是一项系统工程，具有线路工程、建筑工程、地下工程的特点，工程规划、设计和施工工艺都十分复杂。岩土工程勘察的成果是城市轨道交通规划、设计和施工的基础，对设计及施工具有很好的指导价值，因此，城市轨道交通对岩土工程勘察成果的要求非常高。

陈熹[1]系统地探讨了城市地铁岩土工程勘察需注意的问题，并提出了详细可行的建议。何维山[2]研究分析了相关技术在公路工程岩土勘察中的应用，取得了很好的效果，在公路建设与施工中起到了重要作用。肖星球[3]从水文地质方面对岩土工程勘察进行研究，对研究结果进行统计分析，提出针对性意见。曹昭辉[4]以南京河西地区某城市轨道交通工程勘察项目为例分析了城市轨道交通工程勘察方法及勘察成果对施工的指导价值。胡家亮等[5]以结合佛山地区为例，利用钻探、原位测试、物探、室内试验等勘察技术来研究地铁沿线区域性质，对佛山地铁二号线一期工程提出合理可行的工程措施建议。魏军等[6]在上海某地铁线路某车站岩土工程勘察中，开展抽水试验并分析，并计算了抽水试验的影响半径。雷艳[7]、李炜[8]主要针对岩土工程勘察工作中，水文地质勘察的地位以及相关内容展开分析。张衎[9]从岩土工程勘察设计与施工的实际出发，分析岩土工程与水文地质的关系。王晓光[10]从不同方面分析了水文地质调查在岩土工程勘察中的应用，认为水文地质调查与环境地质调查、工程地质调查一致，均为岩土工程勘察中的主要内容。

为城市轨道交通提供准确的数据，加强对岩土工程勘察方法及其优化措施的研究是非常关键的。

1 城市轨道交通岩土工程勘察的特点

（1）城市轨道交通中岩土工程地质勘察的情况比较复杂。由于城市的运行需要各种地下管线的支撑，因此城市底线管线错综复杂，难以进行精确测量。地下供暖、供水、电力、天然气、电缆等地下管线分布较多，增加了城市轨道建设的勘探工作的复杂程度，所以开展城市轨道交通岩土工程地质勘察工作时需要格外小心，避免触及到已经建设好的地下综合管廊等地下城市管网。

（2）城市轨道交通中岩土工程地质勘察具有勘探里程长、工作量大等特点。城市轨道距离较长，在实际的勘探过程中需要一次进行较长距离的勘察，这就要求勘测中要使用新技术、新工艺、新方法。在提高勘察效率的基础上，同时也能通过精密仪器和工作人员的配合，进一步提高勘察的精度。

（3）城市轨道交通岩土工程地质勘察的难度较大，这是由城市的地形与环境所造成的。由于城市的建筑物众多，相互之间比较密集，因此，在勘察过程中要十分注意，避免对建筑物和相关地下管线造成破坏，这就增加了城市轨道交通岩土工程地质勘察的难度。

2 城市轨道交通岩土工程勘察概况及存在的问题

2.1 城市轨道交通岩土工程勘察的必要性

岩土工程参数是城市轨道交通规划、施工、运营阶段不可缺少的依据。①岩土的构成情况对城市轨道交通的安全性和稳定性有重大影响。这就需要对城市轨道交通岩土工程进行详细的勘察，准确探明各地质层的详细情况，为工程提供坚实的基础数据。②地下水的勘察是岩土工程勘察的重要组成部分，地下水对岩石的属性有很深的影响，需要对此进行认真勘察。针对岩土工程勘察中存在的问题进行分析，并提出合理的建议与改进措施，能有效确保城市轨道交通的安全性和稳定性。

2.2 城市轨道交通岩土工程勘察存在的问题

（1）对城市轨道交通岩土工程勘察工作不够重视。在实际的城市轨道交通岩土工程勘察中，勘察人员往往只关心岩土的地质情况而忽视了水文地质的信息，这就导致了岩土工程勘察的片面化，不能从全局的角度分析得到准确的地质参数。

（2）对城市轨道交通岩土工程勘察不够深入。现阶段尚未形成系统的、科学的、完善的城市轨道交通岩土工程勘察体系。在实际工程勘察中，相关勘察浮于表面，难以深入。这就使得相关水文地质勘查结果的可靠性与准确性较低，不能够为工程提供精准的基础数据。

3 城市轨道交通岩土工程勘察方法及技术手段

3.1 案例基本概况

厦门市轨道交通6 号线集美至同安段工程中嘉庚体育馆至同翔高新城段（即9 号线一期工程）是厦门岛外环湾串联同安区与集美区的线路，线路南起嘉庚体育馆站，北至同翔高新城站，沿浔江路-美山路-西洲路-滨海西大道-阳翟路西侧规划轨道交通走廊-霞辉路-环城路-五显路（规划同新路）布设，串联集美老城、侨英片区、美峰现代服务业基地、环东海域新城、西湖片区、同安老城、同翔高新城等城市节点和重要组团。

本工程线路正线右线全长26.420km，设站15 座，平均站间距1.822km，其中换乘站4 座，分别与4、5、6、11 号线及BRT 换乘；设1 段1 场，分别为寨阳车辆段、洪塘头停车场，出入线分别自同安一中站、潘涂站接轨，出入线长度分别为1.612km、0.702km；设2 座主变电所，其中1 座利用4 号线西洲主变电所，新建1 座新民主变电所，位于新民站附近，与5 号线共享；控制中心共用1 号线园博苑控制中心。

3.2 室内岩、土、水试验

（1）一般黏性土试验提供的参数包括比重、含水量、天然密度、湿密度、孔隙比、饱和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数、压缩系数、压缩模量（视需要选做固结系数、水平固结系数、各级压力下的孔隙比）、天然快剪、固结快剪、不固结不排水剪UU、固结不排水剪CU、渗透系数、静止侧压力系数、自由膨胀率、有机质含量。对需要测定基床系数的，选择代表性样品采用三轴试验测定。对盾构施工的黏性土，加做颗粒分析。

（2）砂土（扰动土）试验提供以下参数，即比重、颗粒分析，包括砂土、粉土的级配、特征粒径（d70、d60、d50、d30、d10）、不均匀系数、曲率系数及土名，并提供黏粒含量百分率ρc，提供砂土的水上、水下坡角。

（3）残积土除需要提供一般黏性土试验及颗粒分析试验外，还需提供细粒土的天然含水量、塑性指数、液性指数等细粒土指标。

（4）岩石试验项目包括比重、密度（天然、烘干、饱和）、吸水率、饱水率、孔隙率、单轴极限抗压强度（天然、饱和、烘干）、软化系数，选择部分样品作弹性模量（E）、泊松比、岩石抗剪断强度（c、ϕ 值）、抗拉试验、岩石波速试验，以及软化试验等。当破碎岩体取样困难时，采用点荷载试验测定其强度指标。工点具体试验项目根据工程需要确定。

（5）地下工程水质分析项目包括：pH、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO3-、CO32-、侵蚀性CO2、SO42-、OH-、NH4+、游离CO2、总矿化度。

（6）对处于地下水位以上的混凝土结构，取土样做土的腐蚀性试验。

3.3 水文地质试验

勘察期间在钻孔M9Z3-TQM-46 进行抽水试验，利用钻孔M9Z2-TQM-002 抽水试验成果，以查明不同含水层的水文地质参数。

采用单孔稳定流试验法，用螺杆潜水电泵抽水，计量工具为旋翼式水表计，水位测量工具为万用表。针对不同的水层选用相应直径的滤水管，进行洗井和试抽试验。对得到的数据利用相关公式进行参数计算求解，进而得到不同含水层的水文地质参数。

抽水孔均做2～3 次降深，降深的稳定延续时间为8～16h，水位允许波动范围为3～5cm，试验操作符合相关规范。试验精度与专门水文地质抽水试验有一定差异，可作为大致评价场区岩土水文地质特性的依据。

3.4 隧道涌水量预测

3.4.1 盾构隧道涌水量预测

拟建区间隧道采用盾构法施工。盾构法施工主要是掌子面进水，正常掘进时隧道周边不进水，遇事故或障碍时方进行排水，故采用达西定律分别估算隧道最大涌水量。

式中：Q——隧道通过含水体的正常涌水量，m3/d；K——渗透系数，m/d；△H——隧道底板到潜水面的距离，m；d——隧道直径，m；L——渗流长度，m，取10m。

3.4.2 暗挖法隧道涌水量预测

拟建区间隧道设置有3 处联络通道，根据工程设置，采用暗挖法施工，联络通道采用古德曼经验公式估算联络通道开挖面最大涌水量。

式中：Q0——隧道通过含水体地段单位长度的最大涌水量，m3/d；K——含水体渗透系数，m/d；H——静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离，m；d——洞身横断面等价圆中心的距离，m，d=6.2m；L——单位长度，m，L=1m。

根据式（2），计算隧道掌子面涌水量，如表1 所示。

表1 古德曼经验公式估算联络通道隧道涌水量计算

4 城市轨道交通岩土工程勘测方法的优化措施

4.1 形成系统的城市轨道交通岩土工程勘察体系

为提升城市轨道交通岩土工程勘察的工作效率，需要形成系统的形成系统的城市轨道交通岩土工程勘察体系，确保勘察过程的可实施性强、勘察流程高效、勘察结果可靠。并对存在的问题提出合理的改进措施。

4.2 提高城市轨道交通岩土工程勘察的准确性

岩土工程勘察结果的准确性和可靠性对城市轨道交通具有深远的指导意义，在实际的岩土工程勘察工作中采用新技术、新工艺、新方法，不断提高勘察结果的准确性，最大限度的保证勘测结果准确可靠，将城市轨道交通岩土工程勘察推向新的高度。

4.3 制定科学的城市轨道交通岩土工程勘察评价标准

制定科学的、成体系的城市轨道交通岩土工程勘察评价标准，按照实事求是、因地制宜的原则，制定符合具体城市的轨道交通岩土工程勘察评价标准，对城市轨道交通岩土工程勘察进行评价，不断推动城市轨道交通工程勘察的高效发展。

5 结语

城市轨道交通岩土工程勘察是岩土工程勘察的重要组成部分，为城市轨道交通的规划、建设、运营提供准确可靠的数据支撑。文章在结合相关研究的基础上，结合实际工程项目，研究了城市轨道交通岩土工程勘察中的勘测方法及其优化措施，结论如下。

（1）系统分析了城市轨道交通岩土工程勘察中的勘测方法及技术手段，得到了精确的水文地质试验结果和隧道涌水量预测。为城市轨道交通的进行提供了安全、可靠的基础数据。

（2）工程区地下水主要以风化裂隙孔隙水、第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水为主，地下水位较高。第四系冲洪积砂土为主要含水地层。场区水文地质条件总体较为复杂。

（3）工程区地表水环境类型为Ⅰ类、Ⅱ类时，对城市轨道交通建设所采用的钢筋混凝土结构具有轻微的腐蚀性。地下水位以上地基土环境类型为Ⅱ类时对对城市轨道交通建设所采用的钢筋混凝土结构具有轻微的腐蚀性。

（4）应充分学习城市轨道交通岩土工程勘察相关理论知识、提高城市轨道交通岩土工程勘察的能力、给出合理的地质参数对于安全、稳定地建设城市轨道交通工程至关重要。