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從地鐵施工和設(shè)計的需要提出地質(zhì)勘察的內(nèi)容論文

時間:2023-05-01 13:49:40 論文范文 我要投稿
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從地鐵施工和設(shè)計的需要提出地質(zhì)勘察的內(nèi)容論文

  摘要:本文根據(jù)地鐵的特點,列出了地鐵的主要地質(zhì)問題,提出從地鐵施丁與沒計的需要擬定的地鐵勘察內(nèi)容,并介紹了—些主要的勘察技術(shù)。文中對地鐵勘察體制的改革提出了建議。并提出設(shè)勘察監(jiān)理的建議。

從地鐵施工和設(shè)計的需要提出地質(zhì)勘察的內(nèi)容論文

  關(guān)鍵詞:地鐵 地質(zhì)勘察 物探 改革

  0 引言

  筆者近年來接觸了一些地鐵的勘察設(shè)計資料,感到地質(zhì)勘察的內(nèi)容與施工和設(shè)計有不少不對口之處,根據(jù)作者多年從事隧道與地下工程的設(shè)計與施工,以及多年從事淺層地質(zhì)勘察的經(jīng)驗,提出一些建議,以期使地鐵的勘察更有的放矢,并提出一些新技術(shù)的信息。本文涉及的不包括完全巖質(zhì)的地鐵及地下丁程。

  1 問題的提出

  北京、天津、上海、南京、武漢、廣州、深圳等地下鐵道,或完全穿過第四系土、泥層,或部分穿過第四系層,部分進(jìn)入巖層及其分化帶。由于地鐵的工程包括明挖和蓋挖或暗挖;豎井,涉及井壁安全及豎井施工。采用的手段包括地下連續(xù)墻、鉆孔樁、挖孔樁、礦山法暗挖、明挖、及蓋挖、盾構(gòu)等等,其中情況比較復(fù)雜。因此地鐵的設(shè)計與勘察兼有鐵路和公路隧道、城市高層建筑、地基深基坑,地下水勘察之特點,要求有關(guān)單位及設(shè)計,勘測者要有更全面的能力。這對有關(guān)單位來說,是十分困難的,因此出現(xiàn)設(shè)計與勘察中的疏漏,甚至超出了它們的知識范圍,也是自然的。目前地鐵的地質(zhì)勘察內(nèi)容、程序和方法本身還不夠成熟。施工者不懂設(shè)計和地質(zhì),設(shè)計者沒有施工經(jīng)驗,也不熟悉地質(zhì)勘察方法和技術(shù),地質(zhì)勘察者對地鐵的施工和設(shè)計沒有感性知識,甚至沒多少知識,這是普遍的現(xiàn)象。實際上.目前在某些工程的勘察、設(shè)計、施工中出現(xiàn)脫節(jié)和工種間的誤解也是普遍的,例如,隧道和地鐵勘察給出的地質(zhì)資料從定量上往往是概略的,它給出的巖體分級界線也是概略的,而一些設(shè)計和施工者往往認(rèn)為地質(zhì)圖上的各種界線的里程是準(zhǔn)確的,施工時揭露㈩的情況與地質(zhì)縱斷面圖里程差了若干,就認(rèn)為地質(zhì)勘察有問題;設(shè)計者常不愿去變更設(shè)計;設(shè)計規(guī)范中規(guī)定,圍巖較差地段的襯砌應(yīng)向圍巖較好的地段延伸5~10m,這更易導(dǎo)致對地質(zhì)圖定量數(shù)據(jù)的誤解。又如許多勘察者不了解設(shè)計和施工中的要害,勘察重點不明,地鐵施工中有些必須搞清的情況在勘察中不一定注意,作者也發(fā)現(xiàn)有時設(shè)計者也未注意,再如,目前許多參與地鐵工作的人員并不認(rèn)識施工地質(zhì)及施工地質(zhì)預(yù)報的重要性。因此,需要從地鐵施工、設(shè)計的角度對地鐵的勘察及施工地質(zhì)進(jìn)行總結(jié)、研究、發(fā)展。

  作者討論的基礎(chǔ)是,首先從地鐵施丁與設(shè)計的需要提出要求,然后考察目前的勘察技術(shù)手段能達(dá)到的水平,使二者能得以統(tǒng)一。在考慮勘察技術(shù)時,要考慮目前一般單位已掌握的技術(shù)與手段,也提出國內(nèi)已出現(xiàn)并經(jīng)過實踐考驗的新技術(shù)。

  2.地鐵施工的主要地質(zhì)危險

 、僭S多地段,要防止地面過大的下沉,特別是區(qū)間隧道通過居民樓或重要建筑物下時,地面較大的不均勻下沉將使建筑物遭受破壞,作者發(fā)現(xiàn)許多地鐵施工者和監(jiān)理,幾乎全力注意暗挖施工隧道中不要出現(xiàn)問題,而對可能引起的地面下沉比較淡漠。

 、谝乐故┕r出現(xiàn)重大的地質(zhì)災(zāi)害或較大的坍方,這些事故不僅影響施工、而且有可能危害地面建筑物或交通。

  ③地表下有時有密集的管線,有的地方還有古老的或廢棄的下水管道,施工破壞了電力或通訊電(光)纜,其危害不言而喻,破壞了上下水道將會影響施工安全,并導(dǎo)致地面下沉。

  3 地鐵施工時主要的不良地質(zhì)體

  3.1 暗挖隧道穿過淤泥、軟土段時易出現(xiàn)坍方

  建于淤泥、軟土上的地方建筑物因土的承載力不夠大,隧道施工時對土體的擾動將使地面沉陷量大而使建筑物遭破壞。

  3.2 未固結(jié)的砂層

  特別是出現(xiàn)在隧道拱部時,施工時若措施不利將導(dǎo)致坍方;深基坑壁及其坑底的砂層則常含地下水;鉆孔樁通過砂層施工易出危險;

  3.3較大的出水

  在深基坑開挖和區(qū)間隧道暗挖時需選擇排水或堵水措施,有時1~2m的排水就可引起不容許的地面下沉量。這些地下水重要貯存在砂層中、巖體的強(qiáng)風(fēng)化帶中、巖溶洞穴、孔隙及裂隙中,有時與地面水連通;

  3.4 基巖中的斷層破碎帶

  如果暗挖的區(qū)間隧道或車站穿過斷層破碎帶,則這些區(qū)段將是設(shè)計和施丁的重點段,不僅開挖和支護(hù)要采取措施防止坍方,而且斷層破碎帶中,尤其是斷層的上盤常富水,這些地下水的連通性好,若施工時以排水為主,有可能使周圍地層泱水過多而產(chǎn)生大的下沉或局部地陷;它們?nèi)舫霈F(xiàn)在豎井中,則豎井壁必須作好防坍護(hù)壁并要著重考慮地下水;若出現(xiàn)在深基坑底部,則若采取抽排水措施,將引起基坑旁的地面不均勻下沉;若它們位于深基坑底或側(cè)下方,則有可能出現(xiàn)承壓水沖破基坑冒出。

  3.5 巖 溶

  巖溶包括溶洞、溶蝕裂隙及巖溶水在暗挖丁程中遇到充填了地下水或松散物、溶洞底,將是施丁的重大威脅。對地鐵更危險的還在于到處連通的地下水,若不采取堵水措施,町能因排水引起周圍地陷,有時地陷可能發(fā)生在開挖段的數(shù)百米外。

  3.6基巖強(qiáng)風(fēng)化帶

  基巖強(qiáng)風(fēng)化帶的主要特性是它是巖又似土,花崗巖類的強(qiáng)風(fēng)化帶中常有球狀的風(fēng)化較弱的塊;鶐r強(qiáng)風(fēng)化帶中常含裂隙水,水量不很大,但因與上面的土層連通,施工自然排出的水可能引起地層失水而致地面下沉。由此可見,地鐵與山嶺隧道之不同點在于:

  (1)地鐵因在城市居民稠密區(qū)通過,更加注意環(huán)境保護(hù),特別是防止地面建筑物的不均勻下沉;

  (2)此對地下水的排還是堵,是地鐵設(shè)計與施工中的重點考慮問題之一,故對地下水的勘察是勘察重點之一;

  (3)地鐵存在地基或樁基承載力的問題,因此對持力層的探察是一般隧道所不做的;

  (4)地鐵勘察需察明許多地下人工建設(shè)的物體。常會遇到各種管線、樁基礎(chǔ)、古代的地下遺存、早期的木樁等,需要探明以供設(shè)計和施工。這就使得對地鐵的勘察要求更高、內(nèi)容更豐富、需采取的手段更多。

  4.地鐵需勘察的主要內(nèi)容

  本文不考慮勘察的各階段要求粗細(xì)、內(nèi)容不同,而主要探討應(yīng)察清哪些情況,不同的勘察階段可

  能有所側(cè)重。

  4.1 基巖情況

  基巖情況包括基巖埋深及起伏,風(fēng)化層(帶)的埋深及厚度;基巖中的斷層破碎帶位置、范圍及現(xiàn)狀,特別是搞清斷層上盤巖體情況; 淤泥、軟土的范圍及厚度;

  4.2 第四系層情況(基本上在O~30m深)

  (1)層的埋深、厚度及沿地鐵的分布范圍,1m以上厚的砂層、作為透鏡體狀的砂層應(yīng)探明分布范圍及厚度;

  (2)在要考慮樁基或建筑物基礎(chǔ)承載的地段要探明持力層的厚度、埋深、分布、承載力。

  4.3 地下水

  (1)第四系砂層中的地下水的含水情況;

  (2)基巖強(qiáng)風(fēng)化層中的含水情況;鶐r強(qiáng)分化層主要是裂隙水,對比應(yīng)有清楚的認(rèn)識;

  (3)巖溶水及其連通情況;

  (4)地下水與地面水間水力聯(lián)系概況。

  4.4巖溶發(fā)育情況

  地鐵在通過巖溶發(fā)育區(qū)時,應(yīng)下丁夫察明巖溶發(fā)育區(qū)范圍,含水情況及巖溶水的連通晴況,與地面水的聯(lián)系,重點地區(qū)(如區(qū)間隧道通過處或底下不深處應(yīng)探明較大巖溶的位置及劃)。

  4.5 地下管線、古老的下水道、其他地下障礙物的探察

  4. 6隧道掌子面前方不良地質(zhì)預(yù)報

  5.主要的勘察技術(shù)

  5.1勘察中的幾個困難課題

  基巖及風(fēng)化層的埋深等勘探難度不大,但對0~35m深的第四系中的薄層勘探難度很大,薄砂層往往呈透鏡狀或不連續(xù)的層狀,在城市中不可能過密地用鉆探,需考慮新的方法技術(shù)。

  巖溶的勘探是個困難問題,特別是單個溶洞的勘探,更是個難題,好在近口已有新的技術(shù)試驗得到好效果。地下水的連通,需要勘察者采用多種手段,并動腦筋去作綜合分析。為解決地鐵勘探的問題,需要采用地球物理技術(shù)。

  5.2 主要勘察手段

  5.2.1鉆探及靜力觸探

  鉆探可取芯直接觀察但在第四系層中,巖芯采取率不高;所以應(yīng)適當(dāng)多用靜力觸探,它可以直接提供層的承載力信息。

  5.2.2地球物理技術(shù)

  (1)地震勘探的能力及問題

  探察基巖面、基巖強(qiáng)風(fēng)化面,地震折射法和地震反射法是可以勝任的。但是,地震勘探法在城市中怕汽車震動等干擾,需在夜間工作,或為暫時封鎖線路。地震反射法對o~35m深的薄層無能為力。

  (2)探地雷達(dá)

  探察地下管線及埋深0-10m左右的地下障礙物是特長,但其探察深度有限;探察地下管線也可用其他探地下管線的儀器。

  (3)電阻率法

  在地面為非瀝青路面的情況下,直流電法可探測層位深度,精度為10%~20%;它在探察巖溶發(fā)育區(qū)、斷層帶位置及大致形狀等方面會有好的效果。但目前常規(guī)的電阻率儀在城市中工作受雜散電流干擾大,難以工作作。20世紀(jì)80年代生產(chǎn)的C--1微測深儀可解決這個難題,但近日停產(chǎn),其第三代微機(jī)化的儀器將進(jìn)入市場。

  (4)可探淺薄層并不怕城市干擾的陸地聲納法

  “陸地聲納法”是“極小偏移距高頻超寬帶彈性波反射連續(xù)剖面法”的簡稱,推出十年來,不僅在隧道掌子面前方100m左右地質(zhì)預(yù)報中取得好效果,而且在淺部薄層探察、溶洞探察中顯示其良好的功能。如在勝利油田0~40m的薄層探察中,劉厚1~2m的粘土層、砂層、砂透鏡體有好的探察成果,并可清晰地反映埋于地下的古河道的情況及其被一次次淤淺、淤平的痕跡。在廣州白云新國際機(jī)場的探察中,對埋深30m左右直徑l-2m的溶洞有良好的探察效果。這種方法已投產(chǎn)了LDS--1型儀器投入市場。

  “陸地聲納法”一般與“微分電測深”相聯(lián)用。后者是電阻率測深的一個變種,可在地面上以0.2-

  0.4m的精度和分辨率定點探測地下,相當(dāng)于不鉆孔而得到鉆孔資料。當(dāng)然在城市中工作要避免雜散電

  流干擾,需用特殊的儀器。好在在新儀器推人市場之前,前述已停產(chǎn)可抗干擾的C--1國內(nèi)尚有4臺左右。

  (5)各種激電法

  它們是專用的探測含水層及其含水情況的方法,既然地下水的情況對地鐵如此重要,這類方法也當(dāng)然是地鐵勘察中應(yīng)當(dāng)采用的方法。但在城市中存在大地電流干擾,應(yīng)選擇抗干擾強(qiáng)的方法,或許雙頻微電法、瞬變電磁場法應(yīng)是首選的方法。

  (6)鉆孔中測水的動態(tài)的方法

  為察明巖溶的動態(tài)參數(shù),應(yīng)在鉆孔中用流速儀等測定水的流向,流速,并可通過鉆孔電視觀察鉆孔壁巖溶微孔及裂隙的情況。必要時要做水的連通試驗。

  5.3 綜合物探與綜合勘探

  前面介紹了幾種新的物探方法,有些是以前地鐵勘察時從未用過的,許多單位對它們也知之不多。但它們在地鐵勘察中確有特效,應(yīng)選用,而不是囿于傳統(tǒng)的方法。

  綜合物探就是幾種物探方法共用,取長補(bǔ)短、互相補(bǔ)充。其中選擇合適和合理的方法搭配是最重要—環(huán)。但盡管采用綜合物探號召多年,教科書、規(guī)范中也有論述或規(guī)定,但具體實施中常悖之,有時使用了幾種方法,但并沒有“綜合”。其原因之一是教育和單位工作體制的問題,一個工作人員一生中往往僅搞一種方法,頂多兩種方法,沒有選擇的能力,即使技術(shù)主管也缺少通才;之二是工作人員信息不靈。這就使得往往僅選擇手頭已有的方法去應(yīng)付合同。

  綜合勘探是各種勘察手段——鉆探、觸探、地面物探、測井、地質(zhì)調(diào)查等應(yīng)當(dāng)合成一體,互相合作、補(bǔ)允。但鐵道部推廣十余年,亦收效不理想。究其原因一亦在于囿于自身的學(xué)習(xí)經(jīng)歷及工作經(jīng)歷,無能力統(tǒng)籌,甚至總工也亦然;二在于體制方面原因,單位多選費(fèi)用較高的鉆探,而不重視其他手段。

  6.地鐵勘察的體制改革及設(shè)勘察監(jiān)理問題

  作者這里不涉及各單位的體制,僅從地鐵勘察的改革提出建議。目前的勘察計價,是以工種的工作量來計的,重工作量而輕效果,這也是1950年的流病。只有改成以勘察勘察效果為中心,才有可能改變。實際上,勘察效果好,可為地鐵建設(shè)節(jié)省許多資金,無端節(jié)省勘察費(fèi)用,必將用建設(shè)中成倍成十倍的損失來補(bǔ)償。作者為此有兩條可選之建議:

  (1)以地鐵建設(shè)費(fèi)的百分比定為勘察費(fèi),只要求完成勘察效果的目標(biāo)要求,以此作勘察投標(biāo)依據(jù)。

  (2)以某實物工作量為基礎(chǔ)編制勘察費(fèi)標(biāo)底,但投標(biāo)及工作中不檢察工作量,而檢察效果,這樣可促使勘察單位更好地采用可得以新技術(shù)。

  上述建議都以設(shè)勘察監(jiān)理為前提。為此,要如同應(yīng)設(shè)立設(shè)計監(jiān)理一樣,設(shè)立勘察監(jiān)理,并由監(jiān)理會同專家組對勘察計劃和成果作階段的和最終的評審,這種評審不能是幾天的會議評審,而應(yīng)當(dāng)從審察原始資料到最終結(jié)果,必要時應(yīng)要求在勘察合同金額內(nèi)補(bǔ)充工作。

  7. 結(jié)束語

  ①根據(jù)地鐵的特點,從地鐵施工和設(shè)計的需要提出勘察的任務(wù),在分析了地鐵的特點與主要地質(zhì)問題后,對地質(zhì)勘察提出了必須完成的幾項目標(biāo)。

 、谠诘罔F勘察中應(yīng)綜合采用多種勘察手段,更好地應(yīng)用地球物理技術(shù)。針對地鐵勘察的需要,在城市中作勘察工作的特點,應(yīng)當(dāng)選擇陸地聲納法、微分電測深、各種激發(fā)極化探水的新技術(shù);并采用可防城市中噪聲和電干擾的新儀器。

 、蹜(yīng)采用綜合物探與綜合勘探

 、軕(yīng)考慮以勘察效果為中心安排地鐵勘察工作,為此應(yīng)進(jìn)行地鐵勘察體制(包括招投標(biāo))的改革。

  參考文獻(xiàn)

  中華人漢共和國鐵道部.YBJ3--85.鐵路隧道設(shè)計規(guī)范,1986

  鐘世航.關(guān)于地鐵地質(zhì)勘察的幾點認(rèn)識.勘察科學(xué)技術(shù),2001,1:58~61

  鐘世航.陸地盧納法在實踐中的發(fā)展.工程物探,2001,3:1—7

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