【摘 要】 通过对武汉市轨道 交通 二号线一期工程沿线区域地质构造、工程地质和水文地质特点的 分析 ,说明了在不同地貌单元和不同地质条件下针对地铁施工工法、进行岩土工程勘察的基本 内容 和 方法 ,指出了地铁勘察在场地条件、勘察要求、试验内容等方面不同于一般的 工业 与民用建筑岩土工程勘察工作的特点,并据此合理安排勘察实施方案。【关键词】 武汉地铁;地貌单元;测试试验;勘察特点
0 引 言
武汉是我国内陆腹地重镇,“中部崛起”战略给武汉市的 发展 建设带来极大的机会,武汉市轨道交通二号线一期工程是武汉市轨道交通网规划建设中最重要的交通干线,全线长约27km,全部为地下线,近于南北转东西走向,连接武汉市最繁华的地带,北起常青花园北端的金银潭站,跨过张公堤,途经汉口火车站、青年路、解放大道、江汉路,在武汉关下穿长江至武昌积玉桥,沿和平大道、中山路、穿小龟山到洪山广场、中南路,沿武珞路、杨家湾到光谷广场。
武汉市轨道交通二号线一期工程岩土工程勘察工作正在紧张进行,根据现场踏勘表明,沿线交通干道纵横交错,地面交通流量大,高层建筑鳞次栉比,古建筑及需要保护的文物建筑众多,地下管线错综复杂,沿江一带水利、堤防及码头设施生产和施工建设繁忙,给岩土工程勘察施工带来了极大的困难,由于本工程贯穿长江南北,第四系地层分布复杂,具有多种地貌单元,地质构造条件、地层岩性组合、土体成因类型、水文地质条件等均有明显差异,使本次地铁勘察比一般的工业与民用建筑勘察更复杂。
1沿线工程地质特点
1.1区域地质构造特点
武汉市区内经历了大别、扬子、加里东、华里西—印支、燕山—喜马拉雅等多次构造运动,主要有褶皱和断裂两种构造形式,武汉台褶皱束由古生界及早三叠系组成的一系列北西西向或近东西向复式褶皱组成,并伴有与轴线平行或近于的走向断层及北西向、北东向、北北东或近南北向的断层。
地铁勘察要注意靠近长江西岸和中南路的断裂,该部位基岩较深,但钻探表明,断层部位第四系覆盖层没有明显的软弱土体,与地铁相关的地基土和围岩具有较好的工程性质。
1.2地形地貌特点
武汉市区总的地势是东高西低,南高北低,以丘陵与平原相间的波状起伏地形为主,长江两岸第四系地层较厚,南至武昌小龟山则基岩出露,总体属于丘陵—平原地貌类型。
武汉市轨道交通二号线一期工程沿线通过地段可划分为五个地貌单元区①:
Ⅰ长江河床河道区
Ⅱ长江一级阶地区
Ⅲ长江二级阶地区
Ⅳ长江三级阶地区
Ⅴ剥蚀丘陵地貌
沿线地貌单元划分见图1。地铁线路经过多个地貌单元,给地铁设计施工带来复杂性和多样性,每个区间和每个车站的施工工法选择都要结合地面建筑物的分布情况和地层分布特点,反复进行方案比选。
1.3不同地貌单元的地层分布特点
1.3.1长江河床河道区
长江河道及江北岸500~1000m范围内,区域南北直线范围约2500m,长江正常水深15.0~20.0m,水底面标高为0~-2.0m,水下由新近沉积的松散粉细砂、中粗砂组成,厚度20~25m,砂层饱和,浅部松散粉细砂具有震动可液化性;其下为泥质砂岩、泥岩、砾岩互层。
1.3.2长江一级阶地区
该地貌单元在本地铁线路上分布较长,为汉口区金色雅园站—江汉路站、武昌区积玉桥站及上下区间范围。呈现典型的二元结构,上部由填土层及第四系全新统冲洪积成因的粘性土组成;中部为稍密—中密的粉细砂、中密—密实的中粗砂夹砾石,粉细砂层中分布粘性土透镜体;下部基岩为白垩系—下第三系砾岩、砂岩及志留系粉砂岩、泥岩组成。
1.3.3长江二级阶地区
分布于本地铁线路的北端金银潭站—金色雅园站及常青花园车辆段的范围。上部为薄层填土和厚度变化较大的全新统冲积成因的软塑—可塑状态的一般粘性土;中部为第四系上更新统硬塑状老粘性土及密实状粘质砂土及含砾细砂;下部为白垩系—下第三系东湖群的砂岩和砾岩。
1.3.4长江三级阶地区
分布于螃蟹甲站—小龟山站及中南路站一带。上部为人工填土,其下为第四系冲、洪积成因的上更新统老粘性土层及粘性土混碎石层;下部基岩主要为志留系坟头组砂岩、泥岩。在小龟山站和中南路站一带偶见三叠系大冶组灰岩及泥盆系五通组辉绿色石英砂岩。
1.3.5剥蚀丘陵地貌
主要分布于小龟山、洪山基岩出露地段,石牌岭站—光谷广场站一带。场地表层为人工填土,其下即为志留系坟头组砂岩、泥岩;在杨家湾站附近,灰岩较厚,岩溶比较发育。
2沿线地下水分布特点
武汉市地铁二号线经过不同的地貌单元,地下水的特点也有明显的不同,沿线场地地下水按赋存条件,分为上层滞水、潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水[1]。1)上层滞水主要赋存于人工填土和粘性土层中,水位不连续,没有统一的水面标高,水位埋深为1.0~3.5m,主要接受地表水、管道渗漏水和大气降水的补给。
2)潜水主要分布于临江、临湖一带浅部粉土、粉细砂地层中,具有局部连续性和统一的地下水面,水位埋深为2.0~3.0m,主要接受地表水体和大气降水的补给。
3)全新统孔隙承压水主要分布在长江两岸一级阶地,与长江、汉江的水力联系密切,季节性变化 规律 比较明显,具有互补关系,赋水地层为粉土、粉细砂、中粗砂和圆砾、卵石地层,隔水顶板为上部的一般粉质粘土、粘土,底板为基岩,含水层厚度一般为15~45m,承压水头高度15~20m。
4)上更新统孔隙承压水主要分布在长江二级阶地区,赋水地层为黄色、灰绿色粉细砂、中粗砂和杂色的圆砾、卵石地层,隔水顶板为老粘性土,底板为基岩,含水层厚度一般为17~30m,承压水层底面埋深45m左右。
5)基岩裂隙水分为岩溶裂隙水及碎屑岩裂隙水,岩溶裂隙水主要分布在石牌岭—光谷广场一带,碎屑岩裂隙水分布在裂隙比较发育的砂岩、泥岩、砾岩等基岩中,水量不大。基岩裂隙水主要通过两侧裸露基岩接受大气降水入渗补给,水位埋深6.0~20.0m。
地铁区间隧道和车站基底埋深一般为16~23m,该深度在一级、二级阶地和过江段多为粉土、粉细砂,埋藏丰富的孔隙承压水,对地铁深基坑施工 影响 最大,施工时应防止流砂和突涌。
3地铁施工工法与工程勘察特点及要求
3.1试验项目与取样部位的基本要求
武汉市轨道 交通 二号线一期工程沿线车站多采用明挖法施工,部分车站采用半盖挖顺作法施工;江北汉口一线及过江段区间拟采用盾构法施工,武昌螃蟹甲站以南区间主要采用矿山法施工,因此,岩土工程勘察工作要结合施工工法[1-2]、地层岩性分布情况、地下水分布情况、地面建筑物及地下管线分布等,有针对性地进行钻探、试验和现场试验工作,详见表1,取样数量按照地质地貌单元,分别满足规范要求的数量控制[3],对试验结果离散性大、试验 方法 不统一、试验造价非常高的部分项目,结合经验数值,减少试验数量;水文地质试验单独做试验方案。
3.2工程勘察特点
沿线岩土工程勘察工作具有如下几个明显的特点:
1)由于地铁埋深的技术需要[4],钻孔深度全部可以通过第四系地层,并最少进入基岩3.0~10.0m,勘察剖面能够完整反映武汉第四系南北向地层分布规律,为武汉市岩土工程勘察 研究 提供了完整的贯穿长江南北的工程地质剖面图资料。
2)地质调查与测绘工作要求对沿线基岩出露情况、地质构造特征、地质年代、分布范围、岩溶发育、地下古河道、古建筑遗址、基岩岩性与新构造运动的关系等进行深层次区域范围的研究[5],是武汉市地质地理研究的进步和 发展 。
3)武汉地铁二号线岩土工程勘察要在长江江面上进行钻探和测试,需要水道和航运部门的配合,水上钻探施工难度大,钻孔定位采用当今先进的GPS测量定位方法,钻探施工时间不允许在汛期进行,长江两岸500m防洪大堤范围内,对钻孔封孔有严格的 法律 规定,必须符合恢复性回填封孔要求[6],钻探程序复杂,造价较高。
4)静力触探试验是武汉地区岩土工程勘察最常用的试验手段,但静力触探试验只适用于一级阶地和二级阶地,长江两岸堤防范围内不宜使用[6],三级阶地区和剥蚀丘陵地貌不适用静力触探试验,因此不同的地貌单元,试验方法和手段也不相同[7]。
5)根据沿线地下水水位埋深、地下水类型,采用水文地质抽水试验和注水试验方法进行分层抽水试验,确定第四系各岩土地层的渗透系数、地下水涌水量、地下水的补给与排泄关系等,为地铁车站深大基坑降水施工和基坑支护技术提供最直接、最可靠的依据。
6)本次地铁勘察经过市区最繁华路段,地面交通流量大,地下管线分布复杂,勘察工作涉及政府多个管理部门,需要沿线单位和个人对现场钻探用地的支持和理解,施工工期长,协调难度大。
3.3勘察工作安排
1)工程勘察工作基本按照地貌单元分段,便于标段勘察单位合理安排钻探工艺、取土数量、室内土工试验和现场试验,便于勘察资料的 分析 和研究。
2)制定严密的勘察施工计划,提前做好江面钻探占用航道的审批手续,按照规定的时间进行水上钻探施工,使陆地钻探和水上钻探工作协调一致,确保勘察工期。
3)武汉地铁勘察引入地铁勘察监理制度,确保勘察质量,勘察工期和勘察投资能够得到有效地控制,特别是加强了勘察单位、设计单位、业主等各方面在勘察工作进行中的联系和沟通,及时解决勘察过程中遇到的技术 问题 ,对参与本地铁线路勘察的各勘察单位进行组织管理和协调,交流勘察经验,既能保证勘察成果的一致性,又能发挥各勘察单位的技术研究能力和优势。
4 结 论
1)武汉市轨道交通二号线一期工程是武汉市 经济 快速发展的标志,地铁线路连接长江南北两岸汉口和武昌,地质条件十分复杂,依据地貌单元分区划分勘察标段,各标段勘察单位在钻探安排、取样和试验、数据统计、勘察资料分析和研究等方面都非常方便,通过监理单位的组织管理和协调,实现经验交流和信息沟通,使地铁线路的岩土工程勘察技术和研究得到突破和提高。
2)武汉地铁勘察对地基土层的钻探、试验测试要求十分严格,测试项目具有全面性和多样性,城市繁华路段给参与各方提出了严峻考验和经验积累为今后武汉市地铁线路的勘察奠定了基础,本次勘察获得的大量测试数据将极大地丰富地铁岩土工程勘察工作 内容 ,为进一步 总结 和规范武汉市岩土工程勘察工作提供可靠的第一手资料,对长江南北向工程地质研究有着重要的意义。
3)地铁采用盾构法施工贯通长江两岸,是人类利用 现代 科学 技术征服长江“天堑”的又一个重要实践,江面水上钻探和测试工作,长江沿岸对部分现场试验的限制以及回填封孔严格规定,对城市地铁勘察工作提出了更高的要求和考验。因此,陆地勘察、水上勘察结合地貌单元的划分和引入勘察监理的管理协调,形成了本工程的岩土工程勘察特点。
参考文献
[1]陆 军,刘 波,陶龙光.暗挖地铁车站引起地表沉降拟合分析与Peck法比较研究[J].岩土工程技术,2005,19(1):1-4·
[2]姬永红.隧道施工引起横向地层沉降的随机预测[J].岩土工程技术,2004,18(1):16-18;34·
[3]GB50307—1999 地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范[S].
[4]TB10021—2001 铁路工程地质勘察规范[S].
[5]GB50021—2001 岩土工程勘察规范[S].
[6]SL188—2005 堤防工程地质勘察规程[S].
[7]《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册(第三版)[M].北京: 中国 建筑 工业 出版社,1992·