深隧工程巖土工程勘察方法范文

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摘要：大東湖核心區污水傳輸系統工程為武漢市第一個深隧污水傳輸項目，主要采用盾構法施工。以大東湖核心區污水傳輸系統工程為例，探討武漢巖溶地區深隧工程勘察方法。通過資料收集及工程地質測繪和調查工作，初步了解區域地質、水文地質條件。結合項目特點，采用工程鉆探結合原位測試手段開展勘察工作，查明場地地層分布情況及水文地質條件。為保證施工安全，在巖溶分布地段，通過巖溶專項勘察工作進一步查明場地巖溶分布情況。勘察方法采用工程地質鉆探輔以電磁波CT、孔內彩色電視、水文地質試驗、水文觀測、室內巖土水試驗等綜合巖土工程勘察手段，為設計和施工提供指導和依據。

關鍵詞：巖溶；深隧；巖土工程勘察

1前言

伴隨著中部崛起，武漢市的發展日新月異，城市用地日趨緊張。武漢市從北至南分布有7條灰巖條帶，很多項目必然會經過灰巖條帶。本文以大東湖核心區污水傳輸系統工程為例，探討武漢市巖溶地區深隧工程巖土工程勘察方法。

2工程概況

為建設“生態文明、美麗中國”的宏偉目標，提升城市發展品質，緩和城市污水處理廠用地布局與城市發展格局之間的矛盾，優化城市污水設施布局，武漢市投資興建了大東湖核心區污水傳輸系統工程（圖1）。該工程包括污水深隧系統和地表完善系統兩部分，污水深隧系統工程包括：二郎廟預處理站至北湖污水處理廠總共約17．6km主隧工程，直徑3000～3400mm；落步咀預處理站至三環線支隧工程，直徑1500mm，長度1．7km，以及沿線15座施工豎井；隧道埋深30～50m，隧道外徑為4．3m。本工程為武漢市第一個深隧污水傳輸項目。全線隧道施工工法包括盾構法、頂管法、礦山法，施工豎井采用明挖法，圍護結構形式包括地下連續墻和鉆孔灌注樁兩種。本文探討重點為污水深隧系統。

3主要巖土工程勘察方法

深隧污水傳輸項目不同于一般的污水管道工程，不能按一般污水管道項目來選擇勘察方法。因深隧污水傳輸項目埋深較深，施工方法主要采用盾構法，因此可借鑒地鐵項目勘察方法。

3．1資料搜集及工程地質測繪和調查

為選擇合適的勘察手段，可通過資料收集和現場工程地質測繪和調查工作，了解區域地質、水文地質條件。對線路區開展的地質測繪工作精度一般采用1∶2000比例尺。調查范圍按線路方案中線向兩側擴展寬度不少于50m。（1）研究地貌的基本特征，劃分地貌基本成因類型和成因形態類型，分析其與基底巖性和新構造運動的關系。（2）調查可液化土層及新、老堆積土、特殊性巖土工程地質特征。（3）調查隧道通過地段的含水層、隔水層分布規律，巖層厚度、巖性、結構、構造特征。（4）根據地震動參數區劃資料，調查歷史地震活動情況，劃分對工程建設抗震有利、不利或危險的地段。（5）調查古河道分布、演變規律以及巖溶發育特征及對本工程的影響。本工程通過資料收集和工程地質調查與測繪，了解擬建大東湖核心區污水傳輸系統工程場地地勢略有起伏，地貌單元為剝蝕堆積崗狀平原區，沿線零星分布有一些水塘、水溝、湖泊。擬建工程位于漢口—新界復式背斜的次級白滸山向斜北翼（圖2），向斜軸向為北西西—近東西，核部為二疊系孤峰組，兩翼為泥盆－石炭系，產狀均向北傾斜、傾角50°～70°。北翼受嚴西湖壓扭性斷層影響，石炭系灰巖逆沖于泥盆系云臺觀組砂巖之上。經調查，這些構造均為古老地質構造，無第四紀全新世活動跡象，對本工程建設沒有影響。下伏基巖非常復雜，有泥巖、砂巖、灰巖、石英砂巖等，埋深6～50m不等。

3．2工程鉆探及取樣

常規勘察手段有工程鉆探及取樣、坑探、槽探、靜力觸探試驗、標準貫入試驗、重型貫入試驗、鉆孔波速測試、室內巖土試驗等，用以查明工程地質條件、水文地質條件。針對本項目，由于隧道埋深較深、上部地層強度較高、下伏基巖埋深不等，因此主要采用工程鉆探及取樣的勘察手段，原位測試作為輔助勘察手段。（1）勘探孔布置原則本著經濟合理的原則，建議按初勘、詳勘一次性布孔，做到詳勘勘探點盡量利用初勘勘探點資料，以減少勘察工作量和縮短施工工期。勘探孔布置及孔深控制宜參考地鐵項目勘察方案。①對于隧道工程，勘探孔間距為30～50m，勘探點布置在隧道邊線外3～5m，勘探點交錯布置；對于施工豎井，勘探孔在豎井角點和中心點布置，并沿豎井外輪廓外擴1～2倍基坑深度布置基坑邊線孔；對于施工豎井與隧道連接處，布置控制性鉆孔以方便確定端頭所處地層及加固方法。②對于隧道工程，在松散型地層，一般性勘探孔進入隧道底板以下不少于1．5倍隧道高度，控制性勘探孔進入隧道底板以下不少于2．5倍隧道高度，在微風化和中風化巖石中勘探孔深度進入隧道底板以下1倍隧道高度且不小于5m；對豎井工程，控制性勘探孔深度進入豎井基坑底以下不小于一倍基坑深度，一般性勘探孔深度進入基坑底以下不應小于5m或者進入底板以下中風化或微風化巖層不小于3m；當預定深度范圍內有軟弱土層、巖溶、暗河等不良地質時，勘探孔適當加深。（2）主要勘察成果①本工程通過初詳勘工作，查明場地覆蓋層主要為第四系上更新統沖洪積（Qal＋pl3）層，場地下伏基巖為二疊系中統棲霞組（P2q）灰巖、石炭系上統黃龍組（C2h）灰巖及石炭系下統大埔組、和州組（C1d＋h）白云質灰巖等可溶巖，此外還分布有石炭系和州組、高驪山組（C1h）石英砂巖、粉砂質泥巖等非可溶巖。其中二疊系及石炭系可溶性灰巖，溶蝕現象較為發育，局部地段溶洞、溶槽發育，是影響隧道工程施工與運營安全的主要工程地質問題。②場地地下水按賦存條件，可分為上層滯水、碎屑巖裂隙水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水三種類型。

3．3巖溶專項勘察

對于可溶巖分布地段，為指導設計及保證隧道施工安全，進行了巖溶專項勘察，以進一步詳細查明巖溶分布情況。巖溶專項勘察若僅采用工程鉆探，難以查清巖溶的空間分布，且費時、費力、費錢。本著經濟合理的原則，可采用工程鉆探結合地球物理探測、水文地質試驗、地下水位觀測、室內巖土水試驗等綜合勘察手段。（1）工程鉆探專項勘察布置的鉆孔主要用于揭示地質結構、紅黏土及溶洞發育及其充填物情況，配合物探測試工作（如進行鉆孔間電磁波CT掃描等），并驗證鉆孔間電磁波CT推測巖溶異常點異常區，以及進行地下水水位觀測。鉆孔布置原則如下：①根據區間隧道方案在隧道兩側交叉布置勘探孔，鉆孔間距15～25m左右。②區間勘察的鉆孔一般布置在盾構結構外邊緣外側0．5～1倍洞徑的位置。③區間隧道可溶巖段鉆孔深度一般進入隧道底板以下中風化完整基巖不小于10m，對于孔間電磁波CT測試鉆孔孔深同時滿足CT測試要求。④所有鉆孔均與相鄰鉆孔組成垮孔電磁波CT剖面。⑤對于電磁波CT測試推測溶洞，采用工程鉆探進行一定數量的驗證工作。⑥當電磁波CT測試推測溶洞大小大于0．5～1倍洞徑，進行探邊工作，查明溶洞邊界。本工程通過工程鉆探揭露查明可溶巖中巖溶形態以溶隙型溶洞為主（表1），多較短小，局部為溶蝕型溶洞，洞徑較大且不規則；另溶洞整體規模由大到小依次為：二疊系中統棲霞組（P2q）灰巖—石炭系上統黃龍組（C2h）灰巖—石炭系下統大埔組、和州組（C1d＋h）白云質灰巖。（2）地球物理探測灰巖一般強度較高，堅硬完整，對電磁波吸收低；當巖體受裂隙、斷層、破碎帶、軟弱夾層、巖溶等破壞時，對電磁波吸收高。綜合武漢市軌道交通已通車或在建線路巖溶探測經驗，電磁波CT對巖溶、破碎帶等高吸收不良地質體具有分辨率強、精度高、空間位置準確等特點。為了解巖溶裂隙發育形態，可采用孔內彩色電視對鉆孔進行攝像。本工程結合鉆探、物探CT探測結果分析（表2），場地內溶洞及物探CT推測巖溶異常點鉛垂高度多大于0．5倍的隧道洞徑；其中，鉛垂高度大于0．5倍的隧道洞徑占總數的50％以上。經工程鉆探驗證，電磁波CT推測巖溶異常點準確率較高。（3）水文地質試驗為了解各巖組的滲透性與富水性，布置了適量抽水試驗。本工程通過水文地質試驗，查明二疊系棲霞組（P2q）灰巖靠近向斜核部，核部應力作用較翼部強烈，且線路所經過的二疊系棲霞組灰巖更靠近嚴西湖壓扭性斷裂，巖石成分純，厚度大，多為生物碎屑微晶碳酸鹽巖和粒屑灰巖，故該巖層裂隙及溶蝕現象更為發育，地下水的徑流條件較好，其透水性中等；石炭系黃龍組（C2h）灰巖因處于向斜的翼部，巖石純度也低于二疊系棲霞組灰巖，溶蝕現象弱于前者，但巖溶依然較發育，其透水性中等～弱。（4）地下水位觀測通過地下水位長期觀測，了解地下水位動態變化規律及水力聯系。本工程通過地表水與地下水觀測（圖3），總結出地表水與巖溶裂隙水具有以下特征：①巖溶裂隙水水位與嚴西湖湖水無明顯水力聯系。②各地層年代中的巖溶裂隙水無明顯水力聯系。③K13＋920段石炭系下統大埔組（C1d）巖溶裂隙水由于兩側被相對隔水層阻隔，其水位埋深大、地下水貧乏，與長江水及其他水文單元無直接水力聯系。

4結論

（1）對于深隧工程，首先通過資料收集及工程地質測繪和調查工作，初步了解區域地質、水文地質條件，為采用合理的勘察方案奠定基礎。（2）通過前期收集資料和現場調繪資料，結合項目特點，選擇合適的勘察手段，查明場地地層分布情況及水文地質條件。本工程采用了工程鉆探結合原位測試手段開展勘察工作。（3）為保證施工安全，在巖溶分布地段，通過巖溶專項勘察工作可進一步查明了場地巖溶分布情況。勘察方法采用工程地質鉆探輔以電磁波CT、孔內彩色電視、水文地質試驗、水文觀測、室內巖土水試驗等綜合巖土工程勘察手段，為設計和施工提供指導和依據。（4）大東湖污水傳輸系統工程即將竣工，施工過程順利，證明本項目所采用的的勘察手段合理可行。

參考文獻

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［4］羅小杰．武漢地區表層巖溶帶發育特征［J］．中國巖溶，2018（5）．

［5］侯國倫．武漢巖溶地區工程地質勘察與評價實例［J］．資源環境與工程，2010（4）.

作者：龍治國 彭華中 胡帥 單位：武漢市勘察設計有限公司