徐正宣，蔣良文

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

成都至都江堰鐵路(簡稱成灌鐵路)是中國首條時速200 km城際無砟軌道鐵路，起于成都主城區(qū)，西至都江堰。該項目于2008年“5.12”汶川地震后開展前期研究設(shè)計工作，2008年11月開工建設(shè)，2010年5月建成運營。該項目是地震災(zāi)后規(guī)劃重建的重大項目之一，也是我國在高烈度地震區(qū)建成的第一條市域高速鐵路，對加快災(zāi)后重建、促進(jìn)災(zāi)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要作用;同時對合理開發(fā)旅游資源、加快沿線城鎮(zhèn)化進(jìn)程，帶動沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推進(jìn)全域成都的實現(xiàn)和全國統(tǒng)籌城鄉(xiāng)綜合配套改革實驗區(qū)的建設(shè)具有重要意義。

線路位于成都沖洪積平原西部邊緣，經(jīng)過府河、徐堰河、走馬河、江安河、沙溝河、沙河等河流，穿越蒲江—新津—廣漢、大邑—彭縣—什邡、龍門山山前等區(qū)域性隱伏斷裂帶;沿線地勢東南低西北高，地勢整體上平坦開闊，地形起伏小，呈階梯狀上升，地貌類型單一。整個平原主要展現(xiàn)了山前沖洪積扇，河流階地、漫灘，冰水-流水堆積扇狀平原，周邊一、二、三級堆積侵蝕臺地的地貌形態(tài)。

1 工程概況

成灌鐵路正線線路長65.465 km，橋梁占線路全長的67.8%，全線設(shè)有成都、安靖、紅光、郫縣東、郫縣、郫縣西、安德、聚源、都江堰、青城山、迎賓路、李冰廣場、漓堆公園15個車站。鐵路等級為客運專線，雙線，首創(chuàng)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CRTSⅢ型無砟軌道、時速200 km無砟軌道橋梁、地鐵與城鐵同臺換乘等新技術(shù)。犀浦站為該線與成都市地鐵2號線的換乘站，設(shè)計采用“同臺換乘”的換乘方式。車站按全高架設(shè)計，規(guī)模為2臺4線，設(shè)450 m×15 m×1.25 m島式站臺2座，可實現(xiàn)兩者間的換乘客流“門對門”的直接換乘，首次在國內(nèi)實現(xiàn)了城際客運專線(國鐵)與城市軌道交通共站同臺換乘。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

2.1 地層巖性

成都平原是中生代以來，繼承性的沉降盆地。第四系地層厚度變化，主要受斷陷內(nèi)邛崍—大邑—彭縣斷裂和新津—蒲江斷裂及其隱伏延伸斷裂的控制，兩構(gòu)造線間為平原主體部份，第四系厚度一般30～300 m，最厚處，主要在彭縣—竹瓦深陷范圍，第四系厚度為350～540 m。其下伏地層為中生界白堊系泥巖、礫巖(表1)。

表1 沿線主要巖土層概況

2.2 地質(zhì)構(gòu)造(圖1)

圖1 成都平原及周邊構(gòu)造綱要

成都平原在構(gòu)造位置上處于我國新華夏系第三沉降帶之川西褶帶的西南緣，界于龍門山隆褶帶山前江油—灌縣區(qū)域性斷裂和龍泉山褶皺帶之間，為一斷陷盆地。該斷陷盆地內(nèi)，西部的大邑—彭縣—什邡和東部的蒲江—新津—成都—廣漢兩條隱伏斷裂將斷陷盆地分為西部邊緣構(gòu)造帶、中央凹陷和東部邊緣構(gòu)造帶3部分。

龍門山隆褶帶，經(jīng)青川、都江堰至二郎山，長500余km，寬25～40 km。這是一個經(jīng)歷了多次強(qiáng)烈變動的、規(guī)模巨大的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜的東北向構(gòu)造帶。

龍泉山褶皺帶，展布于中江、龍泉驛、仁壽一帶，長200 km，寬15 km左右，為龍泉山背斜及一系列壓扭性逆(掩)斷層組成，呈NE走向，現(xiàn)今時期斷裂活動標(biāo)志少。

2.3 水文地質(zhì)特征

2.3.1 地下水的分布特征及滲透性

按地下水賦存條件，地下水分為兩種類型:第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。其中，第四系孔隙水，主要賦存于各個時期沉積的卵石土及砂層中，土體透水性強(qiáng)、滲透系數(shù)大，地下水豐富，是段內(nèi)地下水的主要存在形式?；鶐r裂隙水一般不發(fā)育。

(1)上部含水層

第四系松散堆積層孔隙潛水含水層。連續(xù)分布在岷江沖洪積扇平原上部，第四系全新統(tǒng)(Q4al+pl)和上更新統(tǒng)(Q3fgl-al)砂礫卵石層中，含水層厚10～20 m。滲透系數(shù)20～40 m/d，含水豐富，鉆孔單井出水量為1 000～3 000 m3/d。據(jù)現(xiàn)有資料，郫縣永興鉆孔出水量為1 939.34 m3/d(S=3.01 m)。地下水類型多為HCO3-Ca，礦化度0.3 ～0.5 g/L。

(2)下部含水層

第四系孔隙承壓含水層。賦存于第四系中更新統(tǒng)下段(Q21)和下更新(Q1)含泥砂礫卵石層之中。連續(xù)分布在第四系下部，受基底形態(tài)的控制，含水層由西向東逐漸減薄。一般厚10～100 m，最厚達(dá)157 m。鉆孔單井出水量700～1000 m3/d，滲透系數(shù)1～5 m/d。據(jù)調(diào)查，郫縣樂百氏礦泉施工鉆井出水量765.68 m3/d，降升8.83 m，滲透系數(shù)2.58 m/d，地下水水頭埋深1.70～2.03 m，高出其隔水頂板36.80～36.47 m。

(3)隔水層

第四系中更新統(tǒng)上段(Q22)為含砂泥質(zhì)礫卵石層，卵石多為強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)構(gòu)致密。位于上部含水層(Q3)與下部含水層(Q21+Q1)之間，分布穩(wěn)定，其厚度20～70 m，弱含水，滲透系數(shù)小于1 m/d。對下伏含水層起到較好的封閉作用。

掩埋于第四系松散堆積層之下的白堊系灌口組(K2g)，是一套紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、結(jié)構(gòu)致密，厚度＞240 m。為穩(wěn)定的隔水層。

2.3.2 地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

成都市充沛的降雨量(多年平均降雨量947 mm，年降雨日達(dá)140 d)，構(gòu)成了地下水的主要補(bǔ)給源。同時，臨近黑石河、金馬河、江安河、走馬河、油子河、徐堰河、游子河、沱江河地段，河水也成為地下水的主要補(bǔ)給源。此外，區(qū)內(nèi)地下水還接受NW方向的側(cè)向徑流補(bǔ)給。

線路處于岷江冰水流水堆積扇上，地表水自扇頂入滲地下，通過徑流至扇前、扇間與下游河道又轉(zhuǎn)化為地表水，這是平原內(nèi)地表、地下水間的一種大的轉(zhuǎn)化循環(huán)，這個大循環(huán)中，河道起主要排泄作用。本區(qū)內(nèi)的金馬河、走馬河、沱江河等為主要排泄通道。成都地區(qū)地下水總的流向為北西向南東。

2.3.3 地下水的動態(tài)特征

區(qū)內(nèi)地下水具有埋藏淺，季節(jié)性變化明顯，水位西北高東南低，沿河一帶高，河間階地中部低的特點。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，成都地區(qū)豐水期一般出現(xiàn)在7、8、9 月份，枯水期 12、1、2 月份，以 8 月份地下水位埋深最淺，其余月份為平水期。在天然狀態(tài)下，區(qū)內(nèi)枯水期地下水位埋深3～5 m;豐水期地下水埋深2～4 m。根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水位動態(tài)長期觀測資料，在天然狀態(tài)下，水位年變化幅度1～3 m的占觀測點總數(shù)的65%，小于1 m的占10%，大于3 m的占25%)，變幅正常。

2.4 不良地質(zhì)與特殊巖土

2.4.1 地震液化

據(jù)勘探資料，液化砂土，松散，飽和，分選性差，呈透鏡狀零星分布于沿線。厚度一般為1～3 m，局部稍厚達(dá)5 m，一般埋深小于20 m。全線地震動峰值加速度為≥0.10g，車站、路基、橋涵工程地基應(yīng)根據(jù)檢算對液化土層采取工程加固措施，確保基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

2.4.2 人工棄填土

主要為黏土，褐黃、灰黃等色，硬塑狀。人工棄土為既有線棄土，分布于既有鐵路兩側(cè)，厚0～4 m，分布范圍較小，一般對工程影響不大。沿線房屋建筑、道路表層均分布有人工填土，一般厚度0～5 m，若以填方通過，應(yīng)注意夯實、碾壓。

2.4.3 軟土、松軟土

沿線廣泛分布軟土及軟塑狀黏性土(松軟土)，共計18段，總長約 6.984 km，占全線路基總長的25.07%。

軟土及松軟土多分布在堰塘、水田淺層和表層，為第四系沖洪積及冰水、流水堆積流塑～軟塑狀淤泥質(zhì)黏土、軟黏性土等。據(jù)靜力觸探揭示，呈透鏡狀或軟硬互層狀(夾層狀)分布，單層厚0～3.3 m，總厚可達(dá)2～5 m。具有土質(zhì)不均、含水量及孔隙比較大、有機(jī)質(zhì)含量小、厚度變化大等特點。軟土、松軟土對路基工程影響較大，應(yīng)按工點檢算處理。

沿線軟土、松軟土受季節(jié)性影響較大，主要是因排水不暢形成的谷地相軟塑狀粉質(zhì)黏土，施工中應(yīng)根據(jù)不同季節(jié)采取不同工程措施。

2.4.4 膨脹土

僅分布于成都東運用整備所范圍內(nèi)。

為厚8～20 m的風(fēng)積黏性土。其母巖主要是具一定膨脹性的泥巖、泥質(zhì)砂巖，其中的蒙脫石等礦物組分因淋濾、搬運、富集于土體中，使黏性土也具有大小不一的、非均質(zhì)的膨脹性。

根據(jù)試驗資料統(tǒng)計結(jié)果，成都黏土自由膨脹率40% ～81%，液限為31% ～59.4%，蒙脫石含量M=10.48% ～36.52%，陽離子交換量CEC(N H4+)=15.8～44.3 mmol/100 kg;據(jù)附近既有成都樞紐土工試驗資料，棕黃、褐黃、灰黃等色成都黏土自由膨脹率為40%～72%，液限為 38% ～50.6%，蒙脫石含量 M=13.29% ～39.55%，陽離子交換量C EC(NH4+)=15.8～29.57 mmol/100 kg，屬弱～中等膨脹土，具遇水軟化、膨脹、強(qiáng)度降低、失水收縮、開裂、干硬等特征，對線路有一定影響。路塹邊坡應(yīng)放緩并應(yīng)封閉防護(hù)，加強(qiáng)排水;高路堤應(yīng)對基底進(jìn)行處理。

3 工程地質(zhì)勘察

3.1 執(zhí)行的勘察規(guī)范或勘察體系

勘察中執(zhí)行最嚴(yán)格的規(guī)范體系，對于地鐵與城鐵同站臺換乘的犀浦站執(zhí)行地下鐵道與輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范，對其他工程執(zhí)行現(xiàn)行鐵路工程勘察的所有標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

3.2 系統(tǒng)綜合分析，針對性選用綜合勘察方法

針對不同工程類型、工程特點，在廣泛收集、整理、研究沿線既有資料，初步掌握沿線工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)綜合分析，針對性選用了地質(zhì)測繪、物探(包括電測深、地震影像、地震反射)、鉆探、坑(槽)探、原位測試(超重型圓錐動力觸探試驗、重型圓錐動力觸探試驗、靜力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等)、現(xiàn)場大口徑水文地質(zhì)試驗、室內(nèi)試驗等相結(jié)合的綜合地質(zhì)勘察手段、先進(jìn)的勘探技術(shù)和工藝，并對各種勘探、測試、試驗成果進(jìn)行綜合地質(zhì)分析。全面查清了地層結(jié)構(gòu)、巖土體特征、不良地質(zhì)和特殊巖土的分布特征等工程地質(zhì)條件，查明了地下水補(bǔ)、徑、排條件，地表水與地下水的連通關(guān)系，巖土體的富水性和滲透性，以及地下水動態(tài)特征。提供了設(shè)計、施工所需的各種巖土參數(shù)和水文地質(zhì)參數(shù)，對施工和運營中可能發(fā)生的工程地質(zhì)問題進(jìn)行預(yù)測，并提出了合理、可行、經(jīng)濟(jì)的工程措施建議，此外還進(jìn)行了地震安全性評價、建設(shè)用地地質(zhì)災(zāi)害危險性評估等專項工作。

3.3 利用地震反射法進(jìn)行勘探

查明鉆探無法進(jìn)場及覆蓋層變化較大地段主要巖土層的界線、卵石土密實程度。

該線在勘察過程中采用綜合地質(zhì)勘察方法，沿線由于建筑物多，大面積地段鉆探無法進(jìn)場及覆蓋層變化較大路段，利用地震反射法進(jìn)行勘探，在地震反射工作中，采用正反向激發(fā)、6次覆蓋的規(guī)則觀測系統(tǒng)，偏移距為8 m;激發(fā)為地表錘擊，在每個激發(fā)點多次激發(fā)并垂直迭加;道間距1 m，檢波器主頻100 Hz;使用美國EGG公司制造的NZ24型地震儀采集數(shù)據(jù)，采樣率0.125 ms，記錄長度 220 ms，延遲時間 0 ms，濾波檔為全通。綜觀反射時間剖面(圖2)，從上至下從20～40 ms范圍內(nèi)存在兩組能量較強(qiáng)、連續(xù)性較好的反射波組，速度分析資料表明，迭加速度分別約為1 200 m/s和1 300 m/s。結(jié)合鉆探資料綜合分析，第一波組對應(yīng)為松散卵石土與中密卵石土的分界面，第二波組對應(yīng)為密實卵石土的頂界面。

圖2 地震勘探成果分析

通過地震反射法進(jìn)行勘探查明主要巖土層的界線、卵石土密實程度，再布置鉆探工作進(jìn)行驗證，取得了良好的效果。

3.4 采用新的鉆探技術(shù)和工藝

成灌鐵路沿線大面積分布有卵石土、漂石土等復(fù)雜地層，且厚度較大(一般＞20 m)卵石、漂石的主要成分為堅硬的花崗巖、石英砂巖、灰?guī)r和硅質(zhì)巖等，充填物常以砂、礫為主，尤其是在高水位、富含水、強(qiáng)透水的松散砂卵石層勘探，鉆進(jìn)困難、取芯率低、孔壁易垮塌，沖洗液消耗量大，容易發(fā)生埋鉆等事故。傳統(tǒng)的鉆探方法是采用一字或十字鉆頭，將卵石或漂石沖擊破碎成小塊，然后用閥管鉆或勺鉆提取，并采用泥漿護(hù)壁，在孔壁易垮塌的松散—稍密的地層中鉆進(jìn)時采用套管護(hù)壁;卵(漂)石層較薄時也常采用機(jī)械沖擊回轉(zhuǎn)、單管取芯、泥漿護(hù)壁、套管護(hù)壁的方法進(jìn)行鉆進(jìn)。傳統(tǒng)鉆探方法雖也能達(dá)到鉆探取芯的目的，但由于其沖擊鉆進(jìn)時破壞了原有地層結(jié)構(gòu)，取出的巖芯全呈碎石狀(圖3)，造成了卵(漂)石與其充填物分離，不能真實反映卵(漂)石層內(nèi)的充填物和夾層情況。

圖3 采用傳統(tǒng)鉆進(jìn)方法采取的卵石土巖芯

確保卵石土、漂石土等地層鉆探原狀性和采芯率，是保障工程地質(zhì)勘探質(zhì)量最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)和前提，同時也是地質(zhì)勘察精細(xì)度的要求。本次地質(zhì)勘探在充分研究地質(zhì)條件、勘探新技術(shù)、新工藝的基礎(chǔ)上，打破金鋼石鉆不適用于高強(qiáng)度、松散、破碎地層常規(guī)，在高水位、松散的卵漂石層采用:沖擊回轉(zhuǎn)、雙層單動金剛石鉆進(jìn)，PW植物膠+泥漿護(hù)壁的技術(shù)和工藝。采用該工藝后，單機(jī)日均進(jìn)尺可達(dá)到6～12 m，最高單機(jī)進(jìn)尺可達(dá)到16 m，巖芯采取率高達(dá)85% ～100%，卵(漂)石土的結(jié)構(gòu)和組成物質(zhì)保持了原樣(圖4)，對卵(漂)石土中0.20 m以上的砂夾層也真實地進(jìn)行了反映［11］。新的工藝極大提高了卵石土、漂石土地層的巖芯采取率，為分析判定卵石土、漂石土及充填物的物質(zhì)組成、工程特性提供了十分重要前提條件，高效、優(yōu)質(zhì)地保證了勘察質(zhì)量，對卵石土、漂石土鉆探中采取植物膠護(hù)壁、沖擊回轉(zhuǎn)、雙層單動鉆進(jìn)等方法起到示范和推廣應(yīng)用的作用。

圖4 采用新工藝采取的卵石土巖芯

3.5 采用全孔連續(xù)超重型動力觸探，測定卵石土力學(xué)指標(biāo)

動力觸探是在工程地質(zhì)勘察中常用的原位測試方法之一，通過觸探試驗可以獲得卵石土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，可以判定卵石土的均勻性，同時還具有鉆探和測試的雙重功能。

成灌鐵路沿線高架橋和漓堆支線隧道主體結(jié)構(gòu)基本位于卵石土夾透鏡體砂層中，全線車站房屋建筑基礎(chǔ)持力層也位于卵石土中，因此，卵石土地層的力學(xué)參數(shù)對設(shè)計、施工十分重要?？辈祀A段在收集成都地區(qū)類似工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析對比，成都地區(qū)的卵石層更適合采用超重型動力觸探，因此，在本線勘察中采用全孔連續(xù)超重型動力觸探試驗的方法，結(jié)合旁壓試驗成果，評價卵石土地層的均勻性和密實程度，確定其地基承載力、壓縮變形指標(biāo)等，滿足了設(shè)計和施工的需要。

4 結(jié)語

(1)成灌鐵路為雙線客運專線，首創(chuàng)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CRTSⅢ型無砟軌道、時速200 km無砟軌道橋梁、地鐵與城鐵同臺換乘等新技術(shù)，對工程地質(zhì)勘察提出了更高的要求。

(2)系統(tǒng)綜合分析，針對性選用了地質(zhì)測繪、物探(包括電測深、地震影像、地震反射)、鉆探、坑(槽)探、原位測試(超重型圓錐動力觸探試驗、重型圓錐動力觸探試驗、靜力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等)、現(xiàn)場大口徑水文地質(zhì)試驗、室內(nèi)試驗等相結(jié)合的綜合地質(zhì)勘察手段、先進(jìn)的勘探技術(shù)和工藝，并對各種勘探、測試、試驗成果進(jìn)行綜合地質(zhì)分析，查清了成灌鐵路的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件。

(3)地震反射法能有效查明主要巖土層的界線、卵石土密實程度。

(4)在高水位、松散的卵(漂)石層采用沖擊回轉(zhuǎn)、雙層單動金剛石鉆進(jìn)，PW植物膠+泥漿護(hù)壁的技術(shù)和工藝，可極大提高了卵石土、漂石土地層的巖芯采取率，該新技術(shù)和新工藝值得推廣應(yīng)用。

(5)全孔連續(xù)超重型動力觸探可有效測定卵石土力學(xué)指標(biāo)，適合在卵石土較厚的成灌鐵路推廣使用。

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