何小軍，徐正宣，章丹貴

(中鐵二院地勘巖土公司，成都 610031)

近年來(lái)，在國(guó)家積極推行“走出去”的戰(zhàn)略背景下，中國(guó)鐵路企業(yè)努力拓展海外市場(chǎng)，成績(jī)斐然。筆者在這一“走出去”的大潮流中，做為一名地質(zhì)工程師，有幸參加了埃塞俄比亞鐵路Mieso-Diredawa段的建設(shè)，從事地質(zhì)勘察工作。筆者通過(guò)在該項(xiàng)目一年多的學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程，并結(jié)合在其他非洲國(guó)家的工作經(jīng)歷，談?wù)勗诤Ｍ忾_展地質(zhì)勘察工作的體會(huì)。

1 工程概況

埃塞俄比亞鐵路Mieso-Diredawa段為施工設(shè)計(jì)總承包項(xiàng)目，由埃塞俄比亞鐵路公司貸款融資建設(shè)，中國(guó)土木工程集團(tuán)公司承建。本線屬于埃塞俄比亞至吉布提鐵路線(Addis Ababa-Djibouti)的一部分，本線路總長(zhǎng)度134 km，列車設(shè)計(jì)時(shí)速120 km。

(1)自然地理概況

全線屬低丘、平原地貌，地形較為平坦，地勢(shì)開闊。該線所屬區(qū)域?yàn)闊釒Р菰瓪夂颍?月至9月為雨季，10月至次年5月為旱季。Mieso月平均溫度為5.73℃～38.0℃，Diredawa月平均氣溫為13.3℃ ～39.8℃，5～8月一般為該地區(qū)最熱時(shí)期。兩地年平均降雨量550～900 mm。

(2)地質(zhì)概況

線路位于東非大裂谷中，是地殼活動(dòng)的活躍地帶，以斷層為主的地質(zhì)構(gòu)造異常發(fā)育，斷層以羽狀斷裂為主，總體走向NNE，主要延伸方向?yàn)楸睎|-南西向，線路走向與大多數(shù)斷層呈小角度相交，其對(duì)線路的工程影響較大。經(jīng)沿線調(diào)查測(cè)繪，斷層構(gòu)造土層覆蓋較厚，現(xiàn)場(chǎng)很難發(fā)現(xiàn)構(gòu)造痕跡。

沿線地層覆土主要以黑棉土、粉質(zhì)黏土、粉土為主，河流溝槽中分布砂土、卵石土，線路段內(nèi)無(wú)軟土。覆土厚度變化較大。黑棉土一般具有中等至強(qiáng)膨脹性。線路分布的粉質(zhì)黏土一般具有弱膨脹性。下伏基巖主要為第三系玄武巖、凝灰?guī)r，局部地段可見少量(火山)角礫巖分布。玄武巖差異風(fēng)化嚴(yán)重，風(fēng)化界線復(fù)雜多變，其全風(fēng)化層多具有弱膨脹性。

2 海外開展地質(zhì)工作的前期準(zhǔn)備

(1)人員配置

應(yīng)配置專業(yè)素養(yǎng)強(qiáng)，有國(guó)外勘察經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)工程師。海外工作通常與國(guó)內(nèi)的交通聯(lián)系不便利，并且國(guó)內(nèi)外適用勘察規(guī)范不同，因此，地質(zhì)勘察人員應(yīng)具備相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)控制能力，以及協(xié)調(diào)管理能力。專業(yè)人員需具備一定的英語(yǔ)基礎(chǔ)。設(shè)備操作手應(yīng)主要從國(guó)內(nèi)調(diào)配，可雇傭當(dāng)?shù)貑T工作為助手。人員數(shù)量配備可根據(jù)工期需要配備，相比于國(guó)內(nèi)，考慮到非洲國(guó)家交通運(yùn)輸及勞工素質(zhì)等因素，在一定的工期之內(nèi)，盡量多考慮人員安排。

(2)設(shè)備調(diào)配

海外如非洲國(guó)家勘察能力欠缺，勘察設(shè)備一般需從國(guó)內(nèi)調(diào)運(yùn)，但調(diào)配周期長(zhǎng)，報(bào)關(guān)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，運(yùn)輸費(fèi)用高，損耗等維修配件不足?？紤]設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量與當(dāng)?shù)赜锌辈煸O(shè)備的公司聯(lián)系，有條件的，可采用當(dāng)?shù)卦O(shè)備。

(3)規(guī)范適用性

開展工作之前，簽訂勘察合同時(shí)，應(yīng)明確項(xiàng)目采用的勘察規(guī)范。非洲國(guó)家一般都采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)明確采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)多與咨詢公司協(xié)調(diào)溝通，使其能夠理解并支持采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，以利于后期工作的開展。

(4)當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)資料

非洲國(guó)家普遍缺乏基礎(chǔ)資料的收集和整理，地質(zhì)區(qū)域資料一般都由國(guó)外公司協(xié)助完成，但比例尺都很小，資料年代較早，用于實(shí)際工作中有一定困難。而地震資料更是少之又少，業(yè)主通常也無(wú)能力實(shí)施地震安全評(píng)價(jià)工作。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)中需要的地震參數(shù)應(yīng)提前考慮，并在勘察合同中列明，以免對(duì)后續(xù)工作造成麻煩。氣象資料數(shù)據(jù)一般都比較簡(jiǎn)單，收集的資料也僅限于較大城市范圍，對(duì)于線路途徑區(qū)域，大部分都沒(méi)有較為詳盡的氣象資料。因此，對(duì)于氣象水文資料，應(yīng)通過(guò)多方面的方法手段搜集綜合，為設(shè)計(jì)工作提供支持。

3 實(shí)際勘察工作中的問(wèn)題及處置方法

(1)勘探方法

埃塞俄比亞鐵路Mieso-DireDawa段屬于施工設(shè)計(jì)總承包項(xiàng)目，地質(zhì)勘察工作除應(yīng)滿足勘察規(guī)范外，同時(shí)也應(yīng)認(rèn)真研究勘探方法，提高勘探資料利用率，減少無(wú)效勘探量，盡量節(jié)約成本。在開始勘察現(xiàn)場(chǎng)工作之前，按照勘察規(guī)范要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬定本段線路的勘察大綱并通過(guò)審查。

①地質(zhì)調(diào)繪是地質(zhì)勘察工作中的一個(gè)重要組成部分。在地質(zhì)勘察的各個(gè)階段，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行不同精度的地質(zhì)調(diào)繪。埃塞俄比亞地質(zhì)資料較為缺乏，可直接利用的區(qū)域地質(zhì)資料很少，進(jìn)行地質(zhì)調(diào)繪工作可以對(duì)鐵路工程沿線地質(zhì)情況有較為直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)鐵路工程的選線、線路方案比較以及鉆探、挖探孔等勘探點(diǎn)的布置，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用，可大大減少無(wú)效勘探量。

②鉆探是勘探工作的主要手段。在本線路的勘察中，考慮了鉆探與其他勘探方法相結(jié)合的綜合勘察手段。按照本段線路的勘察大綱要求，在地質(zhì)調(diào)繪工作的基礎(chǔ)上，并結(jié)合工程設(shè)置和地質(zhì)情況布置鉆孔，布置原則如下所述。

路基約1 km布置1孔。

橋梁:1～2跨先布置1個(gè)鉆孔，若覆土或W4薄、基巖裸露、無(wú)軟弱夾層、差異風(fēng)化不嚴(yán)重，則不再增加鉆孔，否則增加1孔;3～4跨一般布置2～3個(gè)鉆孔，若覆土或W4薄、基巖裸露、無(wú)軟弱夾層、差異風(fēng)化不嚴(yán)重，則不再增加鉆孔，否則在地質(zhì)變化大的地段增加鉆孔;5～6跨原則上跳墩鉆探，有軟弱夾層、差異風(fēng)化嚴(yán)重、地層界線變化大應(yīng)增加鉆孔;確定做端承樁基礎(chǔ)的橋梁，在地質(zhì)條件復(fù)雜、有軟弱夾層、差異風(fēng)化嚴(yán)重、地層界線變化大等地質(zhì)變化大的地段，逐墩臺(tái)鉆探，否則地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、均勻、地層界線穩(wěn)定，跳墩鉆探。

根據(jù)該布置原則進(jìn)行鉆探，同時(shí)預(yù)留部分施工階段勘探量，對(duì)個(gè)別施工開挖后發(fā)現(xiàn)差異風(fēng)化的地段進(jìn)行補(bǔ)鉆，滿足了本線勘察設(shè)計(jì)精度需要。

③挖探可做為勘探工作的輔助手段。主要應(yīng)用于土層覆蓋較薄地段，可揭示土石分界線。當(dāng)?shù)厝斯べM(fèi)用較低，在全線應(yīng)用該種勘探手段，可滿足勘察精度要求，同時(shí)也節(jié)約了勘探成本。本線路基段勘探工作，按照100 m布置一處挖探，并結(jié)合1 km一處鉆探的布置原則，取得了良好的效果。

④物探:在該鐵路線路前段Sebeta-Mieso段曾應(yīng)用工程物探，結(jié)合驗(yàn)證性的控制鉆探，有效地查清了巖土層結(jié)構(gòu)，取得了較好的效果。參照前段經(jīng)驗(yàn)，本線在工作前期也采用了工程物探，主要應(yīng)用的是對(duì)稱四極電法和地震折射法，等視電阻率斷面如圖1所示。對(duì)物探工點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證性鉆探，結(jié)果對(duì)比如圖2所示。由圖1可以看出，采集到的等視電阻率值普遍都偏低，數(shù)值分布為3～40Ω·m，土石分界電阻率值相差很小，解譯時(shí)難以辨別土石分界線及軟弱夾層破碎帶。由圖2可以看出，ZD-Ⅲ -64-1號(hào)鉆孔1 062.59～1 069.39 m為凝灰?guī)r弱風(fēng)化(W2)，物探解譯結(jié)果顯示該處為風(fēng)化、破碎體，兩者不相符。分析原因?yàn)楫?dāng)?shù)貧夂蚋稍?，接地效果不好，在采取加鹽水改善接地條件后，鹽水下滲較快，改善效果不明顯。綜合看來(lái)，本線應(yīng)用工程物探效果不好，應(yīng)進(jìn)一步探索可靠的物探方法。本線將進(jìn)一步探索可靠的物探方法。

圖1 視電阻率斷面

(2)膨脹土問(wèn)題

本線大面積分布膨脹土，主要成因有兩類，一類為玄武巖類火成巖風(fēng)化后，經(jīng)地表水長(zhǎng)期淋濾殘積而成，呈灰黑色，當(dāng)?shù)厮追Q黑棉土，多出露于山(丘)間盆地或盆地邊緣，地形平緩，一般厚度0～6 m，局部大于8 m，裂隙發(fā)育，常有光滑面，在自然狀態(tài)下呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，代表性黑棉土如圖3所示;另一類呈黃褐色，為火成巖全風(fēng)化層，分布在地表以下，呈土狀，原巖結(jié)構(gòu)尚可清晰辨認(rèn)，全線范圍內(nèi)均有分布。取代表性黑棉土樣品帶回國(guó)內(nèi)做膨脹土詳判試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示，綜合判定該土具有強(qiáng)膨脹性。

圖2 鉆探與物探對(duì)比

表1 黑棉土詳判結(jié)果

根據(jù)勘察階段試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，黑棉土具有天然密度、干密度小，天然孔隙比、液限、塑性指數(shù)大，自由膨脹率、蒙脫石含量、陽(yáng)離子交換量高，含有機(jī)質(zhì)(灼燒失量)，中壓縮性，多具強(qiáng)膨脹性的特點(diǎn)。

黑棉土為非洲所特有的一種土質(zhì)類別，路基設(shè)計(jì)時(shí)國(guó)內(nèi)并無(wú)這類土的相關(guān)資料可供參考。按照中國(guó)路基設(shè)計(jì)規(guī)范要求，“基床表層應(yīng)全部換填符合相應(yīng)鐵路等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求的材料?；驳讓討?yīng)采取換填或土質(zhì)改良措施。對(duì)弱、中膨脹土(巖)處理厚度，時(shí)速200 km鐵路不應(yīng)小于1.0 m，其他Ⅰ、Ⅱ級(jí)鐵路不應(yīng)小于0.5 m;強(qiáng)膨脹土(巖)處理厚度應(yīng)大于氣候劇烈影響層，且不宜小于基床底層深度?！?/p>

要確定強(qiáng)膨脹土的處理深度，應(yīng)首先得出大氣影響急劇層深度，但由于埃塞俄比亞基礎(chǔ)資料的缺乏，該深度無(wú)法通過(guò)查規(guī)范等方式得出。在充分理解了膨脹土大氣影響深度及大氣影響急劇層深度的概念之后，利用鐵路勘察資料，對(duì)土體含水量隨深度變化情況進(jìn)行分析;利用附近高速公路勘察資料，計(jì)算土的濕度系數(shù)，以估算大氣影響深度及大氣影響急劇層深度，最終得出了本地區(qū)的大氣影響深度為3.5 m，大氣影響急劇層深度為1.6 m(大氣影響深度乘以0.45)。

根據(jù)上述分析，確定了本線膨脹土路塹基床處理設(shè)計(jì)原則:膨脹土路塹基床采用挖除換填處理，基床表層換填A(yù)、B組填料厚0.6 m，基床底層按弱、中、強(qiáng)膨脹土分別換填0.3、0.5、1.0 m。

(3)玄武巖地層強(qiáng)度問(wèn)題、差異風(fēng)化問(wèn)題

全線火成巖廣泛分布，呈氣孔狀、塊狀構(gòu)造，細(xì)?！[晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于火山活動(dòng)的多期次間歇性噴發(fā)，火成巖與黏土、火山角礫及火山灰交替產(chǎn)出現(xiàn)象明顯，形成軟弱夾層，在地質(zhì)測(cè)繪及鉆探過(guò)程中均能發(fā)現(xiàn)。如圖4所示。

圖4 武巖地層差異風(fēng)化嚴(yán)重

針對(duì)差異風(fēng)化及軟弱夾層問(wèn)題，對(duì)橋梁工程原計(jì)劃大量采用物探與鉆探相結(jié)合的方式，查明橋址范圍內(nèi)差異風(fēng)化情況，但因物探效果不好，只能采用多布置鉆探的方式，對(duì)橋梁工程加強(qiáng)勘探;路基工程由于線路長(zhǎng)，差異風(fēng)化分布無(wú)規(guī)律性，應(yīng)在施工階段加強(qiáng)地質(zhì)驗(yàn)基工作，實(shí)施超前驗(yàn)基(即路塹開挖1～2 m深后進(jìn)行一次驗(yàn)基，查看地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)資料是否相符)，對(duì)與設(shè)計(jì)資料不符的，及時(shí)變更。

全線分布的玄武巖及凝灰?guī)r地層強(qiáng)度普遍偏低，根據(jù)勘察階段試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料，玄武巖飽和抗壓強(qiáng)度14.95～37.95 MPa，標(biāo)準(zhǔn)值21.17 MPa，屬于軟巖范疇，與國(guó)內(nèi)一般認(rèn)識(shí)的玄武巖有較大差異。

4 綜合體會(huì)及對(duì)開展海外地質(zhì)工作的建議

(1)在非洲國(guó)家進(jìn)行鐵路工程地質(zhì)勘察，不僅對(duì)工程師的專業(yè)技術(shù)水平有較高的要求，同時(shí)對(duì)工程師的管理、協(xié)調(diào)、風(fēng)險(xiǎn)控制等綜合素質(zhì)也有很高的要求。

(2)在國(guó)外開展地質(zhì)工作，應(yīng)高度重視中國(guó)規(guī)范在當(dāng)?shù)氐倪m用性，并加強(qiáng)與國(guó)外監(jiān)理、咨詢的溝通，才能使得工作能夠順利的開展。

(3)現(xiàn)場(chǎng)勘察，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取綜合勘察手段，合理布置勘探點(diǎn)，減少無(wú)效勘探量，滿足勘察精度需要的同時(shí)，又能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)本線應(yīng)用對(duì)稱四極電法和地震折射法做工程物探，效果不明顯，但應(yīng)重視工程物探在地質(zhì)勘察中的作用，積極探索適用于當(dāng)?shù)氐奈锾椒椒ā?/p>

(5)重視當(dāng)?shù)靥厥忸悗r土與國(guó)內(nèi)土類的差別，充分研究當(dāng)?shù)靥厥忸悗r土，探索其在工程中的不同處理方法，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2007.

［2］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10038—2012 鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2013.

［3］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50112—2013 膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

［4］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［5］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［6］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10102—2010 鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［7］ 徐正宣.埃塞俄比亞鐵路工程地質(zhì)勘察探討［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(5):26-29.

［8］ 張昆.埃塞俄比亞新建鐵路主要工程地質(zhì)問(wèn)題及對(duì)策［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2011(10):38-41.

［9］ 何小軍.埃塞俄比亞鐵路工程Mieso至Diredawa段工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.成都:中鐵二院集團(tuán)有限責(zé)任公司，2012.

［10］趙平，唐林，等.埃塞俄比亞鐵路強(qiáng)膨脹土(黑棉土)地段路基基床換填深度地質(zhì)分析報(bào)告［R］.成都:中鐵二院集團(tuán)有限責(zé)任公司，2013.