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        吉林地區(qū)某客運(yùn)專線工程典型地質(zhì)變更問題分析與梳理

        2016-02-11 11:48:48王德文
        鐵道勘察 2016年2期
        關(guān)鍵詞:巖爆構(gòu)筑物基底

        馬 佳 王德文

        (中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

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        吉林地區(qū)某客運(yùn)專線工程典型地質(zhì)變更問題分析與梳理

        馬佳王德文

        (中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京100055)

        對(duì)吉林地區(qū)某鐵路客運(yùn)專線工程在施工過程中出現(xiàn)的典型地質(zhì)變更問題進(jìn)行分析與梳理,按照問題性質(zhì)分為概念認(rèn)識(shí)問題、勘察精度問題和現(xiàn)階段勘察技術(shù)手段難以解決的復(fù)雜問題。根據(jù)配合施工階段的地質(zhì)變更情況,提出地質(zhì)勘察工作改進(jìn)建議。

        客運(yùn)專線地質(zhì)變更梳理

        1 項(xiàng)目概況

        吉圖琿客運(yùn)專線位于吉林省中部至東部,是連接吉林省中心城市吉林市至邊境口岸城市琿春市的重要通道。該客運(yùn)專線設(shè)計(jì)時(shí)速250 km,地貌單元有松花江沖積平原、丘陵區(qū)、中低山區(qū),沿線從新生界第四系至元古界震旦系地層均有出露,前第四紀(jì)巖漿活動(dòng)十分頻繁,巖漿巖廣泛分布于山地地區(qū),地質(zhì)條件復(fù)雜。該項(xiàng)目施工階段出現(xiàn)了一些因地質(zhì)情況變化引起的變更。對(duì)吉林至蛟河段配合施工過程中的典型地質(zhì)變更問題進(jìn)行分析和梳理,按照三個(gè)方面進(jìn)行歸類。

        2 典型地質(zhì)變更問題

        2.1概念認(rèn)識(shí)問題

        (1)填土的地基處理

        該客運(yùn)專線接入吉林市內(nèi)時(shí),需對(duì)既有長圖線龍?zhí)渡杰囌具M(jìn)行改建。根據(jù)地勘資料,該車站地表表層為2~5 m厚填土,稍密—中密,站場(chǎng)改造時(shí)設(shè)計(jì)地基處理措施為對(duì)表層填土全部進(jìn)行挖除換填,回填土分層碾壓后要求承載力達(dá)到180 kPa以上。施工階段經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)核查發(fā)現(xiàn),雖然原地勘報(bào)告未提供填土層承載力,但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)輕型動(dòng)力觸探原位測(cè)試,地表填筑土承載力可達(dá)150~180 kPa,按照密實(shí)程度判斷,大部分可達(dá)到中密。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況,對(duì)原有地基處理工程量進(jìn)行優(yōu)化,減少了挖除換填的工程量。

        由于填土密實(shí)程度通常變化較大,地勘報(bào)告一般不提供填土層的承載力,只對(duì)密實(shí)程度進(jìn)行描述,而設(shè)計(jì)專業(yè)在填土地段的地基處理工程措施上一般都較為保守。在施工階段經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)核查認(rèn)為,中密以上或接近中密的填土層可通過原位測(cè)試確定承載力,若原有填土層能夠滿足設(shè)計(jì)要求,可減少地基處理的工程量。

        (2)巖層的強(qiáng)弱風(fēng)化線劃分

        在配合施工階段,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)路塹開挖情況、橋梁成樁情況,發(fā)現(xiàn)有少量巖層風(fēng)化線劃分與施工開挖情況相差較大,其表現(xiàn)主要有:一是路塹設(shè)計(jì)地質(zhì)斷面以軟石為主,但施工開挖時(shí)挖掘機(jī)難以松動(dòng),只能爆破開挖,開挖后進(jìn)行巖面觀察,挖方斷面中下部應(yīng)為弱風(fēng)化,分級(jí)應(yīng)判為次堅(jiān)石;二是橋梁成樁過程中,在流紋巖、花崗巖等硬質(zhì)巖中設(shè)計(jì)樁長較大,流紋巖和局部花崗巖地段巖質(zhì)極為堅(jiān)硬,成樁困難,進(jìn)度緩慢。

        結(jié)合勘察階段的巖芯照片比對(duì),分析發(fā)生此類情況的原因,多為地質(zhì)勘察巖芯鑒別時(shí)對(duì)硬質(zhì)巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度給的偏大。部分巖芯剖面新鮮,但由于裂隙較發(fā)育或鉆探機(jī)械等原因,巖芯呈短柱狀或碎塊狀,部分鉆孔此類巖芯全部劃分為“強(qiáng)風(fēng)化”,這是不夠準(zhǔn)確的。此類巖芯雖然節(jié)理較發(fā)育,但巖芯斷面上看不到風(fēng)化作用應(yīng)有的礦物變化,其巖塊力學(xué)性能并沒有大幅度下降,其基巖承載力等巖體力學(xué)參數(shù)應(yīng)按照規(guī)范中裂隙發(fā)育程度進(jìn)行折減,而劃為強(qiáng)風(fēng)化則是混淆了風(fēng)化的概念。此類問題對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)帶來的是偏保守的樁長而引起施工周期增長。對(duì)于路塹挖方工程,則存在工程建設(shè)期間開挖困難、施工單位要求增加土石方等級(jí)變更費(fèi)用等問題。

        (3)站后工程的地基處理

        客運(yùn)專線站后工程的建構(gòu)筑物較多、較雜且差異較大,既有重要的站房房屋、大型設(shè)備房屋,以及通信鐵塔、避雷針等高聳構(gòu)筑物,也有小型房屋、小型設(shè)備基礎(chǔ)等。部分場(chǎng)地由于地質(zhì)情況變化較大,雖然勘測(cè)階段已有一定密度的勘探點(diǎn),施工階段基底開挖地質(zhì)核驗(yàn)時(shí)仍發(fā)現(xiàn)局部有軟弱土層未被揭示。施工期間,出現(xiàn)較多的基底地質(zhì)異常情況為:部分次要建構(gòu)筑物基底開挖后,承載力不能滿足設(shè)計(jì)圖紙要求(站后房屋設(shè)計(jì)圖對(duì)房屋基底承載力要求均在180 kPa以上),此時(shí)基底情況不明確,對(duì)基底的軟弱土層采取挖除換填能否處理好沒有把握,若采用旋噴樁、攪拌樁等復(fù)合地基處理,由于基坑已開挖,周邊部分建構(gòu)筑物已施工完成,施工空間受限。

        對(duì)站后各種不同類型的建構(gòu)筑物驗(yàn)槽情況進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)主要建構(gòu)筑物地質(zhì)驗(yàn)槽情況和設(shè)計(jì)圖紙符合程度較高,這是因?yàn)榭辈祀A段主要建構(gòu)筑物均有數(shù)量較多的勘探孔進(jìn)行控制,而次要建構(gòu)筑物勘察階段不能做到每處均有鉆孔,施工階段出現(xiàn)了部分基底承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的情況。經(jīng)與設(shè)計(jì)專業(yè)多次溝通,對(duì)次要建構(gòu)筑物的基底壓力進(jìn)行驗(yàn)算,大部分基底壓力在100~150 kPa。部分基槽基底現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試承載力雖然未能達(dá)到180 kPa,但大部分介于120~180 kPa之間,小于建構(gòu)筑物的基底壓力,沉降檢算結(jié)果也在允許范圍內(nèi),條件困難的情況下可不進(jìn)行基底處理措施。此外,部分建構(gòu)筑物還對(duì)基礎(chǔ)形式進(jìn)行了優(yōu)化,增強(qiáng)了對(duì)地基條件的適應(yīng)能力。對(duì)于承載力小于120 kPa的地基,則通過局部開挖小尺寸探槽繼續(xù)明確基底條件,大部分進(jìn)行基底換填,少量增加了復(fù)合地基處理措施。

        2.2勘察精度問題

        (1)路基勘察精度不足

        目前,“鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范”[1]中橋梁基礎(chǔ)的勘察要求較為明確,特別是客專工程,要求為一墩一孔甚至一墩多孔,橋梁基礎(chǔ)的地勘資料多和實(shí)際情況較為吻合。地質(zhì)勘察階段,也容易出現(xiàn)對(duì)橋梁、隧道的地勘工作較重視,而認(rèn)為路基勘察工作較為簡單的傾向。實(shí)際上,路基作為連續(xù)分布的線狀工程,即使勘探點(diǎn)的密度滿足規(guī)范要求,仍然容易出現(xiàn)局部軟弱土層未被揭示到的情況,相比一墩一孔甚至一墩多孔的橋基,要提高路基工程勘察精度難度反而更大。

        如因基底地質(zhì)條件增加地基處理的一處變更:DK76+725~DK76+762段路塹,勘察時(shí)前后均布置了勘探孔,孔間距50 m,前后勘探孔均未揭露到軟弱土層;施工階段需對(duì)路塹基床進(jìn)行換填,挖至換填基底面時(shí),發(fā)現(xiàn)灰黑色軟塑—流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土;后對(duì)基底軟弱土層全部挖除換填滲水土,換填厚度3~5 m,增加土方開挖及換填滲水土數(shù)千方。

        對(duì)諸如DK76+725~DK76+762段路基基底地質(zhì)勘察精度不足的現(xiàn)象進(jìn)行分析:該工點(diǎn)在定測(cè)時(shí),勘探點(diǎn)深度、密度滿足規(guī)范要求,但在勘探點(diǎn)的布置上缺乏針對(duì)性。該段路基位于隧道出口,DK76+750處存在一條沖溝與路基斜交,勘察鉆孔布置于沖溝外側(cè),未能揭露到?jīng)_溝處的地質(zhì)變化。

        勘察階段路基勘探點(diǎn)的布置,不僅要滿足規(guī)范要求的密度、橫斷面的要求,還應(yīng)注意結(jié)合具體的地形地貌,進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整,地質(zhì)狀況可能比較薄弱的地段,可適當(dāng)加密鉆孔。

        (2)地下水水位勘察準(zhǔn)確度不足

        個(gè)別設(shè)計(jì)地下水路塹工點(diǎn),開挖后發(fā)現(xiàn),實(shí)際地下水位與勘察報(bào)告水位有所差別。如設(shè)計(jì)地下水巖質(zhì)路塹盲溝基槽或抗滑樁樁孔開挖后,基槽、樁孔內(nèi)未見地下水,路塹邊坡也無滲水現(xiàn)象。經(jīng)比對(duì)勘察資料,原因?yàn)閭€(gè)別鉆孔地下水位量測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確,可能為雨后量測(cè)或其他原因造成。勘察階段若需提高地下水位勘察的準(zhǔn)確度,除應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆探完成后進(jìn)行量測(cè),還應(yīng)結(jié)合提水或者抽水試驗(yàn)的出水量情況進(jìn)行驗(yàn)證。

        2.3勘察技術(shù)手段難以解決的復(fù)雜問題

        (1)物探準(zhǔn)確度不足

        主要表現(xiàn)為隧道工程物探勘察結(jié)果與實(shí)際洞身開挖情況的差異,物探揭示出了圍巖破碎帶或富水帶,但具體里程與勘察報(bào)告確定的里程相差數(shù)百米,或者圍巖破碎程度、富水程度與物探解譯結(jié)果有一定的差別。物探勘察由于具有多解性,其準(zhǔn)確度提高還有待于勘察技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展[2,3]。

        (2)細(xì)部巖性、構(gòu)造、節(jié)理對(duì)隧道工程的影響

        隧道地勘報(bào)告中側(cè)重于對(duì)圍巖等級(jí)的劃分,而對(duì)細(xì)部巖性、構(gòu)造、節(jié)理等關(guān)注不夠。如位于吉林市東的吉林隧道,地勘時(shí)已確定其巖性為二疊系板巖,但施工階段發(fā)現(xiàn),部分地段的板巖特性相差較大。該隧道大部分段落板巖泥質(zhì)含量較少,為青灰色,而洞身中部穿越數(shù)百米泥質(zhì)板巖和含炭泥質(zhì)板巖段,泥質(zhì)板巖呈灰—淺灰色,部分呈褐黃色。圍巖巖質(zhì)較軟,節(jié)理裂隙發(fā)育,局部裂隙間填充物以泥質(zhì)、方解石填充為主,巖體較破碎—極破碎,呈塊(石)碎(石)狀鑲嵌結(jié)構(gòu)或角礫碎石狀松散結(jié)構(gòu);圍巖自穩(wěn)能力差,易變形、坍塌??辈祀A段,由于偏少的地質(zhì)鉆孔未能揭露出同一地層巖性的成分變化,物探反映的參數(shù)也沒有明顯變化。在施工階段,泥質(zhì)板巖和含炭泥質(zhì)板巖段掉塊、坍塌現(xiàn)象極為嚴(yán)重,后大部分進(jìn)行了圍巖等級(jí)和支護(hù)方案的變更。

        該段隧道圍巖變更主要是因泥質(zhì)板巖、含炭泥質(zhì)板巖巖質(zhì)較軟,加之受地質(zhì)區(qū)域變質(zhì)作用的影響,揉皺、摩擦鏡面發(fā)育,巖層面光滑,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,層間、節(jié)理面結(jié)合差,巖體較破碎—極破碎;在地下水的作用下,更易掉塊、坍塌。在勘察期間要完全查明隧道洞身圍巖的地質(zhì)條件非常困難,圍巖變更主要是因復(fù)雜的地質(zhì)條件所致。目前鐵路隧道圍巖等級(jí)劃分,主要考慮圍巖堅(jiān)硬程度、構(gòu)造(主要是結(jié)構(gòu)面的組數(shù)或裂隙發(fā)育程度、節(jié)理面的張開程度和充填情況)進(jìn)行圍巖等級(jí)初步判定,然后結(jié)合地下水涌水狀況和初始地應(yīng)力狀態(tài)對(duì)判定的基本圍巖等級(jí)進(jìn)行修正[4],對(duì)圍巖具體巖性、復(fù)雜構(gòu)造、節(jié)理的影響考慮還不充分。

        (3)巖爆的預(yù)測(cè)

        在吉林至蛟河之間部分深埋的變質(zhì)砂巖、花崗巖隧道開挖過程中,局部地段出現(xiàn)巖爆情況。發(fā)生巖爆地段巖層為弱-微風(fēng)化,巖質(zhì)致密、堅(jiān)硬、性脆、干燥,節(jié)理裂隙不發(fā)育,巖體完整。爆破開挖后,在通風(fēng)排煙期間偶爾能聽見圍巖發(fā)出嗞嗞聲,撬幫找頂時(shí)出現(xiàn)巖層剝離產(chǎn)生的空響聲,找頂完成后有局部巖層繼續(xù)剝落彈出現(xiàn)象發(fā)生。隨著工作面的向前推進(jìn),這種現(xiàn)象越來越明顯,并發(fā)展到出現(xiàn)爆裂聲,新生裂紋多,掉塊嚴(yán)重,持續(xù)時(shí)間約3~8 h,局部地段嚴(yán)重,產(chǎn)生新生裂紋。

        分析該地區(qū)隧道發(fā)生巖爆的原因:一為地應(yīng)力的因素,該隧道洞身最大埋深468 m,深部地段地應(yīng)力較高;二為巖性的因素,發(fā)生巖爆地段的變質(zhì)砂巖、花崗巖均為極硬巖且具脆性,變質(zhì)砂巖結(jié)構(gòu)為層理狀,開挖應(yīng)力釋放后多以薄片狀剝離,部分甚至以彈射形式剝落。根據(jù)地應(yīng)力測(cè)試資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,為保證施工作業(yè)安全,采取了增加超前錨桿、控制一次爆破進(jìn)尺及震動(dòng)、工作面灑水、加強(qiáng)初支等措施。

        地質(zhì)勘察階段,對(duì)本地區(qū)可能出現(xiàn)巖爆的狀況有所預(yù)計(jì)并在地勘報(bào)告中進(jìn)行了提示,但受到諸多條件的限制而未做專門針對(duì)性的工作。施工階段發(fā)生初次巖爆后,施工單位及設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)了對(duì)本地區(qū)巖爆特性的認(rèn)識(shí)并增加了觀測(cè)頻次,通過有預(yù)防性的措施,確保了巖爆地段的隧道施工安全。

        3 結(jié)束語

        通過對(duì)本項(xiàng)目施工階段典型地質(zhì)變更問題的分析、梳理,可以看出:

        (1)施工階段的地質(zhì)核查、地質(zhì)驗(yàn)槽、隧道地質(zhì)素描、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等工作能夠?qū)z留的問題進(jìn)行較好的修正和補(bǔ)充。

        (2)基巖的強(qiáng)弱風(fēng)化判別應(yīng)按照礦物變化進(jìn)行區(qū)分,同時(shí)建議基巖的承載力除了按照抗壓強(qiáng)度、風(fēng)化程度確定,還可以按照巖芯揭示的裂隙發(fā)育程度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,不同地段、不同鉆孔的同種巖性基巖承載力可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

        (3)站后建構(gòu)筑物應(yīng)按照不同建構(gòu)筑物的特點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)提出適宜的承載力、沉降和差異沉降要求。功能重要、規(guī)模較大的建筑物一般地基承載力要求較高,沉降和差異沉降量要求也較高;部分中小型的建構(gòu)筑物的地基承載力要求可適當(dāng)降低,并可通過調(diào)整基礎(chǔ)形式增強(qiáng)對(duì)承載力和沉降的適應(yīng)能力;高聳構(gòu)筑物一般對(duì)沉降敏感,控制性的指標(biāo)除了地基承載力和沉降量外,還應(yīng)特別注意差異沉降量的控制要求。地勘工作應(yīng)提高場(chǎng)地勘察的準(zhǔn)確度并結(jié)合地質(zhì)驗(yàn)槽制定適宜的建構(gòu)筑物地基處理措施。

        (4)建議路基勘探點(diǎn)的布置,不僅要滿足規(guī)范要求的密度及橫斷面的要求,還應(yīng)注意結(jié)合具體的地形地貌進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。

        (5)勘察階段重要工點(diǎn)的地下水位量測(cè)應(yīng)結(jié)合提水、抽水試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

        (6)物探勘察的準(zhǔn)確性和復(fù)雜隧道地質(zhì)情況的勘察準(zhǔn)確性有待于勘察技術(shù)水平的進(jìn)一步發(fā)展。

        (7)建議對(duì)不同巖性、巖體細(xì)部構(gòu)造復(fù)雜的隧道圍巖評(píng)價(jià)方法進(jìn)行進(jìn)一步研究。

        (8)地質(zhì)勘察階段應(yīng)對(duì)可能發(fā)生巖爆的隧道段做專門性勘察工作,如增加地應(yīng)力測(cè)量或微震法、微重力法等分析手段,施工階段可增加超前鉆巖屑分析、巖體含水量分析等其他預(yù)測(cè)手段[5,6,7]。

        [1]TB10012—2007鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

        [2]韓松,等.綜合物探技術(shù)在鐵路隧道勘察中的應(yīng)用研究[J].鐵道勘察,2010,36(5):27-30

        [3]易鑫,白雪飛.淺談綜合地質(zhì)勘察在長大隧道勘察中的應(yīng)用[J].鐵道勘察,2011,37(2):75-78

        [4]TB10003—2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

        [5]徐成光.巖爆預(yù)測(cè)及防治方法綜述[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2005,42(6):81-85

        [6]姜繁智,等.國內(nèi)外巖爆預(yù)測(cè)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2003,29(8):19-22

        [7]張鏡劍,傅冰駿.巖爆及其判據(jù)和防治[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2008,27(10):2034-2042

        Analysis and Sorting of Typical Geological Modifications in a Passenger Rail Line Project in JiLin Area

        MA JiaWANG Dewen

        2016-01-18

        馬佳(1981—),男,2007年畢業(yè)于中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土工程專業(yè),工學(xué)碩士,工程師。

        1672-7479(2016)02-0049-03

        P642

        B

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