趙 成,胡向陽,嚴(yán)耿升
(中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065)
蘭州市城市軌道交通1號(hào)線西起西固區(qū)陳官營東至東崗,線路全長(zhǎng)26.7 km,均為地下線路,共設(shè)車站20座,沿線主要地層為第四系砂卵礫石以及第三系紅砂巖。其中奧體中心-世紀(jì)大道區(qū)間、迎門灘-馬灘區(qū)間2次穿越黃河。穿越黃河段兩岸及河床下部主要地層為全新統(tǒng)(Q4)卵石層和下更新統(tǒng)(Q1)卵石層構(gòu)成,透水性強(qiáng)。黃河水與地下水具有雙向補(bǔ)給、水流交替循環(huán)強(qiáng)烈、水位恢復(fù)迅速的特點(diǎn)。
奧體中心-世紀(jì)大道區(qū)間位于崔家大灘-世紀(jì)大道,地面高程為1 518.60~1 534.50 m,全長(zhǎng)2 120.009 m,均為雙線隧道組成,軌面設(shè)計(jì)高程為1 491.853~1 518.353 m,底板埋深16.56~42.00 m。兩線間距約20.70 m,下穿黃河段長(zhǎng)度為317.00 m(見圖1),擬采用盾構(gòu)法施工。
圖1 奧體中心-世紀(jì)大道穿越黃河段示意圖
圖3 奧體中心-世紀(jì)大道區(qū)間分層抽水試驗(yàn)圖
盾構(gòu)檢修井兼聯(lián)絡(luò)通道(中間風(fēng)井)中心長(zhǎng)30 m、寬16 m、深42 m,為矩形豎井,擬采用明挖法施工。
穿黃段區(qū)間卵石地層粒徑大,成份復(fù)雜,強(qiáng)度高,鉆進(jìn)過程往往進(jìn)尺較慢,塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重,造成勘察進(jìn)度慢,而且?guī)r芯采取率低,勘察效率低。在穿黃段勘察過程中采用了水電勘探技術(shù)中SM植物膠松散地層鉆探技術(shù),大大提高了卵石地層鉆探的效率和取芯質(zhì)量。圖2為采用植物膠技術(shù)鉆探的取芯照片。
穿黃工程勘察過程中采用了預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn),通過側(cè)向膨脹的旁壓儀器對(duì)鉆孔側(cè)壁施加橫向均勻應(yīng)力,使孔壁土體發(fā)生徑向變形直至破壞,獲得地層的側(cè)向力學(xué)參數(shù)。表1為穿黃段地層旁壓試驗(yàn)結(jié)果。
穿黃段兩側(cè)風(fēng)井明挖施工過程中存在基坑降水問題,為了保證降水工程設(shè)計(jì)與施工能夠采用準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù),在奧體中心-世紀(jì)大道區(qū)間黃河?xùn)|側(cè)岸邊進(jìn)行了一組分層抽水試驗(yàn)。通過分層抽水試驗(yàn)(見圖3),分別得到了卵石地層水文地質(zhì)參數(shù),見表2、3。
圖2 采用植物膠鉆探取芯巖芯照?qǐng)D
地層初始?jí)毫0/kPa臨塑壓力Pf/kPa旁壓模量Em/MPa旁壓剪切模量Gm/MPa基床系數(shù)/(MPa·m-1)Q4卵石654~6792350~268444.937~66.02828.760~41.176251.52~607.296Q1卵石254~7292718~550057.3~80.123.9~50.217597.36~1191
表2 穿黃段分層抽水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表
穿黃段豎井基坑支護(hù)所需卵石抗剪強(qiáng)度非常重要,為了查清卵石的抗剪強(qiáng)度,在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了卵石的大型剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)采用平推直剪法,即剪切荷載平行于剪切面施加的方法:在每組的4個(gè)試樣上分別施加不同的豎直荷載,等變形穩(wěn)定開始施加水平荷載,水平荷載的施加按照預(yù)估最大剪切荷載的8%~10%分級(jí)均勻等量施加,當(dāng)所加荷載引起的水平變形為前一級(jí)荷載引起變形的1.5倍以上時(shí),減荷按4%~5%施加,直至試驗(yàn)結(jié)束。在全部剪切過程中,垂直荷載應(yīng)始終保持為常數(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)大型剪切試驗(yàn),得出了卵石地層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表4。
為了獲取穿黃段卵石地層的基床系數(shù),進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)基床試驗(yàn)測(cè)試。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)采用K30方法,共進(jìn)行4組,兩組為松散砂卵礫石,兩組為凍結(jié)砂卵礫石。由于試驗(yàn)對(duì)象不同,松散卵石水平和垂直方向的k30值分別為106 MPa/m和112 MPa/m;凍結(jié)卵石水平和垂直方向的k30值分別為407 MPa/m和426 MPa/m,垂直方向大于水平方向。凍結(jié)砂卵礫石的k30值受凍結(jié)影響,其值明顯偏大。圖4及表5分別為穿黃段卵石地層基床系數(shù)試驗(yàn)成果圖及統(tǒng)計(jì)表。
表3 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
表4 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)匯總表
圖4 穿黃段卵石地層基床系數(shù)k30試驗(yàn)圖
試驗(yàn)編號(hào)試驗(yàn)深度/m推力方向定名k30參數(shù)指標(biāo)沉降基準(zhǔn)值/mm對(duì)應(yīng)荷載/MPak30/(MPa·m-1)k30-36.5水平卵石0.001250.132 106 k30-47.0垂直卵石0.001250.140112 k30-514.2垂直卵石0.001250.533426 k30-614.2水平卵石0.001250.509407
為了全面揭示蘭州地鐵1號(hào)線穿黃段卵石地層特性,現(xiàn)場(chǎng)還進(jìn)行了波速、電阻率、放射性、地溫等物探測(cè)試手段。波速測(cè)試采用國產(chǎn)WZG-24A工程地震儀,測(cè)試深度25.0 m,測(cè)點(diǎn)豎向間距為1.00 m測(cè)試,成果見表6。電阻率、放射性、地溫采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能測(cè)井儀,電阻率、放射性測(cè)試成果見表7、8?,F(xiàn)場(chǎng)地溫測(cè)試成果表明,井溫在18.4~21.9 ℃,無井液平均溫度21.9 ℃,略低于大氣溫度,井液中平均溫度19.4 ℃,基本為井液溫度,孔中未見變溫層,相對(duì)恒溫層的溫度為19.4 ℃左右(見圖5)。
蘭州地鐵1號(hào)線穿黃段工程無論是項(xiàng)目規(guī)模還是施工難度在蘭州均為首次。為保證設(shè)計(jì)、施工的順利進(jìn)行和開展,針對(duì)奧體中心-世紀(jì)大道區(qū)間穿黃段工程采用綜合勘察手段及方法。
表6 穿黃段卵石地層波速測(cè)試成果表
表7 穿黃段卵石地層電阻率測(cè)試成果表
表8 穿黃段放射性測(cè)試成果表
(1) 通過采用植物膠技術(shù),提高了鉆探巖芯采取率,卵石地層采取率達(dá)到了95%以上。保證卵石地層的劃分及描述的精度。
(2) 通過旁壓原位測(cè)試,獲得卵石地層的旁壓模量、地基承載力等原位參數(shù)。
(3) 在穿黃段岸邊分別對(duì)Q4卵石以及Q1卵石進(jìn)行了分層抽水試驗(yàn),得到2層卵石地層的水文地質(zhì)參數(shù),為降水設(shè)計(jì)以及施工提供了有力的證據(jù)。
(4) 通過大型原位剪切試驗(yàn)、基床試驗(yàn),得到了卵石的抗剪強(qiáng)度、基床系數(shù)等寶貴的力學(xué)參數(shù),其中卵石黏聚力給出了切合實(shí)際的建議值,為穿黃段基坑支護(hù)設(shè)計(jì)提供了精確參數(shù),節(jié)省了施工成本。
(5) 結(jié)合波速、電阻率、放射性、地溫等工程物探方法,獲取卵石地層綜合物理性質(zhì)參數(shù)。
圖5 穿黃段地溫測(cè)試成果圖
(6) 本次蘭州地鐵1號(hào)線穿黃段勘察不僅采用了植物膠進(jìn)行鉆探的新技術(shù),而且進(jìn)行了分層抽水試驗(yàn),大型原位剪切試驗(yàn)等綜合勘察方法,取得了充實(shí)的勘察成果,也為穿黃段設(shè)計(jì)與施工提供了精確的參數(shù)及工程措施建議??辈斐晒煽俊氋F,具有較高的參考價(jià)值和工程實(shí)際意義。