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)

0 前 言

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)。

1 工程概況

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。

2 綜合勘察

2.1 鉆 探

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。

2.2 原位測(cè)試

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。

2.3 抽水試驗(yàn)

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

2.4 大型剪切試驗(yàn)

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。

2.5 基床系數(shù)

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

2.6 工程物探

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)。

3 結(jié) 語

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。