［關(guān)鍵詞］深層排水隧洞；勘察方法；勘察工作布置；復(fù)合式盾構(gòu)

隨著城市化快速發(fā)展，城市地下淺層空間已被大量市政管網(wǎng)占據(jù)，已無(wú)空間再布置大量的新增淺層排水管網(wǎng)，埋深大、尺寸大、規(guī)模大的排水方案——排水深隧系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

本文以廣東省深圳市某深層排水隧洞系統(tǒng)工程為例，系統(tǒng)論述城市復(fù)雜環(huán)境下的深層排水隧洞的勘察方案確定思路。

1. 工程實(shí)例

1.1工程設(shè)計(jì)概況[5]

某深層排水隧洞系統(tǒng)工程位于深圳市近海一條主要市政道路旁，工程主要建設(shè)內(nèi)容：深層排水隧道3.74 km（內(nèi)徑6.0 m，外徑6.7 m），埋深40～45 m，含5座進(jìn)水豎井（圓形，Φ10～21.6 m，井深43～46 m）；3條連接原水系的進(jìn)水接駁工程、樞紐泵站1座（排澇規(guī)模為86 m3/s，Φ100 m，基坑最深處53 m）。

1.2 場(chǎng)地基本地質(zhì)條件[5]

場(chǎng)地原始地貌為濱海灘涂地，后期填海造地而成，地表高程4～6.5 m，周邊環(huán)境復(fù)雜。

場(chǎng)地地層由上至下依次為：第四系人工堆積物、海相沉積物、海陸交互相沉積物、沖積物、殘積物和基巖風(fēng)化物（燕山期花崗巖和加里東期混合花崗巖）。

場(chǎng)地主要為三類水：孔隙潛水、微承壓孔隙水、承壓基巖裂隙水。

場(chǎng)地中南部地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，以北西向斷裂構(gòu)造為主；工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震反應(yīng)譜特征周期為0.35s，地震基本烈度為7度。

1.3 勘察方案的選定過(guò)程與思路

隧洞施工工法比選可為礦山、盾構(gòu)、TBM，其他為明挖。

勘察工作主要分三個(gè)階段：可研、初設(shè)、施工圖，各階段勘察目的、手段、工作布置等均存在顯著差異，分述如下：

1.3.1 可行性研究階段

本階段勘察目的是為設(shè)計(jì)選定工程線位（場(chǎng)址）、建筑物基本形式和代表性工程布置方案等提供工程地質(zhì)資料和地質(zhì)論證[1]。

勘察內(nèi)容以大范圍、宏觀上、控制性關(guān)鍵問(wèn)題等地質(zhì)內(nèi)容為主，要解決場(chǎng)地的穩(wěn)定性和適宜性問(wèn)題，勘察重點(diǎn)是初步調(diào)查不良地質(zhì)作用、特殊巖土、構(gòu)造，勘察方法以搜集資料、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、調(diào)查為主，輔以少量的實(shí)物勘察工作。

在本項(xiàng)目中應(yīng)用情況如下：

（1）資料收集、整理、分析

本項(xiàng)目可研階段收集資料類型和作用（意義）分列如下：

（2）地質(zhì)調(diào)查、測(cè)繪

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行踏勘、調(diào)查、測(cè)繪，掌握現(xiàn)場(chǎng)勘察作業(yè)條件和邊界條件；確定了人工填土、局部河道沖積土、山地原狀土的分布邊界和平面上可觀察到的各類地層的成分、狀態(tài)；在山體基巖裸露段查勘了區(qū)域構(gòu)造位置、產(chǎn)狀、寬度、斷層性狀等；通過(guò)山體露頭了解了巖體結(jié)構(gòu)特征、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)。

（3）少量勘察驗(yàn)證

采用少量的鉆探、原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)等手段，驗(yàn)證前面已有資料分析整理得出的場(chǎng)地基本地質(zhì)條件，勘探點(diǎn)沿設(shè)計(jì)擬定的多條線路軸線布置，縱向間距控制在500m以內(nèi)[3]，結(jié)合線路上各典型建筑物布置（豎井、泵站等）、典型地形地貌單元（地形最高點(diǎn)、最低點(diǎn)）、構(gòu)造（斷裂發(fā)育段）等關(guān)鍵特征點(diǎn)布置，保證每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位置均有一個(gè)鉆孔控制，每個(gè)鉆孔均為控制線鉆孔，鉆孔深度超過(guò)可能線路埋深以下20～30 m[1]，且控制超過(guò)探明的最低基巖面不少于20 m，并不小于2倍洞徑，孔內(nèi)布置各種取樣、原位測(cè)試工作。

通過(guò)鉆探基本上查明場(chǎng)地主要地層類型、基巖起伏和埋深、巖體和結(jié)構(gòu)面狀態(tài)、構(gòu)造特征、含水層分布和類型等；通過(guò)孔內(nèi)開(kāi)展的標(biāo)貫、動(dòng)力觸探、波速、孔內(nèi)攝像等基本上查明各主要巖土層狀態(tài)；通過(guò)注水、壓水、抽水試驗(yàn)等基本上查明各主要地層的滲透系數(shù)、補(bǔ)逕排關(guān)系、涌水量等；通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)基本上查明各主要巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)、水土化學(xué)成分和腐蝕性。

1.3.2初步設(shè)計(jì)階段

本階段勘察目的是在可研選定線位的基礎(chǔ)上查明各類建筑物的工程地質(zhì)條件，為選定建筑物形式、軸線、工程總布置提供地質(zhì)依據(jù)，對(duì)選定的各類建筑物的主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提供工程地質(zhì)資料[1]。

勘察內(nèi)容不再以區(qū)域性地質(zhì)問(wèn)題為主，而是縮小到各類擬建建筑物所在的場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件上，評(píng)價(jià)存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，為建設(shè)物設(shè)計(jì)和地基處理方案提供地質(zhì)資料?？辈旆椒ㄒ晕锾?、鉆探、原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)等手段為主。

各種勘察方法布置原則如下：

（1）物探

地質(zhì)測(cè)繪和物探手段先行，其他勘察手段在其基礎(chǔ)上有針對(duì)性地布置。沿隧洞軸線布置地面物探測(cè)線，物探方法選擇應(yīng)考慮周邊作業(yè)環(huán)境、調(diào)查地質(zhì)對(duì)象特征（重點(diǎn)是基巖面、富水體、構(gòu)造等），一般可選擇地震反射波、高密度電法、被動(dòng)源面波等方法，有效探測(cè)深度要超過(guò)隧洞洞身不少于20m。

（2）鉆探

在物探調(diào)查的成果基礎(chǔ)上，結(jié)合可研階段探查的基本地質(zhì)縱斷面，沿隧洞軸線兩側(cè)交叉布置（偏離洞邊界3～5m）[3]，縱向鉆孔間距控制在100～200 m[4]，勘探點(diǎn)布置在物探調(diào)查的基巖面關(guān)鍵點(diǎn)（次級(jí)基巖面高點(diǎn)和低點(diǎn)）、構(gòu)造深槽和重要建筑物（豎井，布于井心處）等處，鉆孔深度超過(guò)最低隧洞方案洞底以下10～20 m，且不少于1倍洞徑。

進(jìn)一步加密的鉆探孔是為了進(jìn)一步調(diào)查縮小范圍的地層結(jié)構(gòu)、界線、巖土特征等，并為原位測(cè)試和取樣等提供條件。

（3）原位測(cè)試

本項(xiàng)目主要采用原位測(cè)試手段為標(biāo)貫、動(dòng)力觸探、水文地質(zhì)試驗(yàn)（注水、壓水、抽水等），原位測(cè)試工作量應(yīng)主要布置于工程影響范圍內(nèi)，比如隧洞工程應(yīng)主要布置于洞身及上下1～5倍洞身直徑范圍內(nèi)，范圍外可少量布置能滿足地層判斷總體需要即可；豎井工程則應(yīng)布置于基坑開(kāi)挖深度范圍、地基作用力影響深度和支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度兩者大值范圍內(nèi)，平面上均勻布置，豎向上滿足控制地層性狀變化需要。

針對(duì)沿線水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在各含水層布置典型抽水孔開(kāi)展抽水試驗(yàn)，查明地下水補(bǔ)逕排關(guān)系和涌水量，為基坑涌水、隧洞涌水等解決方案提供依據(jù)，并為因地下水位下降引起的周邊環(huán)境地面下沉提供基礎(chǔ)資料。鉆孔注水、壓水試驗(yàn)主要用于調(diào)查建筑物影響范圍內(nèi)滲透性小的巖土體滲透性，為基坑（隧洞）涌水量估算和地下水處理措施提供依據(jù)。

（4）綜合測(cè)井

選取典型鉆孔（巖體完整性好、較破碎、破碎；不同巖性；構(gòu)造發(fā)育）進(jìn)行孔內(nèi)超聲波速和鉆孔攝像，查明巖體波速、結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育情況，為巖石風(fēng)化程度判別、地下水活動(dòng)性判斷、巖體質(zhì)量等級(jí)劃分、圍巖分級(jí)、洞室工法選擇等提供依據(jù)。

（5）取樣與室內(nèi)試驗(yàn)

在各建筑物地基荷載作用深度、隧洞應(yīng)力釋放圈、基坑支護(hù)等影響范圍內(nèi)取代表土樣、巖樣、水樣等進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，取得土層常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)；巖體常規(guī)指標(biāo)［密度、吸水率、單軸抗壓強(qiáng)度（飽和、干燥、自然）等，如采用盾構(gòu)和TBM，尚易進(jìn)行巖礦鑒定、耐磨性試驗(yàn)等］，并在洞身區(qū)域取代表性花崗巖、混合花崗巖進(jìn)行放射性元素化驗(yàn)（鐳-266、釷-232、鉀-40）；水質(zhì)應(yīng)進(jìn)行腐蝕性分析，尤其要重點(diǎn)調(diào)查各層水的海浸程度，并細(xì)分亞區(qū)，同時(shí)取代表性水樣進(jìn)行放射性化驗(yàn)。

1.3.3施工圖設(shè)計(jì)階段

本階段勘察目的是在初步設(shè)計(jì)階段確定的建筑物形式、軸線、工程總布置、地基處理方案、基坑支護(hù)方案、隧洞施工方案等基礎(chǔ)上，檢驗(yàn)、核定初設(shè)勘察的地質(zhì)資料與結(jié)論，針對(duì)初設(shè)階段后變化部分和專門性工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行勘察，為施工詳圖設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、建設(shè)實(shí)施、竣工驗(yàn)收等提供工程地質(zhì)資料[1]。

勘察內(nèi)容為特定的區(qū)段、特定的建筑物、特定的地質(zhì)問(wèn)題，不再是整個(gè)場(chǎng)地的廣泛調(diào)查。勘察方法選擇、勘察工作布置等均以具體問(wèn)題需要而定。

本項(xiàng)目初設(shè)階段確定隧洞方案為采用復(fù)合土壓平衡盾構(gòu)，施工圖階段需要解決的地質(zhì)敏感問(wèn)題為：

（1）孤石：工程區(qū)北段為花崗巖地區(qū)，該區(qū)孤石比較發(fā)育。采用加密鉆探孔、孔間CT等勘察手段進(jìn)一步調(diào)查孤石發(fā)育情況。

（2）盾構(gòu)工法隧洞：主要為三方面問(wèn)題：掌子面橫跨土巖界面的特殊掘進(jìn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)；巖石強(qiáng)度和耐磨性；掌子面穿越富水層段。

①“上土下巖或左土右?guī)r、右?guī)r左土”的特殊掘進(jìn)斷面——常常是次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻次高、絕進(jìn)設(shè)備異常損壞嚴(yán)重、更換維修設(shè)備地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)高、掘進(jìn)速度慢且成本高地段，也是復(fù)合式盾構(gòu)施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要進(jìn)一步調(diào)查此類地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征段掌子面范圍巖面縱向、橫向的變化，多以施工前超前鉆探手段進(jìn)行調(diào)查，鉆孔布置于隧洞軸線、洞兩側(cè)邊界線，每個(gè)斷面最少3個(gè)孔，縱向根據(jù)地層起伏程度而定，一般宜控制在10～30m[4] [3]范圍，特殊地段可進(jìn)一步加密。

②巖石強(qiáng)度和耐磨性[4]——影響盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)效率、成本，需要進(jìn)一步調(diào)查構(gòu)造變質(zhì)區(qū)段的巖石強(qiáng)度和耐磨性，有效控制場(chǎng)地巖石峰值，不能出現(xiàn)大段落的強(qiáng)度和耐磨性異常高的巖石區(qū)段，使刀具設(shè)計(jì)額定工作范圍能適應(yīng)絕大多數(shù)巖體。在構(gòu)造變質(zhì)巖段的隧洞軸線上加密鉆孔，在洞身范圍內(nèi)取代表性巖體進(jìn)行巖石干燥抗壓強(qiáng)度、化學(xué)成分和耐磨性試驗(yàn)。

③掌子面穿越富水層段—— 復(fù)合式土壓盾構(gòu)在該類區(qū)段易出現(xiàn)噴砂、涌水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)施工作業(yè)人員和設(shè)備的安全存在重大影響，需要在此類洞段加強(qiáng)水文地質(zhì)抽水試驗(yàn)，調(diào)查隧洞可能涌水量，以及由于隧洞排水引起的降水影響半徑，分析論證可能的環(huán)境影響（地面下沉、建（構(gòu)）筑物破壞、市政設(shè)施和管道的損壞等）。

1.3.4施工地質(zhì)階段

施工期間采取收集盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)（頂力、扭矩、震動(dòng)聲響、掘進(jìn)速度）、盾構(gòu)姿態(tài)、超挖量、周邊環(huán)境反應(yīng)、刀具（盤）磨損狀態(tài)和更換頻次、出渣狀態(tài)（渣土顆粒級(jí)配和含量、風(fēng)化程度）、出水狀態(tài)（水量大小、化學(xué)成分、渾濁程度）等方面資料，結(jié)合前期勘察成果，綜合分析判斷掌子面巖體類型和地下水豐富程度，驗(yàn)證和修正前期勘察成果，并實(shí)時(shí)進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，為施工工藝及時(shí)調(diào)整、環(huán)境保護(hù)措施的確定等提供地質(zhì)依據(jù)。

2 . 結(jié)語(yǔ)

城市深層排水隧洞的工程地質(zhì)勘察由宏觀到微觀、由整體到局部、由面到點(diǎn)、由主要地質(zhì)問(wèn)題到細(xì)節(jié)問(wèn)題，勘察方法和手段也針對(duì)不同階段、不同勘察目的、不同地質(zhì)條件而靈活選用，不能盲目、方法單一進(jìn)行勘察，地質(zhì)勘察技術(shù)人員不僅要精通專業(yè)知識(shí)，還要熟悉設(shè)計(jì)方案、施工工法等涉及地質(zhì)的知識(shí)，使地質(zhì)勘察工作更具針對(duì)性、實(shí)用性、有效性。