目錄
目錄 1
1、摘要 2
2、地鐵工程地質勘察施工的特點及方法 3
2.1 地鐵工程地質勘察的特點 3
2.2 地鐵工程地質勘察施工方法 3
2.2.1 輻射井在淺埋暗挖地鐵降水中的應用 3
2.2.2 淺埋大型車站的的勘察方法 5
2.2.3 工程物探在地鐵越江隧道勘察中的應用 8
2.2.4 地理信息技術在地鐵工程地質勘察中的應用 13
2.2.5 工程地質資料數據模型選擇 16
3、地鐵工程地勘報告文件的組成內容及結語 20
3.1 幾項特殊試驗指標的測試 20
3.1.1 波速測試 20
3.1.2 高壓固結試驗 21
3.1.3 三軸剪切試驗 21
3.1.4 側壓力係數Kc試驗 21
3.1.5 基床係數 21
3.1.6 熱物理指標 21
3.1.7 流砂指數 21
3.2 地鐵工程地勘報告文件的組成 22
3.3 結語 23
3.3.1 工程物探 23
3.3.2 地理信息係統 23
參考文獻 24
1、摘要
我國的地鐵工程從60年代初北京地鐵一號線與環線的勘察、設計、施工和運營起，至今已有40多年的曆史，特別是我國實行改革開放政策以來，國內已有幾十個城市在建與擬建地鐵工程，現已積累了一定的經驗。
地鐵工程地質勘察可參考“工業與民用建築工程地質勘察規範”（TJ-21-77）(也可按照新頒布的國家標準“岩土工程勘察規範”)與“鐵路工程地質技術規範”（TBJ12-85），並與建設單位、設計單位確定，個別單位，如上海市隧道工程設計院，已製定了本院的“地質勘察技術規定”，其中第四章為“地下工程勘察要求”，具體規定了上海地區淺層地下工程勘察中的鑽孔布置原則、鑽孔深度、土工試驗、三功能（測錐尖阻力、側壁摩擦阻力以及孔隙水壓力）探頭的應用等。室內土工試驗可按照鐵道部標準“鐵路工程土工試驗方法”（TBJ102-87）或水電部“土工試驗規程”（SDS01-79）進行。除此之外，尚有一些特殊項目，如北京地鐵複興門折返段所作特殊試驗（見表1）
表1 複興門折返段特殊土工試驗項目表
試 驗 項 目 數量 主 要 用 途
三周剪切試驗 11 計算土壓力，確定襯砌厚度
高壓固結試驗 10 深層土壓縮模量，估算地基土應力曆史
側壓力係數 7 土壓力應變關係，主體結構計算
基床係數 7 模擬地層與襯砌相互作用，計算襯砌內力，評價土的反力
顆分曲線 12 選擇暗挖方法和考慮加固問題
比熱、導熱係數、導溫係數 7 通風計算應用
本文主要對地鐵工程地質勘察的特點及方法進行論述，如：地鐵埋深較大（例如有的車站埋深竟達20米），因而鑽探深度較深，鑽探難度較大的特點，且地麵地鐵主要承受運輸荷載和車輛自重，還有隧道自重、土壓力、衝擊波荷載等，負重較大的特點等；在地鐵工程地質勘察中所使用到的工程物探、地理信息係統GIS等勘察方法聯係實際情況進行論述。
最後，通過論述地鐵工程地質勘察報告的組成內容，簡單介紹了勘察報告的組成形式和內容，並對論文作出結語。
2、地鐵工程地質勘察施工的特點及方法
2.1 地鐵工程地質勘察的特點
城市中的地鐵工程勘察與野外的地麵工程勘察是有所區別的，其主要不同點是：
1、地鐵工程整體埋於地下，與工程地質、水文地質條件關係密切，基底、側牆、頂板都與岩土力學指標有關，需計算拱頂垂直壓力以及邊牆側壓力等。
2、同一構築物常處於不同的地貌單元和地基類型，地基承載力有時相差很大，這就需要根據不同的地質狀況提出相應的工程措施。
3、地麵地鐵主要承受運輸荷載和車輛自重，而地鐵除承受列車運行荷載外，還有隧道自重、土壓力、衝擊波荷載等，因此需提供岩土的動力學指標。
4、地鐵埋深較大（例如有的車站埋深竟達20米），因而鑽探深度較深，而且城市交通繁忙，兩側建築物林立，街道狹窄，地下管線密布，地下埋藏物不清，勘察難度較大。
5、不同的設計施工方法，需提供的資料內容將有所差別，如明挖與暗挖所需提供的數據是不同的。近年來新奧法已廣泛地運用在軟弱、含水、破碎的淺層圍岩地段修建地鐵，取得了很好的效果。它要求查明圍岩地質條件並及時提供超前預報信息，逐段弄清地層、岩性、節理及地下水的變化，使地鐵施工比較安全、可靠。在施工階段，常用導坑地質素描、水平鑽探加物探進行超前預報。
2.2 地鐵工程地質勘察施工方法
2.2.1 輻射井在淺埋暗挖地鐵降水中的應用
為了保障首都經濟快速可持續發展和2008年奧運會順利召開，緩解北京日趨擁堵的交通狀況，北京承諾在2008年奧運會前軌道交通將達到300公裏，因此，從2002年開始，相繼開工建設了地鐵五號線、地鐵四號線、地鐵十號線、奧運支線、首都機場線等地鐵線路。
北京市地處由多層砂礫、卵石及粘性土互層的第四係衝洪積平原，地下水豐富，地鐵施工時必須采取降水措施，以保證隧道開挖的幹槽作業。而新建地鐵線大部份都在繁華城區施工，當地鐵暗挖隧道穿越鐵路、高速公路、護城河、立交橋、高層建築物、重要交通路口及民房集居區等路段時，若采用常規管井井點方法降水施工，不僅地麵拆遷麵積大、拆遷費用高，而且重要交通、市政設施及高大建築物是不可能拆遷的。因此，如何解決北京地鐵在繁華市區施工降水的難題，一時成為地鐵建設單位領導和專家討論的焦點。水文及工程地質專家經過仔細研究和充分論證，大膽提出了輻射井降水方案。由於輻射井降水技術具有占地麵積小、地層適應廣、出水量大、單井控製範圍大等優點，方案一提出來，就受到建設單位領導及地鐵施工專家的廣泛關注，並要求專家們立即立項研究和引進該技術。
國外輻射井主要用於供水井，豎井井徑較大（5.0～6.0m），而深度一般不超過20m。國內輻射井技術已廣泛應用於農田灌溉、城鎮及工礦企業供水。傳統輻射豎井主要施工方法為鑽機反循環成孔漂浮法下管，占地麵積大；水平井應用水衝頂進法，適用於細顆粒軟土地層。此工藝方法操作簡單，成本低，但是水衝法施工水平井遇砂層時湧砂大，孔壁擴徑大，塌陷嚴重，易形成地下空洞，引起較大地麵沉降，遇礫石、卵石地層時又根本無法成孔，且施工占地麵積大，因此不適合市區建築密集地段及複雜地層條件下的工程降水。所以，現狀國內輻射井施工工藝及設備還不能滿足北京地鐵施工的要求，要推廣應用該技術還需研究新的施工工藝及設備。
項目於2002年6月開始立項研究，經過大量工程實踐後於2006年6月通過專家驗收。在已竣工的地鐵中共施工完成輻射井112眼，水平井約5萬餘米，工程總造價5000餘萬，滿足了北京地鐵施工的要求，為國家節約了上億元的拆遷征地投資。主要技術創新點有以下幾個方麵：
1、成功研究了雙壁反循環水平井施工工藝及配套設備。雙壁反循環施工工藝是通過雙壁鑽杆外間隙注入高壓循環水，通過多噴嘴反循環鑽頭在鑽頭中心形成高速負壓區，對岩屑產生抽吸作用，進而形成反循環並攜帶岩屑從鑽杆中心排出。這樣循環液不直接衝刷地層，而且反循環施工具有排渣效果好、成孔速度快的優點，因此不僅克服了傳統正循環施工工藝易產生地下空洞及遇砂層、礫石地層難以施工的缺點，而且具有鑽進不易偏斜、施工速度快、地層適應性廣、施工水平井長度可達80m以上的優點。
2、在北京地區沉井（直徑Ф3500mm）一般隻能施工至20m深度，經過研究我們引進泥漿潤滑套和分段高壓射水方法，大大減小了沉井過程中地層側摩阻力，使在北京地區沉井深度達到28.5m，同時還應用了錨噴倒掛壁豎井施工工藝，解決了傳統的機械成井方法占地麵積較大的難題，使輻射井降水技術應用範圍更廣。
3、在輻射井出水量計算過程中，打破了僅采用經驗近似公式法計算的常規，引進了過水斷麵法和等效替代法，取得了較合理的經驗參數，使計算結果更加接近工程實際。
4、水平井施工中，引進偏心潛孔錘跟管鑽進工藝，在卵石、漂石地層中施工工藝研究方麵取得初步成果。
輻射井降水技術成功廣泛地應用於北京地鐵降水，成功解決了立交橋、繁華交通路口、鐵路、護城河等地段的降水難題，大大減少了地鐵建設過程中的拆遷和征地麵積，縮小了投資成本，並且大大減小了施工對市政、交通、環保、地下管線及市民出行的影響，得到廣大市民和政府主管部門的大力技持，對北京地鐵建設產生積極影響，並取得良好的社會效益和經經濟效益。
在2008年奧運會前地鐵十號線、奧運支線、機場線相繼開通後，北京軌道交通運營裏程已達到200公裏，根據規劃，我市還將在2008年到2015年間，規劃建設軌道交通項目19項，超過300公裏，最終形成561公裏的軌道交通線網規模。因此，根據以上規劃，奧運會後地鐵建設任務還很重，輻射井降水技術必將為北京地鐵施工做出更大的貢獻，同時該項技術的進步使其在供水、熱泵、工民建施工等領域也有較大的應用空間。
2.2.2 淺埋大型車站的的勘察方法
不同勘察階段有不同的勘察要求這裏以北京西單地鐵車站為例，介紹淺埋大型車站的勘察方法（施工階段）。
西單地鐵車站埋藏淺（拱頂在地麵下6~7m）、跨度大（寬25.9m）、淨空高（高13.6m）、地質條件差（地層為鬆散的第四係衝積、洪積物），結合岩土特征和設計、施工的要求，采用以下幾項措施和綜合勘察方法，相互印證，收到了較好的效果：
1、總體安排與統一要求，以保證有條不紊的文明生產，為提供論證可靠、評價正確的勘察報告奠定基礎；
2、鑽孔布置與設計的原則是：深孔與淺孔相結合，控製孔（技術孔）與一般孔（鑒別孔）相結合，使鑽孔目的明確，要求具體，孔孔有效果；
3、地下埋設物探測采用電纜探測法和地質雷達法。首先在鑽孔處及其附近密布縱、橫線進行測試，發現異常進行調查訪問，最後確定安全孔位；
4、植物膠泥漿護壁施鑽，使在第四係鬆散地層中的原狀土采取率達到95%以上；
5、淺層橫波反射法，可提高在第四係地層中的勘探分辨率，室內采用IBM-4381計算機TIPMX地震資料處理係統進行數據處理，經物探專業與地質專業緊密配合，提出連續時間剖麵圖（彩色）和時——深轉換地質剖麵圖。這種彩色底層結構透視圖使人一目了然，直觀性強；
6、使用地質雷達等方法確定隱伏物位置，將孔位移至安全地點；
采用物探綜合測井法及鑽探取原樣土在室內作動三軸試驗方法，測試動參數指標（見表2）
表2 西單車站土動力學參數指標表
結構
層編
號 岩土
名稱 物探綜合測井 土工室內動三軸試驗
波速
（m/s） 彈性模量
Ed
（MPa） 剪切
模量
Gd
（MPa） 動泊
鬆比
d 強度指標 彈性
模量
Edmax
（MPa） 剪切
模量
Gdmax
（MPa） 阻
尼
比
（
max）
VS VP C
（kg/cm2） （°）
② 砂粘土 230 600 291.6 103.2 0.413 0.20 16．8 53.8 19.9 27
⑤ 砂粘土 280
~
290 800 439.3 153.6 0.43 0.27
0.24
~0.34 13.2
9.46
~15.0 228
151.6
~284.5 84.4
56.2
~105.4 17.7
10~
26
上表中第②層位於拱頂部位，在開挖麵上取土樣做室內波速測量，其VS值為130~180m/s，VP值為324~460m/s。說明勘察階段地麵檢層法（即測井法）數值偏大是由地下管線等的幹擾引起的。
上表中第⑤層位於邊牆下半部，VS值接近該地區的平均值。
在上海地鐵與延安東路隧道勘察中，除采用傳統勘察方法（鑽探、取樣、常規土工試驗等方法）外，還采用了靜力觸探、標準貫入試驗等原位測試手段以及地球物理探測（淺層地震法）、連續取土和土樣攝像等新技術。其中原位測試孔在詳勘階段占勘察孔總數的65%以上。這樣既保證了勘察質量，又節約了勘察成本。
鐵四院在廣州地鐵初測階段采用了瑞利波法
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