從地鐵施工和設計的需要提出地質勘察的內容
摘要：本文根據地鐵的特點，列出了地鐵的主要地質問題，提出從地鐵施丁與沒計的需要擬定的地鐵勘察內容，并介紹了—些主要的勘察技術。文中對地鐵勘察體制的改革提出了建議。并提出設勘察監理的建議。
關鍵詞：地鐵 地質勘察 物探 改革
0 引言
筆者近年來接觸了一些地鐵的勘察設計資料，感到地質勘察的內容與施工和設計有不少不對口之處，根據作者多年從事隧道與地下工程的設計與施工，以及多年從事淺層地質勘察的經驗，提出一些建議，以期使地鐵的勘察更有的放矢，并提出一些新技術的信息。本文涉及的不包括完全巖質的地鐵及地下丁程。
1 問題的提出
北京、天津、上海、南京、武漢、廣州、深圳等地下鐵道，或完全穿過第四系土、泥層，或部分穿過第四系層，部分進入巖層及其分化帶。由于地鐵的工程包括明挖和蓋挖或暗挖；豎井，涉及井壁安全及豎井施工。采用的手段包括地下連續墻、鉆孔樁、挖孔樁、礦山法暗挖、明挖、及蓋挖、盾構等等，其中情況比較復雜。因此地鐵的設計與勘察兼有鐵路和公路隧道、城市高層建筑、地基深基坑，地下水勘察之特點，要求有關單位及設計，勘測者要有更全面的能力。這對有關單位來說，是十分困難的，因此出現設計與勘察中的疏漏，甚至超出了它們的知識范圍，也是自然的。目前地鐵的地質勘察內容、程序和方法本身還不夠成熟。施工者不懂設計和地質，設計者沒有施工經驗，也不熟悉地質勘察方法和技術，地質勘察者對地鐵的施工和設計沒有感性知識，甚至沒多少知識，這是普遍的現象。實際上．目前在某些工程的勘察、設計、施工中出現脫節和工種間的誤解也是普遍的，例如，隧道和地鐵勘察給出的地質資料從定量上往往是概略的，它給出的巖體分級界線也是概略的，而一些設計和施工者往往認為地質圖上的各種界線的里程是準確的，施工時揭露㈩的情況與地質縱斷面圖里程差了若干，就認為地質勘察有問題；設計者常不愿去變更設計；設計規范中規定，圍巖較差地段的襯砌應向圍巖較好的地段延伸5～10m，這更易導致對地質圖定量數據的誤解。又如許多勘察者不了解設計和施工中的要害，勘察重點不明，地鐵施工中有些必須搞清的情況在勘察中不一定注意，作者也發現有時設計者也未注意，再如，目前許多參與地鐵工作的人員并不認識施工地質及施工地質預報的重要性。因此，需要從地鐵施工、設計的角度對地鐵的勘察及施工地質進行總結、研究、發展。
作者討論的基礎是，首先從地鐵施丁與設計的需要提出要求，然后考察目前的勘察技術手段能達到的水平，使二者能得以統一。在考慮勘察技術時，要考慮目前一般單位已掌握的技術與手段，也提出國內已出現并經過實踐考驗的新技術。
2.地鐵施工的主要地質危險
①許多地段，要防止地面過大的下沉，特別是區間隧道通過居民樓或重要建筑物下時，地面較大的不均勻下沉將使建筑物遭受破壞，作者發現許多地鐵施工者和監理，幾乎全力注意暗挖施工隧道中不要出現問題，而對可能引起的地面下沉比較淡漠。
②要防止施工時出現重大的地質災害或較大的坍方，這些事故不僅影響施工、而且有可能危害地面建筑物或交通。
③地表下有時有密集的管線，有的地方還有古老的或廢棄的下水管道，施工破壞了電力或通訊電(光)纜，其危害不言而喻，破壞了上下水道將會影響施工安全，并導致地面下沉。
3 地鐵施工時主要的不良地質體
3．1 暗挖隧道穿過淤泥、軟土段時易出現坍方
建于淤泥、軟土上的地方建筑物因土的承載力不夠大，隧道施工時對土體的擾動將使地面沉陷量大而使建筑物遭破壞。
3．2 未固結的砂層
特別是出現在隧道拱部時，施工時若措施不利將導致坍方；深基坑壁及其坑底的砂層則常含地下水；鉆孔樁通過砂層施工易出危險；
3．3較大的出水
在深基坑開挖和區間隧道暗挖時需選擇排水或堵水措施，有時1～2m的排水就可引起不容許的地面下沉量。這些地下水重要貯存在砂層中、巖體的強風化帶中、巖溶洞穴、孔隙及裂隙中，有時與地面水連通；
3．4 基巖中的斷層破碎帶
如果暗挖的區間隧道或車站穿過斷層破碎帶，則這些區段將是設計和施丁的重點段，不僅開挖和支護要采取措施防止坍方，而且斷層破碎帶中，尤其是斷層的上盤常富水，這些地下水的連通性好，若施工時以排水為主，有可能使周圍地層泱水過多而產生大的下沉或局部地陷；它們若出現在豎井中，則豎井壁必須作好防坍護壁并要著重考慮地下水；若出現在深基坑底部，則若采取抽排水措施，將引起基坑旁的地面不均勻下沉；若它們位于深基坑底或側下方，則有可能出現承壓水沖破基坑冒出。
3．5 巖 溶
巖溶包括溶洞、溶蝕裂隙及巖溶水在暗挖丁程中遇到充填了地下水或松散物、溶洞底，將是施丁的重大威脅。對地鐵更危險的還在于到處連通的地下水，若不采取堵水措施，町能因排水引起周圍地陷，有時地陷可能發生在開挖段的數百米外。
3．6基巖強風化帶
基巖強風化帶的主要特性是它是巖又似土，花崗巖類的強風化帶中常有球狀的風化較弱的塊。基巖強風化帶中常含裂隙水，水量不很大，但因與上面的土層連通，施工自然排出的水可能引起地層失水而致地面下沉。由此可見，地鐵與山嶺隧道之不同點在于：
(1)地鐵因在城市居民稠密區通過，更加注意環境保護，特別是防止地面建筑物的不均勻下沉；
(2)此對地下水的排還是堵，是地鐵設計與施工中的重點考慮問題之一，故對地下水的勘察是勘察重點之一；
(3)地鐵存在地基或樁基承載力的問題，因此對持力層的探察是一般隧道所不做的；
(4)地鐵勘察需察明許多地下人工建設的物體。常會遇到各種管線、樁基礎、古代的地下遺存、早期的木樁等，需要探明以供設計和施工。這就使得對地鐵的勘察要求更高、內容更豐富、需采取的手段更多。
4.地鐵需勘察的主要內容
本文不考慮勘察的各階段要求粗細、內容不同，而主要探討應察清哪些情況，不同的勘察階段可
能有所側重。
4．1 基巖情況
基巖情況包括基巖埋深及起伏，風化層(帶)的埋深及厚度；基巖中的斷層破碎帶位置、范圍及現狀，特別是搞清斷層上盤巖體情況； 淤泥、軟土的范圍及厚度；
4．2 第四系層情況(基本上在O～30m深)
(1)層的埋深、厚度及沿地鐵的分布范圍，1m以上厚的砂層、作為透鏡體狀的砂層應探明分布范圍及厚度；
(2)在要考慮樁基或建筑物基礎承載的地段要探明持力層的厚度、埋深、分布、承載力。
4．3 地下水
(1)第四系砂層中的地下水的含水情況；
(2)基巖強風化層中的含水情況。基巖強分化層主要是裂隙水，對比應有清楚的認識；
(3)巖溶水及其連通情況；
(4)地下水與地面水間水力聯系概況。
4．4巖溶發育情況
地鐵在通過巖溶發育區時，應下丁夫察明巖溶發育區范圍，含水情況及巖溶水的連通晴況，與地面水的聯系，重點地區（如區間隧道通過處或底下不深處應探明較大巖溶的位置及劃）。
4．5 地下管線、古老的下水道、其他地下障礙物的探察
4. 6隧道掌子面前方不良地質預報
5.主要的勘察技術
5.1勘察中的幾個困難課題
基巖及風化層的埋深等勘探難度不大，但對0～35m深的第四系中的薄層勘探難度很大，薄砂層往往呈透鏡狀或不連續的層狀，在城市中不可能過密地用鉆探，需考慮新的方法技術。
巖溶的勘探是個困難問題，特別是單個溶洞的勘探，更是個難題，好在近口已有新的技術試驗得到好效果。地下水的連通，需要勘察者采用多種手段，并動腦筋去作綜合分析。為解決地鐵勘探的問題，需要采用地球物理技術。
5．2 主要勘察手段
5．2．1鉆探及靜力觸探
鉆探可取芯直接觀察但在第四系層中，巖芯采取率不高；所以應適當多用靜力觸探，它可以直接提供層的承載力信息。
5．2．2地球物理技術
(1)地震勘探的能力及問題
探察基巖面、基巖強風化面，地震折射法和地震反射法是可以勝任的。但是，地震勘探法在城市中怕汽車震動等干擾，需在夜間工作，或為暫時封鎖線路。地震反射法對o～35m深的薄層無能為力。
(2)探地雷達
探察地下管線及埋深0-10m左右的地下障礙物是特長，但其探察深度有限；探察地下管線也可用其他探地下管線的儀器。
(3)電阻率法
在地面為非瀝青路面的情況下，直流電法可探測層位深度，精度為10％～20％；它在探察巖溶發育區、斷層帶位置及大致形狀等方面會有好的效果。但目前常規的電阻率儀在城市中工作受雜散電流干擾大，難以工作作。20世紀80年代生產的C--1微測深儀可解決這個難題，但近日停產，其第三代微機化的儀器將進入市場。
(4)可探淺薄層并不怕城市干擾的陸地聲納法
“陸地聲納法”是“極小偏移距高頻超寬帶彈性波反射連續剖面法”的簡稱，推出十年來，不僅在隧道掌子面前方100m左右地質預報中取得好效果，而且在淺部薄層探察、溶洞探察中顯示其良好的功能。如在勝利油田0～40m的薄層探察中，劉厚1～2m的粘土層、砂層、砂透鏡體有好的探察成果，并可清晰地反映埋于地下的古河道的情況及其被一次次淤淺、淤平的痕跡。在廣州白云新國際機場的探察中，對埋深30m左右直徑l-2m的溶洞有良好的探察效果。這種方法已投產了LDS--1型儀器投入市場。
“陸地聲納法”一般與“微分電測深”相聯用。后者是電阻率測深的一個變種，可在地面上以0．2-
0．4m的精度和分辨率定點探測地下，相當于不鉆孔而得到鉆孔資料。當然在城市中工作要避免雜散電
流干擾，需用特殊的儀器。好在在新儀器推人市場之前，前述已停產可抗干擾的C--1國內尚有4臺左右。
(5)各種激電法
它們是專用的探測含水層及其含水情況的方法，既然地下水的情況對地鐵如此重要，這類方法也當然是地鐵勘察中應當采用的方法。但在城市中存在大地電流干擾，應選擇抗干擾強的方法，或許雙頻微電法、瞬變電磁場法應是首選的方法。
(6)鉆孔中測水的動態的方法
為察明巖溶的動態參數，應在鉆孔中用流速儀等測定水的流向，流速，并可通過鉆孔電視觀察鉆孔壁巖溶微孔及裂隙的情況。必要時要做水的連通試驗。
5．3 綜合物探與綜合勘探
前面介紹了幾種新的物探方法，有些是以前地鐵勘察時從未用過的，許多單位對它們也知之不多。但它們在地鐵勘察中確有特效，應選用，而不是囿于傳統的方法。
綜合物探就是幾種物探方法共用，取長補短、互相補充。其中選擇合適和合理的方法搭配是最重要—環。但盡管采用綜合物探號召多年，教科書、規范中也有論述或規定，但具體實施中常悖之，有時使用了幾種方法，但并沒有“綜合”。其原因之一是教育和單位工作體制的問題，一個工作人員一生中往往僅搞一種方法，頂多兩種方法，沒有選擇的能力，即使技術主管也缺少通才；之二是工作人員信息不靈。這就使得往往僅選擇手頭已有的方法去應付合同。
綜合勘探是各種勘察手段——鉆探、觸探、地面物探、測井、地質調查等應當合成一體，互相合作、補允。但鐵道部推廣十余年，亦收效不理想。究其原因一亦在于囿于自身的學習經歷及工作經歷，無能力統籌，甚至總工也亦然；二在于體制方面原因，單位多選費用較高的鉆探，而不重視其他手段。
6.地鐵勘察的體制改革及設勘察監理問題
作者這里不涉及各單位的體制，僅從地鐵勘察的改革提出建議。目前的勘察計價，是以工種的工作量來計的，重工作量而輕效果，這也是1950年的流病。只有改成以勘察勘察效果為中心，才有可能改變。實際上，勘察效果好，可為地鐵建設節省許多資金，無端節省勘察費用，必將用建設中成倍成十倍的損失來補償。作者為此有兩條可選之建議：
(1)以地鐵建設費的百分比定為勘察費，只要求完成勘察效果的目標要求，以此作勘察投標依據。
(2)以某實物工作量為基礎編制勘察費標底，但投標及工作中不檢察工作量，而檢察效果，這樣可促使勘察單位更好地采用可得以新技術。
上述建議都以設勘察監理為前提。為此，要如同應設立設計監理一樣，設立勘察監理，并由監理會同專家組對勘察計劃和成果作階段的和最終的評審，這種評審不能是幾天的會議評審，而應當從審察原始資料到最終結果，必要時應要求在勘察合同金額內補充工作。
7. 結束語
①根據地鐵的特點，從地鐵施工和設計的需要提出勘察的任務，在分析了地鐵的特點與主要地質問題后，對地質勘察提出了必須完成的幾項目標。
②在地鐵勘察中應綜合采用多種勘察手段，更好地應用地球物理技術。針對地鐵勘察的需要，在城市中作勘察工作的特點，應當選擇陸地聲納法、微分電測深、各種激發極化探水的新技術；并采用可防城市中噪聲和電干擾的新儀器。
③應采用綜合物探與綜合勘探
④應考慮以勘察效果為中心安排地鐵勘察工作，為此應進行地鐵勘察體制(包括招投標)的改革。
參考文獻
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