兰州市地铁1号线穿黄段工程综合勘察方法与评价

赵 成，胡向阳，严耿升

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

兰州市城市轨道交通1号线西起西固区陈官营东至东岗，线路全长26.7 km，均为地下线路，共设车站20座，沿线主要地层为第四系砂卵砾石以及第三系红砂岩。其中奥体中心-世纪大道区间、迎门滩-马滩区间2次穿越黄河。穿越黄河段两岸及河床下部主要地层为全新统(Q4)卵石层和下更新统(Q1)卵石层构成，透水性强。黄河水与地下水具有双向补给、水流交替循环强烈、水位恢复迅速的特点。

1 工程概况

奥体中心-世纪大道区间位于崔家大滩-世纪大道，地面高程为1 518.60～1 534.50 m，全长2 120.009 m，均为双线隧道组成，轨面设计高程为1 491.853～1 518.353 m，底板埋深16.56～42.00 m。两线间距约20.70 m，下穿黄河段长度为317.00 m(见图1)，拟采用盾构法施工。

图1 奥体中心-世纪大道穿越黄河段示意图

图3 奥体中心-世纪大道区间分层抽水试验图

盾构检修井兼联络通道(中间风井)中心长30 m、宽16 m、深42 m，为矩形竖井，拟采用明挖法施工。

2 综合勘察

2.1 钻 探

穿黄段区间卵石地层粒径大，成份复杂，强度高，钻进过程往往进尺较慢，塌孔现象严重，造成勘察进度慢，而且岩芯采取率低，勘察效率低。在穿黄段勘察过程中采用了水电勘探技术中SM植物胶松散地层钻探技术，大大提高了卵石地层钻探的效率和取芯质量。图2为采用植物胶技术钻探的取芯照片。

2.2 原位测试

穿黄工程勘察过程中采用了预钻式旁压试验，通过侧向膨胀的旁压仪器对钻孔侧壁施加横向均匀应力，使孔壁土体发生径向变形直至破坏，获得地层的侧向力学参数。表1为穿黄段地层旁压试验结果。

2.3 抽水试验

穿黄段两侧风井明挖施工过程中存在基坑降水问题，为了保证降水工程设计与施工能够采用准确的水文地质参数，在奥体中心-世纪大道区间黄河东侧岸边进行了一组分层抽水试验。通过分层抽水试验(见图3)，分别得到了卵石地层水文地质参数，见表2、3。

图2 采用植物胶钻探取芯岩芯照图

地层初始压力P0/kPa临塑压力Pf/kPa旁压模量Em/MPa旁压剪切模量Gm/MPa基床系数/(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 穿黄段分层抽水试验成果统计表

2.4 大型剪切试验

穿黄段竖井基坑支护所需卵石抗剪强度非常重要，为了查清卵石的抗剪强度，在现场进行了卵石的大型剪切试验。试验采用平推直剪法，即剪切荷载平行于剪切面施加的方法：在每组的4个试样上分别施加不同的竖直荷载，等变形稳定开始施加水平荷载，水平荷载的施加按照预估最大剪切荷载的8%～10%分级均匀等量施加，当所加荷载引起的水平变形为前一级荷载引起变形的1.5倍以上时，减荷按4%～5%施加，直至试验结束。在全部剪切过程中，垂直荷载应始终保持为常数。通过现场大型剪切试验，得出了卵石地层的抗剪强度指标见表4。

2.5 基床系数

为了获取穿黄段卵石地层的基床系数，进行了现场基床试验测试。现场测试时采用K30方法，共进行4组，两组为松散砂卵砾石，两组为冻结砂卵砾石。由于试验对象不同，松散卵石水平和垂直方向的k30值分别为106 MPa/m和112 MPa/m;冻结卵石水平和垂直方向的k30值分别为407 MPa/m和426 MPa/m，垂直方向大于水平方向。冻结砂卵砾石的k30值受冻结影响，其值明显偏大。图4及表5分别为穿黄段卵石地层基床系数试验成果图及统计表。

表3 水文地质参数计算结果统计表

表4 抗剪强度试验汇总表

图4 穿黄段卵石地层基床系数k30试验图

试验编号试验深度/m推力方向定名k30参数指标沉降基准值/mm对应荷载/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

为了全面揭示兰州地铁1号线穿黄段卵石地层特性，现场还进行了波速、电阻率、放射性、地温等物探测试手段。波速测试采用国产WZG-24A工程地震仪，测试深度25.0 m，测点竖向间距为1.00 m测试,成果见表6。电阻率、放射性、地温采用重庆地质仪器厂生产的JGS-1B智能测井仪,电阻率、放射性测试成果见表7、8。现场地温测试成果表明，井温在18.4～21.9 ℃，无井液平均温度21.9 ℃，略低于大气温度，井液中平均温度19.4 ℃，基本为井液温度，孔中未见变温层，相对恒温层的温度为19.4 ℃左右(见图5)。

3 结 语

兰州地铁1号线穿黄段工程无论是项目规模还是施工难度在兰州均为首次。为保证设计、施工的顺利进行和开展，针对奥体中心-世纪大道区间穿黄段工程采用综合勘察手段及方法。

表6 穿黄段卵石地层波速测试成果表

表7 穿黄段卵石地层电阻率测试成果表

表8 穿黄段放射性测试成果表

(1) 通过采用植物胶技术，提高了钻探岩芯采取率，卵石地层采取率达到了95%以上。保证卵石地层的划分及描述的精度。

(2) 通过旁压原位测试，获得卵石地层的旁压模量、地基承载力等原位参数。

(3) 在穿黄段岸边分别对Q4卵石以及Q1卵石进行了分层抽水试验，得到2层卵石地层的水文地质参数，为降水设计以及施工提供了有力的证据。

(4) 通过大型原位剪切试验、基床试验，得到了卵石的抗剪强度、基床系数等宝贵的力学参数，其中卵石黏聚力给出了切合实际的建议值，为穿黄段基坑支护设计提供了精确参数，节省了施工成本。

(5) 结合波速、电阻率、放射性、地温等工程物探方法，获取卵石地层综合物理性质参数。

图5 穿黄段地温测试成果图

(6) 本次兰州地铁1号线穿黄段勘察不仅采用了植物胶进行钻探的新技术，而且进行了分层抽水试验，大型原位剪切试验等综合勘察方法，取得了充实的勘察成果，也为穿黄段设计与施工提供了精确的参数及工程措施建议。勘察成果可靠、宝贵，具有较高的参考价值和工程实际意义。