深圳市丹平快速路一期工程勘察經(jīng)驗(yàn)探討

蔡學(xué)文

(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東 深圳 518028)

1 引 言

隨著深圳經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有的道路交通早已滿足不了快速增長(zhǎng)的車輛通行要求，特別是關(guān)內(nèi)和關(guān)外之間的現(xiàn)有道路已成為市民出行的瓶頸，經(jīng)常造成早晚上下班高峰期間堵車。為了改善這種堵車狀況，深圳市交通運(yùn)輸委員會(huì)制定了《深圳市干線道路網(wǎng)規(guī)劃》。

丹平快速路是《深圳市干線道路網(wǎng)規(guī)劃》中“七橫十三縱”的重要組成部分，也是《深圳市干線道路網(wǎng)規(guī)劃》提出近期建設(shè)“一橫八縱”快速干線道路之一，是聯(lián)系羅湖、布吉、橫崗和平湖物流園區(qū)的城市快速路。丹平快速路規(guī)劃線位起于愛(ài)國(guó)路高架橋，途經(jīng)布心、沙灣、丹竹頭、白泥坑、鵝公嶺，終于規(guī)劃外環(huán)快速路，路線全長(zhǎng)約18.77 km。

其中丹平快速路一期工程起點(diǎn)與愛(ài)國(guó)路沿河高架橋相接，沿沙灣公路前行至布心路口，采取下沉方式通過(guò)深圳水庫(kù)邊緣地段，后穿越九尾嶺、求水嶺、貓公壩等三處隧道，其間有橋梁相接;出沙灣關(guān)后多以高架方式跨越布沙路等，沿沙灣至丹竹頭公路前行并以立交方式跨越布橫公路、水官高速等至機(jī)荷高速公路，路線長(zhǎng)約9.7 km。設(shè)計(jì)道路等級(jí)為城市快速路，主路雙向6 車道，輔路雙向4車道。行車速度主路80 km/h，輔路40 km/h。全線采用城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，深惠公路以北主線兩側(cè)設(shè)置輔路，輔路長(zhǎng)3.4 km。全線路面均采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，輔道兩側(cè)設(shè)置非機(jī)動(dòng)車道及人行、公交系統(tǒng)。工程位置詳見(jiàn)工程地理位置分布示意圖(如圖1 所示)。

2 地質(zhì)概況

線路由南至北跨越丘陵、臺(tái)地、剝蝕殘丘及其間凹地、沖溝、沖洪積階地等多種地貌單元。

圖1 工程地理位置分布示意圖

根據(jù)區(qū)域資料及地質(zhì)調(diào)查，勘察區(qū)及其周邊出露的地層主要有第四系和三種不同成因類型的基巖:震旦系花崗片麻巖、加里東期混合花崗巖或侏羅系砂巖［3］。

Z:為震旦系變質(zhì)巖，分布于愛(ài)國(guó)路立交、九尾嶺一帶，以花崗片麻巖為主，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、云母等，中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造等。

Mγ3:為加里東期侵入巖，分布于求水嶺一帶及貓公壩南側(cè)，以混合花崗巖為主，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石等。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，構(gòu)造走向主要為北東向和北西向兩組，但無(wú)活動(dòng)性斷裂帶穿越。

3 勘探工作的難點(diǎn)

線路工程地質(zhì)勘察工作中，長(zhǎng)大隧道的地質(zhì)勘察工作尤為關(guān)鍵，也一直是工作中的重點(diǎn)與難點(diǎn)［1］。

(1)本次勘察包含道路、邊坡、橋梁、隧道、涵洞等多種類型［4～8］，其中橋隧比例占到90%以上，勘察難度大。

(2)九尾嶺隧道下沉段位于深圳水庫(kù)西側(cè)，為了查明了深圳水庫(kù)水對(duì)下沉段的影響及地下水對(duì)下沉段施工及其施工后的影響，本次勘察做了專項(xiàng)水文地質(zhì)勘察［2，3］。

其中孔隙水壓力長(zhǎng)期觀測(cè)在國(guó)內(nèi)公路勘察中運(yùn)用得極少。我公司在本次勘察中，通過(guò)兩年多孔隙水壓力長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，查明了深圳水庫(kù)水對(duì)下沉段的影響及地下水對(duì)下沉段施工及其施工后的影響［2］，這也成為本次勘察工作的一大亮點(diǎn)。

(3)擬建九尾嶺、求水嶺、貓公壩三個(gè)山嶺隧道于深圳大斷烈?guī)У挠绊憛^(qū)域，如何進(jìn)行隧道圍巖分級(jí)成為本次隧道勘察的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本次勘察采用了地質(zhì)調(diào)查、鉆探、坑探、工程物探，多種原位測(cè)試方法、抽(壓、注)水試驗(yàn)、孔隙水壓力觀測(cè)、地震安全性評(píng)價(jià)及室內(nèi)巖、土、水的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、室外巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)等綜合勘察方法。依據(jù)巖石力學(xué)強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)與完整狀態(tài)、地下水狀態(tài)、主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，并結(jié)合考慮巖體縱波波速，對(duì)圍巖進(jìn)行準(zhǔn)確合理的定量分級(jí)，并對(duì)隧道巖土體工程地質(zhì)特征、主要工程地質(zhì)問(wèn)題及其評(píng)價(jià)、隧道圍巖可能偏壓?jiǎn)栴}、進(jìn)出洞口邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、開(kāi)挖邊坡支護(hù)措施以及施工橫洞的設(shè)計(jì)等提出合理的、可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。

(4)橋梁基礎(chǔ)承載力要求高且坐落在不同地貌單元上，下伏基巖為侏羅系沉積巖及震旦系花崗片麻巖，地層變化復(fù)雜且基巖風(fēng)化不均、起伏較大、軟硬互層明顯。本次勘察針對(duì)不同性質(zhì)的基巖采取了中－微風(fēng)化鉆孔芯樣進(jìn)行了大量的巖石抗壓試驗(yàn)和巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)及鉆孔巖體縱波測(cè)試，根據(jù)試驗(yàn)成果，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)各類基巖的中－微風(fēng)化層提出了合理的場(chǎng)地天然濕度的巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度Ra建議值，并且根據(jù)巖石破碎程度等因素，逐樁提供c1、c2系數(shù)，為橋梁基礎(chǔ)選型提供可靠設(shè)計(jì)的施工依據(jù)。

(5)場(chǎng)地地形變化大，存在不少高大邊坡，最大高差達(dá)35 m以上，本次勘察針對(duì)這些高邊坡進(jìn)行專門(mén)的調(diào)查和研究，并用Geo－slope 邊坡計(jì)算軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算和評(píng)價(jià)，并且根據(jù)香港特別行政區(qū)政府更嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《斜坡巖土工程手冊(cè)》(1998.3)進(jìn)行邊坡維護(hù)指引［9］。

(6)場(chǎng)地局部地段微地貌為臺(tái)地間沖溝、東深供水河河谷和階地，本次勘察通過(guò)地質(zhì)調(diào)繪(原始地形)、鉆探、室內(nèi)試驗(yàn)及原位測(cè)試，同時(shí)搜集了上世紀(jì)80年代線址的1∶2 000比例尺原始地形圖進(jìn)行分析，查明了線路淤泥、淤泥質(zhì)土、新近填土等軟弱土層的分布范圍及物理力學(xué)參數(shù)，并且針對(duì)這些不良地質(zhì)條件，提出了合理安全、經(jīng)濟(jì)可靠的路基、涵洞處理方法及建議。

4 勘探方法

本次勘察工作采用工程地質(zhì)測(cè)繪、地質(zhì)調(diào)查、鉆探、坑探、工程物探(地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震、聲波測(cè)井、巖體波速測(cè)試)，多種原位測(cè)試方法如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、圓錐動(dòng)力觸探、旁壓試驗(yàn)、K30 平板載荷試驗(yàn)、抽(壓、注)水試驗(yàn)、孔隙水壓力觀測(cè)、長(zhǎng)期水文觀測(cè)、地震安全性評(píng)價(jià)及室內(nèi)巖、土、水的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、室外巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)等綜合勘探方法對(duì)線路內(nèi)各主要巖土層性質(zhì)進(jìn)行綜合分析，勘察方法手段應(yīng)用合理，針對(duì)性強(qiáng)。

5 主要勘察技術(shù)成果

5.1 下沉隧道水文地質(zhì)研究

線路跨越深圳水庫(kù)地表水系，匯水面積較大，地下水主要補(bǔ)給來(lái)源是降水，水位受降水量的影響，在降水集中的季節(jié)，地表水補(bǔ)充地下水，水量相對(duì)豐富，在道路起點(diǎn)地段和局部階地地貌單元中由于地勢(shì)較低，地下水與地表水具較好的水利聯(lián)系。查明地表水與地下水的水力聯(lián)系非常關(guān)鍵，本次勘察孔隙水壓力測(cè)試和地下水水位觀測(cè)同時(shí)進(jìn)行，分析地下水對(duì)下沉段施工及其施工后的影響并采取預(yù)防措施。其中對(duì)水庫(kù)水對(duì)下沉段的影響進(jìn)行了專項(xiàng)研究，簡(jiǎn)要介紹如下:

根據(jù)水位觀測(cè)觀測(cè)曲線，可得出如下分析:

(1)一般情況下，水庫(kù)的水由大氣降水補(bǔ)給。

地下水流動(dòng)方向由地勢(shì)高向地勢(shì)低洼的方向流動(dòng)。在觀測(cè)曲線上，2006年6月24日～2006年7月20日，各孔水位SXS2 ＞SXS3 ＞水庫(kù)、SX4 ＞SXS6 ＞水庫(kù)。地下水位等值線圖如圖2 所示［2］:

圖2 地下水位等值線圖

可知地下水由西向東補(bǔ)給水庫(kù)，特別是2006年6月28日與2007年7月4日深圳暴雨，各觀測(cè)孔水位有明顯上升，但仍存在SXS2 ＞SXS3 ＞水庫(kù)、SX4 ＞SXS6 ＞水庫(kù)。隨著時(shí)間的推移，地下水沿水勢(shì)的垂直方向流動(dòng)，各觀測(cè)孔水位趨于下雨前。

(2)特殊情況下:水庫(kù)水由東向西逆坡浸潤(rùn)。

在觀測(cè)曲線上，2007年7月20日～2007年8月1日，水庫(kù)水位提升明顯，最高水位達(dá)28.17 m，接近水庫(kù)百年一遇洪水位。東江江水因抗洪需要，排入深圳水庫(kù)。根據(jù)氣象資料，2007年7月20日～2007年8月1日，深圳未出現(xiàn)明顯降雨。各孔水位水庫(kù)＞SXS3＞SXS2、水庫(kù)＞SXS6 ＞SX4?？芍?，SXS2、SXS3、SX4、SXS6 水位上升因水庫(kù)水由東向西逆坡浸潤(rùn)所致。

我們選擇SXS2－SXS3－水庫(kù)的剖面作水流逆坡浸潤(rùn)曲線的計(jì)算，計(jì)算圖形如圖3 所示［2］:

圖3 水流逆坡浸潤(rùn)曲線計(jì)算圖形

由浸潤(rùn)曲線的浸潤(rùn)公式:

水庫(kù)與基坑在剖面SXS2－SXS3－水庫(kù)相距32 m。當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到百年一遇的洪水位28.95 m時(shí)，計(jì)算得由水庫(kù)逆坡浸潤(rùn)至基坑邊的水頭值h=0.5 m。

由上可知，水庫(kù)與基坑存在一定水力聯(lián)系，通常情況下，基坑地下水有西向東補(bǔ)給水庫(kù)。當(dāng)水庫(kù)水由外部因素(江水注入)提高后，水庫(kù)水逆坡浸潤(rùn)至基坑，最高浸潤(rùn)理論值水頭為1.64 ft。

該段地下水位和孔隙水壓力觀測(cè)一直持續(xù)到2008年丹平快速路九尾嶺隧道下沉段施工。

5.2 隧洞用水量預(yù)測(cè)

洞線所穿過(guò)的溝谷無(wú)常年流水，說(shuō)明地下水補(bǔ)給量不大，主要接受降水補(bǔ)給。本項(xiàng)目采用水均衡方程，計(jì)算隧道涌水量。其控制因素為:大氣降水量，隧址集水面積，降水滲入系數(shù)及大氣降水滲入地下達(dá)到隧道涌水處所需的滲流時(shí)間［4］。

隧道涌水量:Q=1000FαA/T

式中:Q—隧道涌水量(m3/d);

F—隧道集水面積(km2);

α—大氣降水滲入系數(shù);

A—年最大降水量;

T—滲流時(shí)間(d)。

隧道集水面積(F):以地表分水嶺為界，在1∶1 000地形圖中量測(cè);

大氣降水滲入系數(shù)α 取經(jīng)驗(yàn)值0.01;

年最大日降水量(A)取深圳地區(qū)日平均最大降水量282 mm;

滲透時(shí)間T 取經(jīng)驗(yàn)值T=1.5 d;

計(jì)算預(yù)測(cè)隧道總涌水量如表1 所示。

預(yù)測(cè)隧道總涌水量 表1

因隧道深埋于溝間地塊之下，表層風(fēng)化裂隙發(fā)育，有部分風(fēng)化裂隙水將參與地表逕流而未能下滲補(bǔ)給進(jìn)入隧道，從而實(shí)際進(jìn)入隧道的水量要小于預(yù)測(cè)計(jì)算值。分析隧道洞身地下水狀態(tài)為:全洞地段以潮濕、滴水為主，但局部地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，由于斷層破碎帶的導(dǎo)通和富水作用，隧道段施工時(shí)，地下水可出現(xiàn)線狀流水現(xiàn)象。

5.3 樁基承載力參數(shù)確定的創(chuàng)新

丹平快速路一期工程起點(diǎn)與愛(ài)國(guó)路沿河高架橋相接，沿沙灣公路前行至布心路口，采取下沉方式通過(guò)深圳水庫(kù)邊緣地段，后穿越九尾嶺、求水嶺、貓公壩等三處隧道，其間有橋梁相接;丹平路出沙灣關(guān)后多以高架方式跨越布沙路等，沿沙灣至丹竹頭公路前行并以立交方式跨越布橫公路、水官高速等至機(jī)荷高速公路。橋梁設(shè)計(jì)復(fù)雜，跨度大，承載力要求高。橋梁基礎(chǔ)坐落在不同地貌單元上，下伏基巖為侏羅系沉積巖(主要以砂巖、砂礫巖為主，局部含碳質(zhì)泥巖、頁(yè)巖夾層)及震旦系花崗片麻巖，地層變化復(fù)雜且基巖風(fēng)化不均、起伏較大、軟硬互層明顯。本次勘察針對(duì)不同性質(zhì)的基巖采取了中－微風(fēng)化鉆孔芯樣進(jìn)行了大量的巖石抗壓試驗(yàn)和巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)及鉆孔巖體縱波測(cè)試，根據(jù)試驗(yàn)成果，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)各類基巖的中－微風(fēng)化層提出了合理的場(chǎng)地天然濕度的巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度Ra建議值，并且根據(jù)巖石破碎程度等因素，逐樁提供c1、c2系數(shù)?？辈旃ぷ鳒?zhǔn)確探明了地層變化情況，并且根據(jù)基巖的破碎程度和大量巖石抗壓試驗(yàn)為橋梁基礎(chǔ)選型提供可靠設(shè)計(jì)的施工依據(jù)。

5.4 邊坡穩(wěn)定性研究

本工程道路多分布在低山、丘陵地帶，道路邊坡多為高邊坡，最大高差達(dá)35 m以上，邊坡為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡。本次勘察針對(duì)這些高邊坡進(jìn)行專門(mén)的調(diào)查和研究，查明了邊坡不良地質(zhì)現(xiàn)象，并用Geo－slope 邊坡計(jì)算軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算和評(píng)價(jià)，提出了高邊坡設(shè)計(jì)與施工參數(shù)，并且根據(jù)香港特別行政區(qū)政府更嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《斜坡巖土工程手冊(cè)》(1998.3)［9］進(jìn)行邊坡維護(hù)指引。實(shí)踐證明勘察提出的邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和評(píng)價(jià)成果合理、安全、可靠。

根據(jù)Geo－slope 軟件自動(dòng)掃描計(jì)算分析所得的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面及穩(wěn)定安全系數(shù)如圖4 所示:

圖4 最危險(xiǎn)滑動(dòng)面及穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算分析圖

5.5 復(fù)雜地質(zhì)探究

場(chǎng)地局部地段微地貌為臺(tái)地間沖溝、東深供水河河谷和階地，本次勘察通過(guò)地質(zhì)調(diào)繪(原始地形)、鉆探、室內(nèi)試驗(yàn)及原位測(cè)試，同時(shí)搜集了上世紀(jì)80年代線址的1∶2 000比例尺原始地形圖進(jìn)行分析，查明了線路淤泥、淤泥質(zhì)土、新近填土等軟弱土層的分布范圍及物理力學(xué)參數(shù)，并且針對(duì)這些不良地質(zhì)條件，提出了合理安全、經(jīng)濟(jì)可靠的路基、涵洞處理方法及建議。

通過(guò)線址的1∶2 000比例尺原始地形圖，可以較為直觀清晰地判斷擬建道路沿線新近填土和軟土層的厚度，并且是對(duì)線址進(jìn)行工程地質(zhì)條件分區(qū)的一個(gè)重要?jiǎng)澐质侄巍?/p>

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)本次勘察采用工程地質(zhì)測(cè)繪、地質(zhì)調(diào)查、鉆探、坑探、工程物探(地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震、聲波測(cè)井、巖體波速測(cè)試)，多種原位測(cè)試方法如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、圓錐動(dòng)力觸探、旁壓試驗(yàn)、K30 載荷試驗(yàn)、抽(壓、注)水試驗(yàn)、孔隙水壓力觀測(cè)、長(zhǎng)期水文觀測(cè)、地震安全性評(píng)價(jià)及室內(nèi)巖、土、水的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、室外巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)等綜合勘察方法，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)各主要巖土層性質(zhì)進(jìn)行綜合分析，查明了擬建線路內(nèi)各巖、土層物理力學(xué)性質(zhì)及其空間分布，對(duì)地下水的評(píng)價(jià)合理，能滿足各設(shè)計(jì)階段的要求，對(duì)基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)和施工均有指導(dǎo)作用，可作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

(2)根據(jù)鉆探采取的巖芯破碎程度、大量巖石抗壓試驗(yàn)及巖體縱波測(cè)試結(jié)果，逐樁提供c1、c2系數(shù)的方式，基本上是以往深圳地區(qū)橋梁勘察報(bào)告中曾未用過(guò)的方法，為本次勘察的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。

(3)丹平快速路一期工程為深圳市重點(diǎn)工程，隨著深圳市市長(zhǎng)許勤2011年6月2日在通車儀式宣布“丹平快速路一期工程完工通車”，這條聯(lián)系羅湖、布吉、平湖、橫崗的縱向城市快速通道正式投入使用。一年多以來(lái)運(yùn)營(yíng)未出現(xiàn)異常情況，運(yùn)營(yíng)良好，市民從東湖公園到機(jī)荷高速行程將由40 min縮短到10 min。極大地推進(jìn)了深圳關(guān)外布吉、橫崗、平湖幾個(gè)街道辦的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市民出行。該工程在2013年全國(guó)優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)獎(jiǎng)評(píng)選中獲工程勘察三等獎(jiǎng)。

致謝:感謝深圳市勘察測(cè)繪院有限公司提供的大量寶貴資料，參加本次勘察的還有丘建金、張文華、張先亮、勞作優(yōu)、龔旭亞、王碩等同志，在此一并感謝！

［1］易鑫，白雪飛．淺談綜合地質(zhì)勘察在長(zhǎng)大隧道勘察中的應(yīng)用［J］．鐵道勘察，2011．2(2):75～78．

［2］王碩，周巍，張素情．九尾嶺下沉式隧道水文地質(zhì)研究［J］．2011，7:87～88．

［3］蔡學(xué)文，王碩等．深圳市丹平快速路一期工程詳勘［R］．深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，2007．

［4］JTJ064－98．公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］．

［5］JTGD70－2004．公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［6］JTGD63－2007．公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［7］JTJ004－89．公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［8］GB50330－2002．建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］．

［9］香港特別行政區(qū)政府行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．斜坡巖土工程手冊(cè)［S］．1998．3