北京地鐵六號線西延砂卵石地層綜合勘探方法

李華東　姜永玲

(1.中航勘察設計研究院有限公司，北京　100098；　2.北京京盛工程勘察中心,北京　102206)

?

北京地鐵六號線西延砂卵石地層綜合勘探方法

李華東1姜永玲2

(1.中航勘察設計研究院有限公司，北京100098；2.北京京盛工程勘察中心,北京102206)

摘要：以北京地鐵六號線工程為例，采用鉆進工藝、人工開挖探井、原位測試和室內試驗等多種方法，查明了該工程砂卵石地層的分布特征、承載特性等參數(shù)，為地鐵工程的設計及施工提供了詳細的巖土工程資料，同時也為砂卵石地層的勘察提供了借鑒。

關鍵詞：砂卵石地層，鉆探，地表水，原位測試

0引言

北京地鐵六號線西延工程西起地鐵一號線終點蘋果園站，東至六號線一期起點五路居站，全長8.93 km，共設有車站5座，沿線地層主要為砂卵石層。

北京地處華北平原西北部，地勢總體特征是西北高、東南低，西北為山地，東南為平原，平原區(qū)主要由永定河及潮白河的沖洪積物堆積形成，砂卵石地層廣泛分布。均勻分布、密實的砂卵石地層承載力較高、壓縮性低，是良好的天然地基，采用砂卵石層作為天然地基持力層，能大大節(jié)省工程投資。但作為地質勘探的對象，砂卵石層的勘探難度要遠大于一般第四紀沉積的砂土、粉土及粘性土層，特別是在軌道交通建設過程中，工程施工人員更為關心的是砂卵石地層的施工特性，如砂卵石地層中卵石的含量、粒徑、強度等特征，以及地下水的分布特征，為選擇合適的施工方法提供依據。

1研究現(xiàn)狀

李新華、張宏偉等人采用鉆探取芯、標準貫入試驗、動力觸探N120試驗、室內試驗、鉆孔PS測試、淺層平板載荷試驗、電法工程物探測試等多種手段評價了卵石地層的承載力、波速特性、地層分界及厚度變化等工程性質，勘探手段完備；代國忠、徐志在大直徑鉆孔灌注樁中采用筒鉆法、潛孔錘、巖心聚能爆破以及筒鉆回轉切石等多種施工工藝，積累了在大漂石和卵石地層鉆進成孔的工程經驗；孫宇、王建設等以北京阜石路高架橋人工挖孔樁施工為例，深入分析了砂卵石地層人工挖孔施工特點，并提出了成孔施工關鍵技術措施和施工安全技術措施。

以往的研究大多從地基基礎的角度研究卵石地層的承載特性，對卵石地層的施工特性(特別是對軌道交通工程施工的影響)研究的不夠深入。軌道交通工程勘察中，不僅要求查明砂卵石地層作為地基持力層的承載特性，而且還需要查明卵石的粒徑、強度等施工特性，并且還需查明砂卵石地層的滲透性、熱物理指標及場地內地表、地下水與擬建地鐵隧道的水力聯(lián)系等。因此，有必要對六號線西延工程沿線的砂卵石地層進行詳細研究，為六號線西延工程的設計、施工提供依據，同時為類似地層中的工程勘探及施工提供參考。

2砂卵石地層綜合勘探方法

為了準確的查明砂卵石地層的工程地質性質，為地鐵施工方案提供合理的巖土工程參數(shù)，本工程勘察過程中，采用了鉆探、人工開挖探井、工程地質物探等多種方法，并結合原位測試和室內試驗，綜合確定了地鐵施工所需的各物理力學指標。

2.1選擇合適的鉆具

根據前期調查，擬建線路沿線卵石地層母巖成分主要為石英砂巖、輝綠巖、安山巖及白云巖等硬質巖石，卵石強度高，鉆進過程中，經常會遇到大直徑的卵石甚至漂石，鉆頭磨損較快，鉆進效率低，如不及時更換合適的鉆具，不僅會損壞鉆頭，甚至有可能發(fā)生鉆桿劈裂及折斷；同時，由于砂卵石地層孔壁自穩(wěn)能力差，孔壁地層易坍塌，埋鉆、卡鉆風險大，發(fā)生埋鉆、卡鉆后，不僅會造成經濟損失，而且使鉆進達不到設計深度，不滿足規(guī)范要求，造成廢孔，因此，有必要在鉆進過程中，遇到不同塊徑的卵石時，更換合適的鉆頭，同時應采取必要的措施，加強孔壁的支護，防止孔壁坍塌。

2.1.1鉆頭

為了滿足鉆進效率，同時又減小鉆具的磨損，配備了3種材質的鉆頭：復合片、金剛石和牙輪鉆頭。

牙輪鉆頭適宜于鉆進散體的碎塊石，在砂卵石地層中鉆進時，靠鉆頭將碎塊石磨成巖屑，依靠泥漿的反循環(huán)作用，將孔底的碎屑帶到地面，鉆進效率較高，但不利于鑒別卵石粒徑、成分及卵石含量等特征(見圖1)。

復合片鉆頭在砂卵石地層中鉆進時，采用干鉆，能將孔內粒徑小于鉆頭口徑的砂卵石帶至地面，便于鑒別砂卵石的成分、粒徑及卵石含量，但鉆頭磨損快，鉆進效率較牙輪鉆頭低(見圖2)。

金剛石鉆頭在砂卵石地層中鉆進時，與復合片鉆頭工作原理類似，但金剛石鉆頭剛度大，遇到大塊徑的卵石甚至漂石時，切削石塊的能力較強，鉆進效率較牙輪鉆頭和復合片鉆頭高(見圖3)。

根據這些鉆頭的不同工作特性，可在鉆進的不同階段，根據不同的鉆探目的，選用不同的鉆頭。

2.1.2護壁

砂卵石地層鉆進過程中，鉆桿帶動鉆頭沖擊、磨碎、切削孔底的卵石，同時，鉆桿也會不停的擾動孔壁的地層，導致孔壁的卵礫石墜落，有可能卡住鉆桿、埋住鉆頭。因此，在鉆進過程中，應該采取護壁措施，防止孔壁坍塌。采用反循環(huán)鉆進工藝時，可采用合適稠度的泥漿護壁，一方面減小鉆桿與孔壁的摩擦，另一方面增強卵石之間的粘結力，穩(wěn)定孔壁。除泥漿護壁外，還可在鉆進過程中下入套管，每鉆進一段，往孔內下入一段套管，保證孔壁穩(wěn)定。

2.2地表及地下水特征

六號線西延工程穿越永定河引水渠，準確的查明擬建線路地下水分布情況及引水渠內地表水與地下水之間的水力聯(lián)系，對地鐵線路的施工尤為重要。

2.2.1地表水

北京地區(qū)降水量不穩(wěn)定，季節(jié)性和年變化較大，年內降水量分配不均，汛期(6月份～8月份)降水量一般占全年降水量的80%以上，冬季(12月～來年2月)降水量僅占全年降水量的2%左右。2012年7月21日，北京遭遇特大暴雨，全市平均降雨量164 mm，為61年以來最大，造成9條地鐵線進水，六號線一期甜水園站施工圍擋傾倒，大量積水涌入，造成路面約20 m2的塌陷。

六號線西延工程初勘過程中，正逢“7·21”暴雨，在暴雨之前，永定河引水渠內無水流，處于干涸狀態(tài)(見圖4)，暴雨后，渠內水流較大，兩岸河堤沖蝕強烈(見圖5，圖6)。裸露的人工挖孔樁見圖7。

根據調查得知，永定河引水渠僅在汛期和灌溉期間有水流通過，其他時間均為干涸狀態(tài)，因此，地鐵穿越水渠段施工避開汛期及河流灌溉期即可。

2.2.2地下水

砂卵石地層中，采用反循環(huán)工藝鉆進時，由于泥漿的影響，很難查清地層中的水位分布情況。采用SH-30鉆機鉆進時，效率極低，且鉆進深度有限。為了解決查水位的問題，我們利用DPP-100型反循環(huán)鉆機成孔后，再用SH-30型鉆機在孔內下入套管穩(wěn)定孔壁，并在套管內下入PVC管，用清水洗孔，洗孔完畢并等水位穩(wěn)定后，再量測地層中的水位。

六號線西延工程2標段勘察過程中，在田村路(1號測水孔)及廖公莊站(2號測水孔)各布置一個測水孔，測量勘察期間的水位，采取地下水進行水質分析，在孔內進行提水、灌水試驗，確定砂卵石層的滲透性，并對孔內水位實施長期觀測。

2.3卵石粒徑及強度

在粘性土、粉土及砂土地層中，工程地質鉆探、取土試樣及試驗能滿足勘察的要求，而在砂卵石地層中，由于鉆探孔徑小(一般為90 mm～150 mm)，對砂卵石的粒徑、強度認識不足，而地鐵施工過程中，卵石的粒徑及強度對選擇施工機具及施工工法至關重要。因此，需要采用探井、探坑及周圍基坑調查等方式，詳細的查明卵石的粒徑及強度特征。卵石篩分見圖8，卵石點荷載試驗見圖9。

六號線西延工程2標段勘察過程中，在田村及五路居兩個車站附近各布置一個孔徑1 m、深30 m的探井，采用人工開挖、環(huán)形護筒護壁，豎向每間距1.5 m取砂卵石樣，在室內進行篩分，量測卵石的粒徑，并稱出每粒徑組的卵石重量，繪制卵石的顆分曲線，見圖10。挑選不同粒徑的卵石，用點荷載儀進行卵石的點荷載試驗，獲取卵石的點荷載強度，為地鐵的施工提供指導，見表1。

2.4原位測試

地鐵勘察中，砂卵石地層的原位測試除常規(guī)的標貫、動探試驗以外，還有波速、電阻率、電導率等熱物理指標測試。

波速測試采用SWS-2型波速檢測儀，測量鉆孔的全孔波速值，進而獲取各地層的動參數(shù)，包括動彈性模量、動剪切模量和動泊松比，提供場地的類別、抗震設防烈度、卓越周期、地震基本加速度、場地飽和粉土與砂土的液化可能性，為地鐵結構的抗震設計提供參數(shù)。

電阻率測試采用GMD-6型電法儀，測量鉆孔各地層的電阻率及電導率，為地鐵的通風散熱、配電設計等提供熱物理參數(shù)。

3結語

砂卵石地層強度較高，鉆進困難且孔壁易坍塌，在勘察過程

文章編號：1009-6825(2016)14-0066-03

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：李華東(1984- )，男，工程師；姜永玲(1984- )，女，工程師

中圖分類號：P624

文獻標識碼：A