青島地鐵勘察技術手段分析及發展對策建議

冀東，何松，邵鋮，魏嘉新，李文光

（1.青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032； 2.青島巖土工程技術研究中心，山東青島 266032；3.山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦，山東萊州 261442）

青島地鐵勘察技術手段分析及發展對策建議

冀東1，2?，何松1，2，邵鋮1，2，魏嘉新1，2，李文光3

（1.青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032； 2.青島巖土工程技術研究中心，山東青島 266032；3.山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦，山東萊州 261442）

青島市區內城市軌道交通工程線路?？缭讲煌孛矄卧?，地下結構整體深埋于地下，采用多種施工工法；項目建設對勘察工作的準確性與可靠性有著極高的要求，勘察成果的好壞將直接影響地鐵項目建設的工期、安全與造價。在分析青島地鐵勘察主要技術手段、工作重點及常見問題的基礎上，從鉆探設備及工藝水平提升、受控定向鉆探及綜合物探技術應用、地鐵勘察信息化建設、專業人才隊伍培養等幾個方面出發，提出了相應的發展對策與建議。

城市軌道交通；勘察技術；定向鉆探；綜合物探

1 引 言

地鐵建設在我國北京、天津、上海、南京、武漢、重慶、廣州、深圳、青島等城市已經進入了快速發展的黃金時期［1～2］。根據青島市軌道交通線網規劃，全市規劃形成軌道交通線路19條，全長 814.5 km［3］。目前，除已于2015年底投入運營的地鐵 M3號線外，M1、M2、M4、R1、R3等多條熱點線路也已經處于全面建設階段［3］。

由于青島地區特殊的工程地質條件，使地鐵車站和區間大多整體深埋于地下，地下主體結構類型較為復雜。部分線路同時采用明挖法、礦山法、盾構法、TBM法等多種的施工方法，在全國范圍內比較罕見［4］。上述因素使得青島地鐵的勘察工作具有技術要求高、實施難度大的特征，其工作成果的好壞將直接影響地鐵項目建設的進度、安全與造價［5～6］。在此背景下，如何根據青島地鐵沿線地質條件、勘察階段與建設項目特點，不斷探索創新勘察技術手段與工作方法，進而獲取更為翔實可靠的地勘資料，已成為勘察設計技術人員亟須解決的問題。為此，在分析青島地鐵勘察主要技術手段、工作難重點及常見問題的基礎上，從鉆探設備及工藝水平提升、受控定向鉆探及綜合物探技術應用、地鐵勘察信息化建設、專業人才隊伍培養等幾個方面出發，提出了相應的發展對策與建議，為類似地鐵勘察項目工作的科學布置與高效實施提供指導和借鑒。

2 青島地鐵勘察的主要技術手段及工作重點分析

青島地鐵M4號線為青島主城區的骨干線路，總體呈東西走向，從青島城區的中部東西向連接老城區、東部新區以及嶗山區沙子口鎮。線路自人民會堂站起，經太平路、熱河路、華陽路、內蒙古路、海泊橋后，沿鞍山路、遼陽西路、遼陽東路、李宅路（S296）、李沙路（S214）到達終點沙子口站，線路長26.15km，全部為地下線。由于青島地鐵4號線沿線區域的地質條件基本涵蓋了青島地區常見的地形地貌及地層情況，具有典型代表意義［7］。故以青島市地鐵4號線工程勘察（詳勘階段）的方法為例，介紹青島地鐵勘察的主要工作方法。

青島地鐵M4號線主要勘察手段及布置原則［8］表1

? 收稿日期:2016—01—04

作者簡介:冀東（1987—），男，博士，工程師，主要從事巖土工程勘察技術、巖石力學與工程領域的研究工作。

續表1

如表1所示，根據青島地區區域地質條件和地層情況，青島地鐵4號線工程勘察（詳勘階段）采用了工程地質測繪、工程鉆探、原位測試、工程物探、水文地質試驗、室內試驗等勘察方法，結合工程特性和場地條件采取具代表性的巖樣、土樣、水樣進行室內試驗分析，多種手段相結合的綜合勘察方法。根據多年來的工程實踐經驗，針對青島地鐵項目的勘察工作需關注以下要點:

圖1　市區繁華商貿區地鐵勘探作業現場

（1）青島市區交通非常繁忙，地鐵線路兩側建筑物密集，而大部分設計鉆孔位于繁華市政道路及其兩側（如圖1所示），局部地區街道狹窄；地下管線復雜，人防干道、地下埋藏物不清?？紤]到上述因素，現場工程鉆探時需要面臨一定的安全施工隱患及大量的協調工作。此外，青島地鐵埋深較大，鉆探深度較深，有相當一部分的鉆孔設計孔深超過 60 m，現場鉆探作業實施時應充分考慮鉆探工藝特點及工期要求。

（2）由于青島地區特殊的工程地質條件，使地鐵車站和區間選取了多種不同的結構類型及施工方法。區間隧道施工方法包括礦山法、盾構法、TBM法；地下車站優先考慮暗挖法，其次為明挖法，需考慮與其他線路換乘、TBM過站等問題；涉及如此多樣的施工方法在全國范圍內是比較罕見的。這些不同的設計方案、施工方法出現的巖土工程問題有所不同，需要提供的資料內容和設計參數亦有一定的差別，這就對勘察技術工作布置及巖土工程問題評價提出了較高的要求。

（3）地鐵工程勘察屬線狀展布的線路勘察，單元巖土層常水平緩變或切割突變，直至缺失；一條線路?？缭讲煌牡孛矄卧?，部分區域受斷裂、構造活動影響顯著，巖土工程指標差異很大。為此，在勘察工作中需精確查明不良地質體的分布特征及影響范圍，并提出針對性的工程措施及防治建議。

3 發展對策建議

3.1 優選先進鉆探設備提升鉆探工藝水平

深孔工程地質鉆探是目前青島地鐵的勘察工作的重要內容之一，也是獲取室內試驗各類原狀土樣、擾動樣、巖樣的主要手段。以正在開展的4號線一標段詳細勘察工作為例，共布設鉆孔846個，總設計孔深超過32 000 m，預計取各類試驗樣品近 4 000件。因此，選取理想的設備與工藝確保工程地質鉆探工作的高質、高效完成，對于整個勘察工作具有至關重要的意義。

目前，在青島地鐵勘察項目中常見的鉆探設備是采用單層巖心筒取芯的XY-1型鉆機。如圖2所示，該型號鉆機配置有履帶，具有機動性強的特點；單層巖芯筒雖取芯質量與取芯率稍差，但尚能滿足一般工民建勘察項目的要求。然而在地鐵勘察項目中，其動力配置較差，節理裂隙發育帶、斷裂構造區巖石采取率低等問題，常常難以滿足工期及技術要求。此外，該鉆機的噪音、環境污染問題也比較突出。

圖2　青島地鐵勘察項目中的鉆探設備

為此，青島地鐵1號線詳勘項目中部分工點應用了GXY-2BT型鉆機與雙層巖心筒取芯技術，并通過其現場應用情況分析了有關技術性、經濟性、工效等指標［9］。圖3給出了兩種鉆機對于某一工點相近地層的取芯情況對比。GXY-2BT型鉆機及雙層巖心筒取芯技術對微風化基巖、節理裂隙發育帶的巖芯采取率可接近100%，對受斷裂、構造影響巖體的采取率也可達到90%以上；其工效、單位進尺能耗等指標也要明顯優于XY-1型鉆機。因此，為了更好地實現勘察鉆探的工期與技術目標，建議在今后的地鐵勘察鉆探工作中，特別在鉆孔揭露巖體破碎、斷裂構造發育的地段，優先采用更為先進、成熟的鉆探設備及雙層巖芯管取芯技術。

圖3　GBX-2BT型與XY-1型鉆機取芯情況對比

3.2 探索應用受控定向鉆探技術

目前，地表垂直鉆探仍是青島地鐵勘察中最直接、最有效的手段，也是勘察工作中重要內容之一。該手段依據地鐵線路設計資料，布置孔深、間距滿足相關規范要求的勘探鉆孔，通過地表垂直鉆探反映勘察鉆孔周邊區域的地質條件。當遭遇地質條件復雜地段（地貌結合部位、河道附近、構造斷裂帶）時，僅通過有限的垂直鉆孔，難以全面、精確反映隧道洞身圍巖的地質特征；一個設計孔深為 60 m的鉛垂直線勘探鉆孔，勘察設計人員往往只關注隧道洞身段 8 m左右范圍內的鉆探取芯情況，有效鉆探進尺占鉆孔總進尺的比例僅為13%。如何探索和創新應用于地鐵勘察中鉆探新方法，是一個值得思考的問題。

受控定向鉆探自20世紀30年代出現以來，在地質勘查、能源開發與利用領域得到了廣泛的應用［10～11］。作為鉆探工程中先進而復雜的一項高新技術，目前在我國城市軌道交通建設中的應用還比較少見。鑒于受控定向鉆探技術發展現狀及青島地鐵項目的特點，建議優先考慮多孔底全方位、短半徑水平孔的設計方案。如圖4所示，自地表處首先實施頂角0°主孔的鉆探，鉆至距離勘探靶區隧道洞身段約 20 m～30 m時，開始分支孔的造斜，造斜強度選取3°/m～5°/m，連續造斜直至分支孔接近水平向。造斜工具采用帶彎接頭的螺桿鉆具和彎外殼螺桿鉆具，根據巖石可鉆性級別分別采用鋸齒形金剛石造斜鉆頭，以清水作為清洗液。一個里程方向上可初步設計3個分支孔，分別揭露隧道頂板、腰線及底板處的地質條件?？紤]到定向鉆探的實施難度大、造價高的特點，可優先在大范圍常規鉆探受場地條件制約、線路深埋于地下、有特殊勘察要求的區域嘗試定向鉆探方案的實施，并將應用成果進行推廣。

圖4　多孔底全方位受控定向勘探鉆孔設計示意圖

3.3 推廣應用綜合物探技術

目前青島地鐵勘察中常用的物探方法為高密度電阻率法，其實質是通過接地電極在地下建立電場，以電測儀器觀測因不同導電地質體存在時地表電場的變化，從而推斷和解釋地下地質體的賦存狀態，達到解決地質問題的目的［12］。鑒于物探結果的多解性，單一預報方法往往無法全面掌握地質信息。此外，青島地鐵隧道的物探范圍為距地表 100 m內的地質斷面，現場實施物探時受周邊人文設施的擾影響較為顯著。

基于上述因素，建議在今后的地鐵勘察物探工作中考慮應用綜合物探技術，加入音頻大地電磁法（EH-4）和瞬變電磁法（TEM）的物探方法，豐富測試手段；針對可能面臨的干擾問題，采取增加測量迭代次數等必要的降噪措施，同時加強物探結果的解譯工作，將多種物探預報方法互相配合、驗證補充，增強預報效果；必要時在地鐵建設項目施工階段加強補勘工作，采用超前水平鉆探地質預報的手段，避免盲目施工帶來的安全隱患，提高施工效率。

3.4 提升勘察工作的信息化水平

目前勘察鉆探技術仍處于上世紀80、90年代水平，鉆探設備、鉆探工藝、鉆進方法等都沒有創造性的改變與提升；勘察的主要技術手段近年來發展非常有限，鉆探編錄、原位測試記錄等仍采用較為原始的手寫記錄形式，原始資料收集、錄入工程軟件、資料處理等存在重復勞動的問題，勘察工作的信息化、標準化、現代化程度偏低，已跟不上其他行業進步的步伐。在地鐵勘察工作中更多地采用先進的科學技術手段，提升工作手段的標準化、信息化、智能化程度，將大大提高工作效率。為此，建議有關科研院所、地勘生產單位加大對勘察信息化創新驅動的投入，尤其是對有關巖土工程勘察外業信息采集系統、智能隨鉆監測（DPM）等研究方向的投入，促使地鐵勘察向著現代化、信息化的方向穩步發展。

3.5 加強勘察專業技術人才隊伍建設

近年來，參與青島地鐵勘察項目中的專業技術人員中，具有執業資格人員的比例較往年有了較大提升，但仍舊存在很大的提升空間。絕大多數從業人員對規范標準等強制性條文有著比較深刻的認識，但由于所接受的專業技術培訓指導相對較少，導致報告編寫過程中難免出現錯漏，工程評價深度不夠、針對性不強等現象；勘察勞務作業隊伍人員流動性大，部分勞務單位仍以農民工為用工主力，統一規范的勞務體系尚未形成。這導致了勘察鉆探等勞務隊伍人員素質的參差不齊，作業人員對安全教育與技術交底等認識度不夠，鉆探、取樣及原位測試的完成質量差強人意。為此，應當著力強化勘察專業技術人才隊伍建設，大力培養相關的地鐵勘察人才；統一規范勞務用工體系，提升勘探隊伍穩定和文化程度，減少作業隊伍人員的流動性，為地鐵勘察工作的不斷進步提供可靠的人才支撐。

4 結 語

巖土工程勘察質量作為工程建設安全、高效的重要保障，服務于設計，指導于施工，勘察工作準確性決定了工程建設的投資效率。作為青島地鐵勘察項目的從業人員，一定要強化責任感和使命感，發揚嚴謹、務實、高效、創新的工作作風，不斷提升勘察工作效率與技術水平，為青島地鐵建設項目的安全、穩步推進作出應有的貢獻。

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Analyses and Development Strategies of Survey Technical Means in Qingdao Metro

Ji Dong1，2，He Song1，2，Shao Cheng1，2，Wei Jiaxin1，2，Li Wenguang3
（1.Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China；2.Geotechnical Engineering Technology Center of Qingdao，Qingdao 266032，China；3.Sanshandao Gold Mine，Shandong（Laizhou）Gold Group Co.，Ltd，Laizhou 261442，China）

Qingdao urban rail transit lines usually cross through different geomorphic units，underground structures buried in great depth adopt varies construction methods.The quality of survey results directly affects the period，safety and cost of metro project，and there is a very high requirement for the accuracy and reliability of survey work.Based on the analysis of main technical means and common problems in survey work，development strategies from promotion of drilling equipment and technology level，application of controlled directional drilling technology and integrated geophysical technique，information construction and education of professional personnel team are proposed，which will provide certain lessons and guiding significance to arrangement and implementation of similar metro survey projects.

urban rail transit；survey technology；directional drilling；comprehensive geophysical prospecting

1672-8262（2016）02-161-05中圖分類號：P642

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