从地铁施工和设计的需要提出地质勘察的内容
摘要：本文根据地铁的特点，列出了地铁的主要地质问题，提出从地铁施丁与没计的需要拟定的地铁勘察内容，并介绍了—些主要的勘察技术。文中对地铁勘察体制的改革提出了建议。并提出设勘察监理的建议。
关键词：地铁 地质勘察 物探 改革
0 引言
笔者近年来接触了一些地铁的勘察设计资料，感到地质勘察的内容与施工和设计有不少不对口之处，根据作者多年从事隧道与地下工程的设计与施工，以及多年从事浅层地质勘察的经验，提出一些建议，以期使地铁的勘察更有的放矢，并提出一些新技术的信息。本文涉及的不包括完全岩质的地铁及地下丁程。
1 问题的提出
北京、天津、上海、南京、武汉、广州、深圳等地下铁道，或完全穿过第四系土、泥层，或部分穿过第四系层，部分进入岩层及其分化带。由于地铁的工程包括明挖和盖挖或暗挖；竖井，涉及井壁安全及竖井施工。采用的手段包括地下连续墙、钻孔桩、挖孔桩、矿山法暗挖、明挖、及盖挖、盾构等等，其中情况比较复杂。因此地铁的设计与勘察兼有铁路和公路隧道、城市高层建筑、地基深基坑，地下水勘察之特点，要求有关单位及设计，勘测者要有更全面的能力。这对有关单位来说，是十分困难的，因此出现设计与勘察中的疏漏，甚至超出了它们的知识范围，也是自然的。目前地铁的地质勘察内容、程序和方法本身还不够成熟。施工者不懂设计和地质，设计者没有施工经验，也不熟悉地质勘察方法和技术，地质勘察者对地铁的施工和设计没有感性知识，甚至没多少知识，这是普遍的现象。实际上．目前在某些工程的勘察、设计、施工中出现脱节和工种间的误解也是普遍的，例如，隧道和地铁勘察给出的地质资料从定量上往往是概略的，它给出的岩体分级界线也是概略的，而一些设计和施工者往往认为地质图上的各种界线的里程是准确的，施工时揭露㈩的情况与地质纵断面图里程差了若干，就认为地质勘察有问题；设计者常不愿去变更设计；设计规范中规定，围岩较差地段的衬砌应向围岩较好的地段延伸5～10m，这更易导致对地质图定量数据的误解。又如许多勘察者不了解设计和施工中的要害，勘察重点不明，地铁施工中有些必须搞清的情况在勘察中不一定注意，作者也发现有时设计者也未注意，再如，目前许多参与地铁工作的人员并不认识施工地质及施工地质预报的重要性。因此，需要从地铁施工、设计的角度对地铁的勘察及施工地质进行总结、研究、发展。
作者讨论的基础是，首先从地铁施丁与设计的需要提出要求，然后考察目前的勘察技术手段能达到的水平，使二者能得以统一。在考虑勘察技术时，要考虑目前一般单位已掌握的技术与手段，也提出国内已出现并经过实践考验的新技术。
2.地铁施工的主要地质危险
①许多地段，要防止地面过大的下沉，特别是区间隧道通过居民楼或重要建筑物下时，地面较大的不均匀下沉将使建筑物遭受破坏，作者发现许多地铁施工者和监理，几乎全力注意暗挖施工隧道中不要出现问题，而对可能引起的地面下沉比较淡漠。
②要防止施工时出现重大的地质灾害或较大的坍方，这些事故不仅影响施工、而且有可能危害地面建筑物或交通。
③地表下有时有密集的管线，有的地方还有古老的或废弃的下水管道，施工破坏了电力或通讯电(光)缆，其危害不言而喻，破坏了上下水道将会影响施工安全，并导致地面下沉。
3 地铁施工时主要的不良地质体
3．1 暗挖隧道穿过淤泥、软土段时易出现坍方
建于淤泥、软土上的地方建筑物因土的承载力不够大，隧道施工时对土体的扰动将使地面沉陷量大而使建筑物遭破坏。
3．2 未固结的砂层
特别是出现在隧道拱部时，施工时若措施不利将导致坍方；深基坑壁及其坑底的砂层则常含地下水；钻孔桩通过砂层施工易出危险；
3．3较大的出水
在深基坑开挖和区间隧道暗挖时需选择排水或堵水措施，有时1～2m的排水就可引起不容许的地面下沉量。这些地下水重要贮存在砂层中、岩体的强风化带中、岩溶洞穴、孔隙及裂隙中，有时与地面水连通；
3．4 基岩中的断层破碎带
如果暗挖的区间隧道或车站穿过断层破碎带，则这些区段将是设计和施丁的重点段，不仅开挖和支护要采取措施防止坍方，而且断层破碎带中，尤其是断层的上盘常富水，这些地下水的连通性好，若施工时以排水为主，有可能使周围地层泱水过多而产生大的下沉或局部地陷；它们若出现在竖井中，则竖井壁必须作好防坍护壁并要着重考虑地下水；若出现在深基坑底部，则若采取抽排水措施，将引起基坑旁的地面不均匀下沉；若它们位于深基坑底或侧下方，则有可能出现承压水冲破基坑冒出。
3．5 岩 溶
岩溶包括溶洞、溶蚀裂隙及岩溶水在暗挖丁程中遇到充填了地下水或松散物、溶洞底，将是施丁的重大威胁。对地铁更危险的还在于到处连通的地下水，若不采取堵水措施，町能因排水引起周围地陷，有时地陷可能发生在开挖段的数百米外。
3．6基岩强风化带
基岩强风化带的主要特性是它是岩又似土，花岗岩类的强风化带中常有球状的风化较弱的块。基岩强风化带中常含裂隙水，水量不很大，但因与上面的土层连通，施工自然排出的水可能引起地层失水而致地面下沉。由此可见，地铁与山岭隧道之不同点在于：
(1)地铁因在城市居民稠密区通过，更加注意环境保护，特别是防止地面建筑物的不均匀下沉；
(2)此对地下水的排还是堵，是地铁设计与施工中的重点考虑问题之一，故对地下水的勘察是勘察重点之一；
(3)地铁存在地基或桩基承载力的问题，因此对持力层的探察是一般隧道所不做的；
(4)地铁勘察需察明许多地下人工建设的物体。常会遇到各种管线、桩基础、古代的地下遗存、早期的木桩等，需要探明以供设计和施工。这就使得对地铁的勘察要求更高、内容更丰富、需采取的手段更多。
4.地铁需勘察的主要内容
本文不考虑勘察的各阶段要求粗细、内容不同，而主要探讨应察清哪些情况，不同的勘察阶段可
能有所侧重。
4．1 基岩情况
基岩情况包括基岩埋深及起伏，风化层(带)的埋深及厚度；基岩中的断层破碎带位置、范围及现状，特别是搞清断层上盘岩体情况； 淤泥、软土的范围及厚度；
4．2 第四系层情况(基本上在O～30m深)
(1)层的埋深、厚度及沿地铁的分布范围，1m以上厚的砂层、作为透镜体状的砂层应探明分布范围及厚度；
(2)在要考虑桩基或建筑物基础承载的地段要探明持力层的厚度、埋深、分布、承载力。
4．3 地下水
(1)第四系砂层中的地下水的含水情况；
(2)基岩强风化层中的含水情况。基岩强分化层主要是裂隙水，对比应有清楚的认识；
(3)岩溶水及其连通情况；
(4)地下水与地面水间水力联系概况。
4．4岩溶发育情况
地铁在通过岩溶发育区时，应下丁夫察明岩溶发育区范围，含水情况及岩溶水的连通晴况，与地面水的联系，重点地区（如区间隧道通过处或底下不深处应探明较大岩溶的位置及划）。
4．5 地下管线、古老的下水道、其他地下障碍物的探察
4. 6隧道掌子面前方不良地质预报
5.主要的勘察技术
5.1勘察中的几个困难课题
基岩及风化层的埋深等勘探难度不大，但对0～35m深的第四系中的薄层勘探难度很大，薄砂层往往呈透镜状或不连续的层状，在城市中不可能过密地用钻探，需考虑新的方法技术。
岩溶的勘探是个困难问题，特别是单个溶洞的勘探，更是个难题，好在近口已有新的技术试验得到好效果。地下水的连通，需要勘察者采用多种手段，并动脑筋去作综合分析。为解决地铁勘探的问题，需要采用地球物理技术。
5．2 主要勘察手段
5．2．1钻探及静力触探
钻探可取芯直接观察但在第四系层中，岩芯采取率不高；所以应适当多用静力触探，它可以直接提供层的承载力信息。
5．2．2地球物理技术
(1)地震勘探的能力及问题
探察基岩面、基岩强风化面，地震折射法和地震反射法是可以胜任的。但是，地震勘探法在城市中怕汽车震动等干扰，需在夜间工作，或为暂时封锁线路。地震反射法对o～35m深的薄层无能为力。
(2)探地雷达
探察地下管线及埋深0-10m左右的地下障碍物是特长，但其探察深度有限；探察地下管线也可用其他探地下管线的仪器。
(3)电阻率法
在地面为非沥青路面的情况下，直流电法可探测层位深度，精度为10％～20％；它在探察岩溶发育区、断层带位置及大致形状等方面会有好的效果。但目前常规的电阻率仪在城市中工作受杂散电流干扰大，难以工作作。20世纪80年代生产的C--1微测深仪可解决这个难题，但近日停产，其第三代微机化的仪器将进入市场。
(4)可探浅薄层并不怕城市干扰的陆地声纳法
“陆地声纳法”是“极小偏移距高频超宽带弹性波反射连续剖面法”的简称，推出十年来，不仅在隧道掌子面前方100m左右地质预报中取得好效果，而且在浅部薄层探察、溶洞探察中显示其良好的功能。如在胜利油田0～40m的薄层探察中，刘厚1～2m的粘土层、砂层、砂透镜体有好的探察成果，并可清晰地反映埋于地下的古河道的情况及其被一次次淤浅、淤平的痕迹。在广州白云新国际机场的探察中，对埋深30m左右直径l-2m的溶洞有良好的探察效果。这种方法已投产了LDS--1型仪器投入市场。
“陆地声纳法”一般与“微分电测深”相联用。后者是电阻率测深的一个变种，可在地面上以0．2-
0．4m的精度和分辨率定点探测地下，相当于不钻孔而得到钻孔资料。当然在城市中工作要避免杂散电
流干扰，需用特殊的仪器。好在在新仪器推人市场之前，前述已停产可抗干扰的C--1国内尚有4台左右。
(5)各种激电法
它们是专用的探测含水层及其含水情况的方法，既然地下水的情况对地铁如此重要，这类方法也当然是地铁勘察中应当采用的方法。但在城市中存在大地电流干扰，应选择抗干扰强的方法，或许双频微电法、瞬变电磁场法应是首选的方法。
(6)钻孔中测水的动态的方法
为察明岩溶的动态参数，应在钻孔中用流速仪等测定水的流向，流速，并可通过钻孔电视观察钻孔壁岩溶微孔及裂隙的情况。必要时要做水的连通试验。
5．3 综合物探与综合勘探
前面介绍了几种新的物探方法，有些是以前地铁勘察时从未用过的，许多单位对它们也知之不多。但它们在地铁勘察中确有特效，应选用，而不是囿于传统的方法。
综合物探就是几种物探方法共用，取长补短、互相补充。其中选择合适和合理的方法搭配是最重要—环。但尽管采用综合物探号召多年，教科书、规范中也有论述或规定，但具体实施中常悖之，有时使用了几种方法，但并没有“综合”。其原因之一是教育和单位工作体制的问题，一个工作人员一生中往往仅搞一种方法，顶多两种方法，没有选择的能力，即使技术主管也缺少通才；之二是工作人员信息不灵。这就使得往往仅选择手头已有的方法去应付合同。
综合勘探是各种勘察手段——钻探、触探、地面物探、测井、地质调查等应当合成一体，互相合作、补允。但铁道部推广十余年，亦收效不理想。究其原因一亦在于囿于自身的学习经历及工作经历，无能力统筹，甚至总工也亦然；二在于体制方面原因，单位多选费用较高的钻探，而不重视其他手段。
6.地铁勘察的体制改革及设勘察监理问题
作者这里不涉及各单位的体制，仅从地铁勘察的改革提出建议。目前的勘察计价，是以工种的工作量来计的，重工作量而轻效果，这也是1950年的流病。只有改成以勘察勘察效果为中心，才有可能改变。实际上，勘察效果好，可为地铁建设节省许多资金，无端节省勘察费用，必将用建设中成倍成十倍的损失来补偿。作者为此有两条可选之建议：
(1)以地铁建设费的百分比定为勘察费，只要求完成勘察效果的目标要求，以此作勘察投标依据。
(2)以某实物工作量为基础编制勘察费标底，但投标及工作中不检察工作量，而检察效果，这样可促使勘察单位更好地采用可得以新技术。
上述建议都以设勘察监理为前提。为此，要如同应设立设计监理一样，设立勘察监理，并由监理会同专家组对勘察计划和成果作阶段的和最终的评审，这种评审不能是几天的会议评审，而应当从审察原始资料到最终结果，必要时应要求在勘察合同金额内补充工作。
7. 结束语
①根据地铁的特点，从地铁施工和设计的需要提出勘察的任务，在分析了地铁的特点与主要地质问题后，对地质勘察提出了必须完成的几项目标。
②在地铁勘察中应综合采用多种勘察手段，更好地应用地球物理技术。针对地铁勘察的需要，在城市中作勘察工作的特点，应当选择陆地声纳法、微分电测深、各种激发极化探水的新技术；并采用可防城市中噪声和电干扰的新仪器。
③应采用综合物探与综合勘探
④应考虑以勘察效果为中心安排地铁勘察工作，为此应进行地铁勘察体制(包括招投标)的改革。
参考文献
中华人汉共和国铁道部．YBJ3--85．铁路隧道设计规范，1986
钟世航.关于地铁地质勘察的几点认识．勘察科学技术，2001，1：58～61
钟世航.陆地卢纳法在实践中的发展．工程物探，2001，3：1—7
