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北京工业职业技术学院工程地质勘查业论文

北京工业职业技术学院工程地质勘查业论文
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目录 1
1、摘要 2
2、地铁工程地质勘察施工的特点及方法 3
2.1 地铁工程地质勘察的特点 3
2.2 地铁工程地质勘察施工方法 3
2.2.1 辐射井在浅埋暗挖地铁降水中的应用 3
2.2.2 浅埋大型车站的的勘察方法 5
2.2.3 工程物探在地铁越江隧道勘察中的应用 8
2.2.4 地理信息技术在地铁工程地质勘察中的应用 13
2.2.5 工程地质资料数据模型选择 16
3、地铁工程地勘报告文件的组成内容及结语 20
3.1 几项特殊试验指标的测试 20
3.1.1 波速测试 20
3.1.2 高压固结试验 21
3.1.3 三轴剪切试验 21
3.1.4 侧压力系数Kc试验 21
3.1.5 基床系数 21
3.1.6 热物理指标 21
3.1.7 流砂指数 21
3.2 地铁工程地勘报告文件的组成 22
3.3 结语 23
3.3.1 工程物探 23
3.3.2 地理信息系统 23
参考文献 24
1、摘要
   我国的地铁工程从60年代初北京地铁一号线与环线的勘察、设计、施工和运营起,至今已有40多年的历史,特别是我国实行改革开放政策以来,国内已有几十个城市在建与拟建地铁工程,现已积累了一定的经验。
   地铁工程地质勘察可参考“工业与民用建筑工程地质勘察规范”(TJ-21-77)(也可按照新颁布的国家标准“岩土工程勘察规范”)与“铁路工程地质技术规范”(TBJ12-85),并与建设单位、设计单位确定,个别单位,如上海市隧道工程设计院,已制定了本院的“地质勘察技术规定”,其中第四章为“地下工程勘察要求”,具体规定了上海地区浅层地下工程勘察中的钻孔布置原则、钻孔深度、土工试验、三功能(测锥尖阻力、侧壁摩擦阻力以及孔隙水压力)探头的应用等。室内土工试验可按照铁道部标准“铁路工程土工试验方法”(TBJ102-87)或水电部“土工试验规程”(SDS01-79)进行。除此之外,尚有一些特殊项目,如北京地铁复兴门折返段所作特殊试验(见表1)
表1 复兴门折返段特殊土工试验项目表
试 验 项 目 数量 主 要 用 途
三周剪切试验 11 计算土压力,确定衬砌厚度
高压固结试验 10 深层土压缩模量,估算地基土应力历史
侧压力系数 7 土压力应变关系,主体结构计算
基床系数 7 模拟地层与衬砌相互作用,计算衬砌内力,评价土的反力
颗分曲线 12 选择暗挖方法和考虑加固问题
比热、导热系数、导温系数 7 通风计算应用
   本文主要对地铁工程地质勘察的特点及方法进行论述,如:地铁埋深较大(例如有的车站埋深竟达20米),因而钻探深度较深,钻探难度较大的特点,且地面地铁主要承受运输荷载和车辆自重,还有隧道自重、土压力、冲击波荷载等,负重较大的特点等;在地铁工程地质勘察中所使用到的工程物探、地理信息系统GIS等勘察方法联系实际情况进行论述。
   最后,通过论述地铁工程地质勘察报告的组成内容,简单介绍了勘察报告的组成形式和内容,并对论文作出结语。
2、地铁工程地质勘察施工的特点及方法
2.1 地铁工程地质勘察的特点
   城市中的地铁工程勘察与野外的地面工程勘察是有所区别的,其主要不同点是:
   1、地铁工程整体埋于地下,与工程地质、水文地质条件关系密切,基底、侧墙、顶板都与岩土力学指标有关,需计算拱顶垂直压力以及边墙侧压力等。
   2、同一构筑物常处于不同的地貌单元和地基类型,地基承载力有时相差很大,这就需要根据不同的地质状况提出相应的工程措施。
   3、地面地铁主要承受运输荷载和车辆自重,而地铁除承受列车运行荷载外,还有隧道自重、土压力、冲击波荷载等,因此需提供岩土的动力学指标。
   4、地铁埋深较大(例如有的车站埋深竟达20米),因而钻探深度较深,而且城市交通繁忙,两侧建筑物林立,街道狭窄,地下管线密布,地下埋藏物不清,勘察难度较大。
   5、不同的设计施工方法,需提供的资料内容将有所差别,如明挖与暗挖所需提供的数据是不同的。近年来新奥法已广泛地运用在软弱、含水、破碎的浅层围岩地段修建地铁,取得了很好的效果。它要求查明围岩地质条件并及时提供超前预报信息,逐段弄清地层、岩性、节理及地下水的变化,使地铁施工比较安全、可靠。在施工阶段,常用导坑地质素描、水平钻探加物探进行超前预报。
2.2 地铁工程地质勘察施工方法
2.2.1 辐射井在浅埋暗挖地铁降水中的应用
   为了保障首都经济快速可持续发展和2008年奥运会顺利召开,缓解北京日趋拥堵的交通状况,北京承诺在2008年奥运会前轨道交通将达到300公里,因此,从2002年开始,相继开工建设了地铁五号线、地铁四号线、地铁十号线、奥运支线、首都机场线等地铁线路。
   北京市地处由多层砂砾、卵石及粘性土互层的第四系冲洪积平原,地下水丰富,地铁施工时必须采取降水措施,以保证隧道开挖的干槽作业。而新建地铁线大部份都在繁华城区施工,当地铁暗挖隧道穿越铁路、高速公路、护城河、立交桥、高层建筑物、重要交通路口及民房集居区等路段时,若采用常规管井井点方法降水施工,不仅地面拆迁面积大、拆迁费用高,而且重要交通、市政设施及高大建筑物是不可能拆迁的。因此,如何解决北京地铁在繁华市区施工降水的难题,一时成为地铁建设单位领导和专家讨论的焦点。水文及工程地质专家经过仔细研究和充分论证,大胆提出了辐射井降水方案。由于辐射井降水技术具有占地面积小、地层适应广、出水量大、单井控制范围大等优点,方案一提出来,就受到建设单位领导及地铁施工专家的广泛关注,并要求专家们立即立项研究和引进该技术。
   国外辐射井主要用于供水井,竖井井径较大(5.0~6.0m),而深度一般不超过20m。国内辐射井技术已广泛应用于农田灌溉、城镇及工矿企业供水。传统辐射竖井主要施工方法为钻机反循环成孔漂浮法下管,占地面积大;水平井应用水冲顶进法,适用于细颗粒软土地层。此工艺方法操作简单,成本低,但是水冲法施工水平井遇砂层时涌砂大,孔壁扩径大,塌陷严重,易形成地下空洞,引起较大地面沉降,遇砾石、卵石地层时又根本无法成孔,且施工占地面积大,因此不适合市区建筑密集地段及复杂地层条件下的工程降水。所以,现状国内辐射井施工工艺及设备还不能满足北京地铁施工的要求,要推广应用该技术还需研究新的施工工艺及设备。
    项目于2002年6月开始立项研究,经过大量工程实践后于2006年6月通过专家验收。在已竣工的地铁中共施工完成辐射井112眼,水平井约5万余米,工程总造价5000余万,满足了北京地铁施工的要求,为国家节约了上亿元的拆迁征地投资。主要技术创新点有以下几个方面:
    1、成功研究了双壁反循环水平井施工工艺及配套设备。双壁反循环施工工艺是通过双壁钻杆外间隙注入高压循环水,通过多喷嘴反循环钻头在钻头中心形成高速负压区,对岩屑产生抽吸作用,进而形成反循环并携带岩屑从钻杆中心排出。这样循环液不直接冲刷地层,而且反循环施工具有排渣效果好、成孔速度快的优点,因此不仅克服了传统正循环施工工艺易产生地下空洞及遇砂层、砾石地层难以施工的缺点,而且具有钻进不易偏斜、施工速度快、地层适应性广、施工水平井长度可达80m以上的优点。
   2、在北京地区沉井(直径Ф3500mm)一般只能施工至20m深度,经过研究我们引进泥浆润滑套和分段高压射水方法,大大减小了沉井过程中地层侧摩阻力,使在北京地区沉井深度达到28.5m,同时还应用了锚喷倒挂壁竖井施工工艺,解决了传统的机械成井方法占地面积较大的难题,使辐射井降水技术应用范围更广。
   3、在辐射井出水量计算过程中,打破了仅采用经验近似公式法计算的常规,引进了过水断面法和等效替代法,取得了较合理的经验参数,使计算结果更加接近工程实际。
   4、水平井施工中,引进偏心潜孔锤跟管钻进工艺,在卵石、漂石地层中施工工艺研究方面取得初步成果。
   辐射井降水技术成功广泛地应用于北京地铁降水,成功解决了立交桥、繁华交通路口、铁路、护城河等地段的降水难题,大大减少了地铁建设过程中的拆迁和征地面积,缩小了投资成本,并且大大减小了施工对市政、交通、环保、地下管线及市民出行的影响,得到广大市民和政府主管部门的大力技持,对北京地铁建设产生积极影响,并取得良好的社会效益和经经济效益。
   在2008年奥运会前地铁十号线、奥运支线、机场线相继开通后,北京轨道交通运营里程已达到200公里,根据规划,我市还将在2008年到2015年间,规划建设轨道交通项目19项,超过300公里,最终形成561公里的轨道交通线网规模。因此,根据以上规划,奥运会后地铁建设任务还很重,辐射井降水技术必将为北京地铁施工做出更大的贡献,同时该项技术的进步使其在供水、热泵、工民建施工等领域也有较大的应用空间。
2.2.2 浅埋大型车站的的勘察方法
   不同勘察阶段有不同的勘察要求这里以北京西单地铁车站为例,介绍浅埋大型车站的勘察方法(施工阶段)。
   西单地铁车站埋藏浅(拱顶在地面下6~7m)、跨度大(宽25.9m)、净空高(高13.6m)、地质条件差(地层为松散的第四系冲积、洪积物),结合岩土特征和设计、施工的要求,采用以下几项措施和综合勘察方法,相互印证,收到了较好的效果:
   1、总体安排与统一要求,以保证有条不紊的文明生产,为提供论证可靠、评价正确的勘察报告奠定基础;
   2、钻孔布置与设计的原则是:深孔与浅孔相结合,控制孔(技术孔)与一般孔(鉴别孔)相结合,使钻孔目的明确,要求具体,孔孔有效果;
   3、地下埋设物探测采用电缆探测法和地质雷达法。首先在钻孔处及其附近密布纵、横线进行测试,发现异常进行调查访问,最后确定安全孔位;
   4、植物胶泥浆护壁施钻,使在第四系松散地层中的原状土采取率达到95%以上;
   5、浅层横波反射法,可提高在第四系地层中的勘探分辨率,室内采用IBM-4381计算机TIPMX地震资料处理系统进行数据处理,经物探专业与地质专业紧密配合,提出连续时间剖面图(彩色)和时——深转换地质剖面图。这种彩色底层结构透视图使人一目了然,直观性强;
   6、使用地质雷达等方法确定隐伏物位置,将孔位移至安全地点;
采用物探综合测井法及钻探取原样土在室内作动三轴试验方法,测试动参数指标(见表2)
表2 西单车站土动力学参数指标表
结构
层编
号 岩土
名称 物探综合测井 土工室内动三轴试验
  波速
(m/s) 弹性模量
Ed
(MPa) 剪切
模量
Gd
(MPa) 动泊
松比
d 强度指标 弹性
模量
Edmax
(MPa) 剪切
模量
Gdmax
(MPa) 阻



max)
  VS VP    C
(kg/cm2) (°)   
② 砂粘土 230 600 291.6 103.2 0.413 0.20 16.8 53.8 19.9 27
⑤ 砂粘土 280
~
290 800 439.3 153.6 0.43 0.27
0.24
~0.34 13.2
9.46
~15.0 228
151.6
~284.5 84.4
56.2
~105.4 17.7
10~
26
   上表中第②层位于拱顶部位,在开挖面上取土样做室内波速测量,其VS值为130~180m/s,VP值为324~460m/s。说明勘察阶段地面检层法(即测井法)数值偏大是由地下管线等的干扰引起的。
   上表中第⑤层位于边墙下半部,VS值接近该地区的平均值。
   在上海地铁与延安东路隧道勘察中,除采用传统勘察方法(钻探、取样、常规土工试验等方法)外,还采用了静力触探、标准贯入试验等原位测试手段以及地球物理探测(浅层地震法)、连续取土和土样摄像等新技术。其中原位测试孔在详勘阶段占勘察孔总数的65%以上。这样既保证了勘察质量,又节约了勘察成本。
铁四院在广州地铁初测阶段采用了瑞利波法

文档信息
  • 文档上传人:admin
  • 文档格式:Doc
  • 上传日期:2014年05月07日
  • 文档星级:★★★★★
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