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[工程检测] 青岛胶州湾隧道综合勘察方法的应用

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    [LV.10]元古宙

    发表于 2015-6-16 09:33:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
    青岛胶州湾隧道综合勘察方法的应用

    采用综合勘察方法对青岛胶州湾隧道勘察,取得了良好的效果,通过对其勘察手续分析、总结,提处了海底隧道勘察应注意的重点,对其采用勘察手段进行了介绍,对勘探点间距做了一定的探索,在同等地质条件下具有借鉴意义。

    0.引言

    随着国民经济的发展,对于跨海交通需求与日俱增,与桥梁方案相比,海底隧道具备不受恶劣天气条件(台风、浓雾等)影响等优点,同时由于桥梁受制于跨度、限高、场地条件限制,海底隧道越来越跨海交通首选。

    海底隧道勘察不同陆地上隧道工程,也不同于跨江河的隧道,海域勘察造价高、准确性低,使得施工风险大大增加,日本青函隧道23km的海底地段,约80%的地质条件未能详细的预测[1],给后续施工造成了极大的困难,包括4次海水入侵淹没;目前我国隧道勘察勘规范实践主要来自陆地山体隧道,如何采用有效的勘察手段查明海底隧道地质条件,是一个新课题。

    青岛胶州湾隧道是我国继厦门翔安隧道建设成功的第二条海底隧道,勘察采用了多种勘察手段相结合的综合勘察方法,取得良好的勘察效果,“地质资料吻合率达88.3%”[2],“对断裂位置及规模判断较为准确,围岩分级符合率达90%”[3],本文通过对青岛胶州湾隧道综合勘察方法的分析、成功经验的总结,对于海底隧道地质勘探点间距做一定的探索,对于同等地质条件下海域勘察有一定的借鉴意义。

    1.工程概况

    青岛海底隧道工程位置为胶州湾口,采用双向双洞六车道,中间设服务隧道,采用矿山法施工;结构采用椭圆形断面,结构宽15.7米,高12.0米,线路间距45米,海域部分长3300米[4]。

    2.工程地质条件

    (1)地形地貌

    隧道轴线处海面宽约3.5公里,最大水深约42米;中部主要通航区,向两侧分别成两个较陡的斜坡,斜坡间发育宽窄不一的缓坡平台,潮间带多为礁石。

    (2)气象水文

    青岛地处北温带季风区,又濒临黄海,兼备季风气候与海洋气候特点。胶州湾海潮属正规半日潮,平均潮汐历时5小时39分,平均落潮历时6小时46分,平均潮差2.78米,最大潮差4.75米。

    (3)地层岩性

    区内第四系覆盖基本不发育,基岩落裸露,基岩岩性复杂,种类繁多变质岩类、火山岩类、沉积岩类及侵入岩均有,以中、微风化岩为主,强风化带一般不超过5m。

    (4)区域地质

    场区主要区域地质为断裂构造,穿越隧道的断裂主要有5条(见图1),其中NE向的F1、F2断裂,NW向的断F3、F4、F5断裂,以F3断裂规模最大[5]。


    (5)水文

    胶州湾海水水化学特征为:按PH值分类属咸性水;按硬度分类属极硬;按矿化度分类属高矿化水(盐水),水化学类型属氯钠型水。具腐蚀及强结晶分解复合类腐蚀。

    (6)地震

    青岛市抗震设防烈度为Ⅵ度,设计的震动加速度值为0.05g,

    3、勘察方法

    通过详细分析研究前期勘察成果,结合本工程的特点,本次勘察布置以钻探为主,辅以海底地形和磁力测量、物探(多道地震)、综合测井、抽(压)水试验等综合勘探方法和手段,

    3.1 海底地形和磁力测量

    沿隧道轴线左、右各300米范围内进行1:2000比例的水下地形图和磁力测量,测量范围为1km×0.6km,对隧道海域海底地形和磁力测量进行补充完善,海底断裂发育情况。

    3.2 物探(多道地震)

    本次勘察物探拟采用多道地震反射勘探方法,主要布置3条测线,长3km,其中1条位于服务隧道轴线上,另2条在主隧道外侧10米处;同时在F3断裂附近磁异常地段―沿两主隧道轴线加密布置有2条测线,长约800米。

    3.3 钻孔布置

    (1)钻孔布置原则:

    ① 先对断层及交叉点、地层分界线、风化深槽、物探异常点进行布置钻孔,再对人、车行横洞地段进行布孔,然后对隧道区间进行布孔;

    ②钻孔在隧道两侧交叉布置,位于洞壁外10米左右, 一般地段钻孔间距75~150米;断层及交叉点、地层分界线、风化深槽、物探异常点钻孔间距50~60米。

    ③隧道最凹处、推测断裂破碎带、物探异常地段、风化深槽部位和地质异常部位根据实际地质情况适当予以加密,

    (2)孔深:深孔以钻至隧道底板设计标高下不小于5米,如遇破碎带和风化深槽,拟适当加深,必要时予以揭穿。浅孔以进入微风化岩2米为准。

    3.4钻孔综合测试

    ① 纵、横波测试

    拟采用声波测井和横波测井。声波测井测试岩体的纵波速度,同时结合采集的岩样波速测试结果,计算岩体的完整性系数,评价岩体的完整性类别。横波测井测试岩体的横波速度,结合纵波速度和试验资料计算岩体的动剪切摸量、动弹摸量和动泊松比。

    勘察时所有深孔均进行纵、横波测试,纵波测点间距0.25m,横波测点间距2m。对于位于破碎带、风化深槽的部分浅孔拟选择有代表性钻孔进行全孔段纵、横波测试。

    ② 钻孔数字录像

    拟选择部分有代表性的钻孔进行钻孔数字录像,直观了解海域隧道岩体的完整性和节理裂隙发育情况;并通过分析比较数字录像和钻孔岩芯,进一步指导现场岩芯编录,以详细分析了解隧道岩体的完整性。本次勘察布置10个钻孔进行数字录像;其中节理裂隙发育的钻孔7个,并选择3个不同岩性、岩体完整的钻孔进行数字录像。

    ③ 电测井

    井液视电阻率测井主要是结合压水试验查清基岩的富水性。结合钻孔柱状图绘制视电阻率测井曲线,并判断孔内各段的富水性。

    ④ 井温测井

    钻孔井液温度梯度与大小,反应了钻孔井液与孔壁围岩之间地下水交替的程度。根据测试资料编制各孔井温曲线图,并计算每孔的平均地温梯度,以此判断钻孔井液与孔壁围岩之间地下水交替的程度。

    3.5抽、压水试验

    抽、压水试验在深孔中进行,其中抽水试验孔11个,压水试验孔10个,以详细查明海底隧道岩体的水文地质特征,重点查明裂隙密集带、破碎带和风化槽等富水地段的渗透性,为合理分析、预测隧道涌水量取得可靠的水文参数。其中压水试验每孔3~4段,拱顶一定范围(10~15米)和洞身段应进行压水试验。水文试验应在主要含水孔段进行,勘察中应根据钻孔情况,确定抽、压水试验的钻孔及孔段。

    所有抽、压水试验钻孔应全孔段进行井温、电阻率和自然电位测试。

    3.6取样

    土样:在取样孔中进行,其中砂类土和碎石类土采取扰动样,粘性土采取原状样。取样间隔2~2.5米;如土层厚度大于等于5米,可适当加大取样间距;遇有土层变化,应立即取样。

    岩样:主要在取样孔中进行,取样间距2.5~3米;如岩性变化,在非取样孔中应按要求采取岩样。

    原状样和软质岩中的岩样应及时蜡封,避免日晒雨淋。

    海水样:勘察期间,在大潮的涨潮高潮、落潮低潮和一般潮位的平潮时段,分别在隧道海域左、中、右各采取1组地表水样。

    地下水样:在有代表性的地段,分层采取。

    3.7 室内试验

    一般粘性土、风化呈土状的全强风化岩和破碎带:应进行天然含水量、天然密度、比重、孔隙比、塑限、液限、快剪、固结、无侧限抗压、渗透等试验。

    砂类土、碎石类土、全~强风化岩体和破碎带岩体:应进行天然含水量、天然密度、比重、颗粒分析试验。

    岩石:主要做天然、饱和单轴抗压、抗拉、抗剪强度试验。并按岩性测定各类岩石的矿物组成、比重、天然含水量、密度、吸水率、单轴压缩变形及放射性指标。

    水样:海水及抽水试验抽取的地下水进行水质简分析。

    3.8 原位测试

    本次勘察主要进行标准贯入和动力触探试验。标准贯入试验在粘性土、砂类土、全风化岩及呈土状的破碎带中进行,间距2~2.5米。动力触探试验在圆砾土、卵石土和风化破碎呈碎石土的风化岩中进行,试验间距3米左右,层厚大时,适当加大试验间距。

    4、总结

    (1)注重搜集区域资料,注重地质调查,注重对前期资料的分析。

    本项目拟建场区存在F3断裂,2000年业主组织有关单位对场区进行地质物探工作,对场区断裂分布有了初步的了解,2004年组织我单位对F3断裂进行专题勘察,对于F3断裂的规模、位置有了一定的了解,在详勘制定方案前,对区域资料、前期勘察资料进行分析,通过现场两岸岩石露头地质调查与测绘,对于勘察手段的选择、勘探点的布置起到了至关重要的作用。

    (2)综合勘察手段的运用

    注重综合勘察手段的应用,采用多声道地震反射结合钻探、纵横波测试、钻孔数字录像、电测井、抽(压)水试验等手段,互为补充,取得了良好的效果。

    (3)海底隧道详勘钻孔间距的确定

    现行的公路、铁路勘察规范水下隧道的勘探点间距并未做规定,城市轨道交通勘察规范对于地下区间的勘探点间距依据场地复杂程度而定,复杂场地10~30m,中等复杂场地30~50,简单场地50~60m。

    本次钻孔间距统计结果,钻孔间距140~150m占26%,80~100m占38%,50~60m占26%,15~25m占10%。

    勘探点布置可根据物探成果不同区段分段布置,简单场地段100~150m, 中等复杂场地50~100,复杂场地25~50m,可预留10%工作量对于地质异常点进行加密勘探。

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