李华东　姜永玲

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



北京地铁六号线西延砂卵石地层综合勘探方法

李华东1姜永玲2

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

摘要：以北京地铁六号线工程为例，采用钻进工艺、人工开挖探井、原位测试和室内试验等多种方法，查明了该工程砂卵石地层的分布特征、承载特性等参数，为地铁工程的设计及施工提供了详细的岩土工程资料，同时也为砂卵石地层的勘察提供了借鉴。

关键词：砂卵石地层，钻探，地表水，原位测试

0引言

北京地铁六号线西延工程西起地铁一号线终点苹果园站，东至六号线一期起点五路居站，全长8.93 km，共设有车站5座，沿线地层主要为砂卵石层。

北京地处华北平原西北部，地势总体特征是西北高、东南低，西北为山地，东南为平原，平原区主要由永定河及潮白河的冲洪积物堆积形成，砂卵石地层广泛分布。均匀分布、密实的砂卵石地层承载力较高、压缩性低，是良好的天然地基，采用砂卵石层作为天然地基持力层，能大大节省工程投资。但作为地质勘探的对象，砂卵石层的勘探难度要远大于一般第四纪沉积的砂土、粉土及粘性土层，特别是在轨道交通建设过程中，工程施工人员更为关心的是砂卵石地层的施工特性，如砂卵石地层中卵石的含量、粒径、强度等特征，以及地下水的分布特征，为选择合适的施工方法提供依据。

1研究现状

李新华、张宏伟等人采用钻探取芯、标准贯入试验、动力触探N120试验、室内试验、钻孔PS测试、浅层平板载荷试验、电法工程物探测试等多种手段评价了卵石地层的承载力、波速特性、地层分界及厚度变化等工程性质，勘探手段完备；代国忠、徐志在大直径钻孔灌注桩中采用筒钻法、潜孔锤、岩心聚能爆破以及筒钻回转切石等多种施工工艺，积累了在大漂石和卵石地层钻进成孔的工程经验；孙宇、王建设等以北京阜石路高架桥人工挖孔桩施工为例，深入分析了砂卵石地层人工挖孔施工特点，并提出了成孔施工关键技术措施和施工安全技术措施。

以往的研究大多从地基基础的角度研究卵石地层的承载特性，对卵石地层的施工特性(特别是对轨道交通工程施工的影响)研究的不够深入。轨道交通工程勘察中，不仅要求查明砂卵石地层作为地基持力层的承载特性，而且还需要查明卵石的粒径、强度等施工特性，并且还需查明砂卵石地层的渗透性、热物理指标及场地内地表、地下水与拟建地铁隧道的水力联系等。因此，有必要对六号线西延工程沿线的砂卵石地层进行详细研究，为六号线西延工程的设计、施工提供依据，同时为类似地层中的工程勘探及施工提供参考。

2砂卵石地层综合勘探方法

为了准确的查明砂卵石地层的工程地质性质，为地铁施工方案提供合理的岩土工程参数，本工程勘察过程中，采用了钻探、人工开挖探井、工程地质物探等多种方法，并结合原位测试和室内试验，综合确定了地铁施工所需的各物理力学指标。

2.1选择合适的钻具

根据前期调查，拟建线路沿线卵石地层母岩成分主要为石英砂岩、辉绿岩、安山岩及白云岩等硬质岩石，卵石强度高，钻进过程中，经常会遇到大直径的卵石甚至漂石，钻头磨损较快，钻进效率低，如不及时更换合适的钻具，不仅会损坏钻头，甚至有可能发生钻杆劈裂及折断；同时，由于砂卵石地层孔壁自稳能力差，孔壁地层易坍塌，埋钻、卡钻风险大，发生埋钻、卡钻后，不仅会造成经济损失，而且使钻进达不到设计深度，不满足规范要求，造成废孔，因此，有必要在钻进过程中，遇到不同块径的卵石时，更换合适的钻头，同时应采取必要的措施，加强孔壁的支护，防止孔壁坍塌。

2.1.1钻头

为了满足钻进效率，同时又减小钻具的磨损，配备了3种材质的钻头：复合片、金刚石和牙轮钻头。

牙轮钻头适宜于钻进散体的碎块石，在砂卵石地层中钻进时，靠钻头将碎块石磨成岩屑，依靠泥浆的反循环作用，将孔底的碎屑带到地面，钻进效率较高，但不利于鉴别卵石粒径、成分及卵石含量等特征(见图1)。

复合片钻头在砂卵石地层中钻进时，采用干钻，能将孔内粒径小于钻头口径的砂卵石带至地面，便于鉴别砂卵石的成分、粒径及卵石含量，但钻头磨损快，钻进效率较牙轮钻头低(见图2)。

金刚石钻头在砂卵石地层中钻进时，与复合片钻头工作原理类似，但金刚石钻头刚度大，遇到大块径的卵石甚至漂石时，切削石块的能力较强，钻进效率较牙轮钻头和复合片钻头高(见图3)。

根据这些钻头的不同工作特性，可在钻进的不同阶段，根据不同的钻探目的，选用不同的钻头。

2.1.2护壁

砂卵石地层钻进过程中，钻杆带动钻头冲击、磨碎、切削孔底的卵石，同时，钻杆也会不停的扰动孔壁的地层，导致孔壁的卵砾石坠落，有可能卡住钻杆、埋住钻头。因此，在钻进过程中，应该采取护壁措施，防止孔壁坍塌。采用反循环钻进工艺时，可采用合适稠度的泥浆护壁，一方面减小钻杆与孔壁的摩擦，另一方面增强卵石之间的粘结力，稳定孔壁。除泥浆护壁外，还可在钻进过程中下入套管，每钻进一段，往孔内下入一段套管，保证孔壁稳定。

2.2地表及地下水特征

六号线西延工程穿越永定河引水渠，准确的查明拟建线路地下水分布情况及引水渠内地表水与地下水之间的水力联系，对地铁线路的施工尤为重要。

2.2.1地表水

北京地区降水量不稳定，季节性和年变化较大，年内降水量分配不均，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～来年2月)降水量仅占全年降水量的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，为61年以来最大，造成9条地铁线进水，六号线一期甜水园站施工围挡倾倒，大量积水涌入，造成路面约20 m2的塌陷。

六号线西延工程初勘过程中，正逢“7·21”暴雨，在暴雨之前，永定河引水渠内无水流，处于干涸状态(见图4)，暴雨后，渠内水流较大，两岸河堤冲蚀强烈(见图5，图6)。裸露的人工挖孔桩见图7。

根据调查得知，永定河引水渠仅在汛期和灌溉期间有水流通过，其他时间均为干涸状态，因此，地铁穿越水渠段施工避开汛期及河流灌溉期即可。

2.2.2地下水

砂卵石地层中，采用反循环工艺钻进时，由于泥浆的影响，很难查清地层中的水位分布情况。采用SH-30钻机钻进时，效率极低，且钻进深度有限。为了解决查水位的问题，我们利用DPP-100型反循环钻机成孔后，再用SH-30型钻机在孔内下入套管稳定孔壁，并在套管内下入PVC管，用清水洗孔，洗孔完毕并等水位稳定后，再量测地层中的水位。

六号线西延工程2标段勘察过程中，在田村路(1号测水孔)及廖公庄站(2号测水孔)各布置一个测水孔，测量勘察期间的水位，采取地下水进行水质分析，在孔内进行提水、灌水试验，确定砂卵石层的渗透性，并对孔内水位实施长期观测。

2.3卵石粒径及强度

在粘性土、粉土及砂土地层中，工程地质钻探、取土试样及试验能满足勘察的要求，而在砂卵石地层中，由于钻探孔径小(一般为90 mm～150 mm)，对砂卵石的粒径、强度认识不足，而地铁施工过程中，卵石的粒径及强度对选择施工机具及施工工法至关重要。因此，需要采用探井、探坑及周围基坑调查等方式，详细的查明卵石的粒径及强度特征。卵石筛分见图8，卵石点荷载试验见图9。

六号线西延工程2标段勘察过程中，在田村及五路居两个车站附近各布置一个孔径1 m、深30 m的探井，采用人工开挖、环形护筒护壁，竖向每间距1.5 m取砂卵石样，在室内进行筛分，量测卵石的粒径，并称出每粒径组的卵石重量，绘制卵石的颗分曲线，见图10。挑选不同粒径的卵石，用点荷载仪进行卵石的点荷载试验，获取卵石的点荷载强度，为地铁的施工提供指导，见表1。

2.4原位测试

地铁勘察中，砂卵石地层的原位测试除常规的标贯、动探试验以外，还有波速、电阻率、电导率等热物理指标测试。

波速测试采用SWS-2型波速检测仪，测量钻孔的全孔波速值，进而获取各地层的动参数，包括动弹性模量、动剪切模量和动泊松比，提供场地的类别、抗震设防烈度、卓越周期、地震基本加速度、场地饱和粉土与砂土的液化可能性，为地铁结构的抗震设计提供参数。

电阻率测试采用GMD-6型电法仪，测量钻孔各地层的电阻率及电导率，为地铁的通风散热、配电设计等提供热物理参数。

3结语

砂卵石地层强度较高，钻进困难且孔壁易坍塌，在勘察过程

文章编号：1009-6825(2016)14-0066-03

收稿日期：2016-03-05

作者简介：李华东(1984- )，男，工程师；姜永玲(1984- )，女，工程师

中图分类号：P624

文献标识码：A