摘要：从宁波地铁4号线建设中设计及施工对岩土工程勘察的要求出发，对地铁勘察中的工程地质问题进行了分析，并对主要难点问题进行了探讨。
关键词：地铁；岩土工程；地质勘察；评价
一、工程概况
宁波市轨道交通4号线工程由江北区慈城至东钱湖旅游度假区，是轨道交通骨干线网西北～东南向的内部填充线，横贯宁波市中心城区，连接中心城和慈城、东钱湖两个规划新城。
线路基本走向为：S319（江北大道）～慈城连接线～北环西路～康庄南路～双东路～翠柏路～苍松路～长春路～灵桥路～兴宁路～沧海路～宁横路～规划首南路～钱湖大道。4号线线路走向和地理位置详见图1。
图1 拟建工程线路走向和地理位置示意图
二、水文与水文地质
1.区域水文
宁波地处江南水乡，河网水系发达。全市的主要河流有甬江及独流入海的大嵩江、白溪、凫溪等。宁波市区属甬江水系，甬江由姚江及奉化江在宁波城区三江口汇合而成，流向东偏北，在镇海口入海。
姚江主源为梁弄溪，北行至梁弄镇入四明湖水库，出库后在新江口与通明江汇合后称姚江。姚江干流曲折东流至宁波市区姚江大闸，出闸行3.3km至宁波市区三江口，与奉化江汇合为甬江，自源头至三江口全长107.4km。姚江原为潮汐河流，感潮可上溯至上虞丰惠镇东北4km。1959年7月姚江大闸建成后，构成平原型河道水库，起到挡潮蓄淡水、改善姚江平原供水条件的作用。姚江属平原型河流，河床平坦，河宽50～150m，平均水深5m左右。姚江系杭甬运河（四级航道）的重要河道。余姚站姚江最高洪水位2.49m。
奉化江主要有奉化东江、奉化西江和鄞江等三条干流组。自源头至三江口全长92.6km。奉化江为潮汐河流，感潮可上溯至鄞江、萧镇及西坞等地。河宽50～150m，水深3～8m，最深处达10m左右，三江口最大水深可达20m。
甬江主源为姚江、奉化江，二江在宁波市三江口汇合后称甬江。甬江河段全长25.6km。甬江从姚江源入海口全长133km；从奉化江源入海口全长118.7km。甬江为感潮河，潮水可顶托至鄞江、萧镇及西坞等地。由于姚江大闸的阻挡，姚江的潮水只能抵达姚江大闸。根据宁波站水文潮位资料，甬江历年最高潮水位2.903m，历年最低潮水位-1.657m，平均高潮位1.213m，平均低潮位-0.487m。
2.地表水
宁波平原河渠密布，河渠宽度多在15～50m之间，河水位一般低于地面0.5～1.2m。河渠都互相联通，与甬江、奉化江及姚江有水闸节制。
拟建宁波轨道交通4号线穿越的地表水体从北往南主要为东城河、夹田大河、毛家河、洋市河、东河、姚江、蔡江河、翠柏河、西塘河、柳西河、护城河、奉化江、前塘河、卧龙江、中塘河、殷家河、大洋江、小洋江、甬新河、高漕河、河西村河、前塘河等，除姚江、奉化江较宽外，其余河流均为小河流。线路穿越处姚江宽度约260m（穿越河流时线路长约307m），穿越奉化江宽度约160m。
3.地下水
根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征及赋存条件，拟建工程沿线地下水可分为第四系松散浅层孔隙潜水、深部松散岩类孔隙承压水和基岩孔隙裂隙水。
浅层孔隙潜水赋存于场地浅部杂填土、粘土和淤泥质土层中，其中杂填土富水性和透水性因粘性土含量不同而具明显各向异性，一般上部透水性较好，水量较大，往下透水性变差，水量较小；而赋存于粘土和淤泥质土层的孔隙潜水因地层渗透性微弱，水量贫乏。浅层孔隙潜水水位变化受气候环境影响显著，经调查，水位季节性变化幅度为1.0m左右，勘察期间测量潜水位埋深为0.1～2.9m，高程为0.56～3.20m。按宁波地区经验，地下结构抗浮水位一般取地表下0.5m或按50年一遇防洪水位2.80m考虑，建议设计从安全角度考虑选用。
松散岩类孔隙承压水含水层主要为浅部第③1a、③1b层粉土或砂土微承压含水层和深部承压含水层。深部承压含水层可划分为上更新统上组冲积粉砂、粉土层（第Ⅰ1含水层组⑤1T、⑤4b、⑥3b层）、上更新统下组冲积粉砂、砾砂层（第Ⅰ2含水层组⑧1、⑧3层）和中更新统上组冲洪积砂、砾石、下组冲洪积砂砾、圆砾（第Ⅱ含水层组⑨2b、⑩2a层）。据区域资料：宁波地区（微）承压水位呈季节性变化，（微）承压水位埋深一般为2.0～6.0m。
基岩孔隙裂隙水分布于宁波平原底部，含水岩由下白垩统方岩组粉砂岩、侏罗统茶湾组凝灰岩与流纹岩、燕山晚期喷出岩玄武玢岩组成，地下水主要沿岩土交界面和基岩节理面入渗，地下水赋存主要受岩性、构造、地貌、气候及风化强度等因素控制，富水性极不均一，主要为风化裂隙水，水量贫乏，水质一般为淡水，以HCO3-Ca•Na型水为主。局部不整合接触带可能富集地下水。
4.地下水土腐蚀性评价
根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）规定，并结合地区经验，拟建场地地下水环境类别为Ⅱ类。
据调查，拟建场地及附近无明显污染源。根据区域资料及可行性研究勘察在KZ3、KZ10、KZ21和KZ30所取地下水样的水质简分析报告成果，按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版），初步判定工程沿线地表水、地下水对混凝土结构具微～弱腐蚀性，干湿交替条件下对钢筋混凝土中的钢筋具微～弱腐蚀性、长期浸水条件下对钢筋混凝土中的钢筋微腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性，地基土对混凝土具微腐蚀性。详细情况有待于在下一步勘察工作中进一步查明。
5.防洪安全性评价
宁波平原属甬江水系，市区地面高程一般为2～4m之间，地面通常低于历年的最高潮水位。宁波地区气候湿润，汛期雨量充沛，每年7～9月为台风侵袭期，台风会带来大量降水，其特点为水量集中、历时短、强度大，易造成洪涝灾害。本工程防洪主要表现为潮汐、洪水期水位上升和雨水集中排水形式，区内河岸大多较稳定。
根据宁波市水文站网站发布信息，2013年10月8日受强台风“菲特”影响和弱冷空气共同影响，宁波市2013年10月8日20时，鄞东南平原河网姜山站于8日18：55出现最高水位为3.15m，超历史最高水位0.17m（历史最高水位为2.98m，出现时间1962年9月7日），对于本工程，应充分考虑百年一遇洪涝灾害的影响。
三、地基土分析与评价
1.场地稳定性和适宜性评价
拟建场地地处滨海淤积和冲湖积平原，地形较为平坦，区域地质构造较稳定，活动性断裂虽有分布，但活动较弱，新构造运动不明显，且目前沿线河道基本稳定，岸坡一般也处于稳定状态，场地内不存在能引起场地滑移、大的变形和破坏等的不良地质，属稳定场地，适宜工程建设。
2.地基土工程特性分析
拟建场地的地基土是由不同的土体所构成的。土体是自然地质作用的产物，其物理力学性质与沉积年代、沉积环境有着密切的联系。在同一时代和环境条件下形成的土体，其物理力学性质基本相近，本身固有的各项指标均有内在的联系，但对于不同沉积年代和沉积环境条件下形成的土体，其性质却有较大的差异。通常情况下，海相环境形成的土体性质较差，陆相环境形成的土体性质较好；而对于相同环境条件下形成的土体，不论是海相层或陆相层，一般时代越老，性质越好，时代越新，性质越差，在竖向上具有明显的变化规律。
综合场区本次勘察成果，地表下勘探深度范围内，由浅至深各地基土可归纳为“硬壳→极软→较硬→较软→硬→坚硬”的六元结构特征，现分述如下：
（1）“硬壳”——系指表层①2层灰黄色粘土层，土质尚好，但层厚较薄，仅可作为低层轻型附属建筑物的天然地基持力层。
（2）“极软”——系指①3、②、③2、④层组合而成的海相沉积的高压缩性土，天然强度低，沉降变形大，是浅基础地基主要压缩层，为场区内浅部软土层。
（3）“较硬”——系指⑤1、⑤1a、⑤3、⑤5、⑥1、⑥1a、⑥3、⑥4层陆相及海相沉积的中等压缩性硬土和粉土，物理力学性质尚好，埋藏适中，分布较稳定，层顶标高和层厚变化较大，是宁波地区多层住宅等建筑物良好的中长桩桩基持力层。
（4）“较软”——系指⑤4、⑥2层海相沉积的中等及中等偏高压缩性土，土层物理力学性质较差，是中长桩桩基础的主要压缩层，为区内深部软弱土层。
（5）“硬”——系指深部⑦、⑧、⑨、⑩、⑾1d层组成的陆相沉积的中等或中等偏低压缩性土，层顶埋藏较深，均有一定层厚，土层物理力学性质较好，强度较高，是一般高层和荷载要求较高建筑物良好的桩基持力层。
（6）“坚硬”——系指深部⑾、⑿、⒀层组成的基岩，层顶一般埋藏较深，土层物理力学性质好，强度高，局部埋藏深度适中时，是荷载要求较高建筑物良好的桩基持力层。
根据宁波地区勘察经验，本区浅部软土（①2、①3、②、③2、④层）在目前自然状态下已完成固结，属于正常固结土，⑤4、⑥2层为正常固结土，⑤1、⑤1a、⑤3、⑤5、⑥1、⑥1a、⑥3及⑦层属于轻度超固结土，⑧、⑨、⑩层均属于超固结土。
3.地下车站与地下过渡段基坑工程分析与评价
按照规划，本工程广厦怡庭站由高架车站逐渐过渡到庄桥站地下车站，庄桥站至终点东钱湖站均采用地下线。根据工程经验，地铁车站深基坑开挖宜采用地下连续墙作为围护结构，车站出入口、区间及出入段线过渡段可根据开挖深度分别采用地下连续墙、钻孔灌注桩+搅拌桩止水帷幕、SMW工法作为围护结构。
根据沿线纵断面图和工程地质剖面图，拟建地铁车站基坑开挖深度约12.0～23.0m，基坑开挖深度范围内地层主要为①1、①2、①3、②1、②2a、②2b、②2c、③1、③2、④1、④2及⑤1层。在上述地层中进行基坑支护设计及开挖应注意以下几点：
（1）浅部①1层填土厚度较大，主要由碎块石、粘性土等组成，土质不均，结构较松散，且透水性较好，与邻近河、塘水力联系密切，因此在基坑开挖过程中需注意采取排水、止水措施。另外由于填土中夹有大块石（粒径达20cm以上），会给车站围护结构施工带来一定不利影响。
（2）基坑开挖范围内的①3、②1、②2a、②2b、②2c、③2、④1、④2层软粘性土具有明显触变、流变特性，在动力作用下土体结构极易破坏，且土体开挖时会有一定的回弹，设计施工时应加以注意。
（3）基坑开挖范围内的③1粘质粉土，在一定水动力作用下（当形成水头压力差时）易发生塌方、流砂等不良地质作用，但该层分布深度较浅，沿线基本上都被基坑围护结构截断，只需在坑内采取必要的止水、降水及排水措施。另外应注意支护结构深度范围内的粉土或砂土对地下连续墙成槽施工的不利影响。
（4）由于地铁车站基坑开挖范围大、开挖深度较深，坑底以下存在多层承压含水层，在承压水头作用下坑底存在突涌的可能性，基坑地下连续墙深度内未隔断有突涌可能性的含水层的基坑，开挖施工过程中一般都要进行按需降水施工作业，降水过程中采取相应措施以减少基坑降水对周围建筑物、道路及管线等的影响，确保周围建（构）筑物、道路和管线等的安全和正常使用。
（5）地铁车站一般靠顶板覆土、结构自重及周边围护结构侧壁摩阻力等来进行抗浮。当上述措施不足以与地下水浮力相抵时，一般考虑设置抗拔桩来进行抗浮。另外，为确保地铁车站在施工及使用阶段的安全，根据施工及运营等不同阶段的受力情况，各车站按需可能设置中间立柱桩、抗拔桩，桩长、桩基持力层可根据结构特点、受荷大小、变形控制要求等综合确定。根据当地工程经验，抗拔桩或立柱桩桩型一般采用钻孔灌注桩。
（6）由于地下过渡段基坑开挖深度有一定变化，围护结构宜分段分深度采用不同形式设置，故各段围护结构设计施工需注意其间的衔接问题。
4.盾构隧道工程分析与评价
根据规划，4号线工程庄桥站至东钱湖站地下区间隧道拟采用盾构法施工，隧道底板埋深约12.0～30.0m。根据轨道交通工程沿线纵断面图和工程地质纵断面图，盾构隧道掘进范围内土层主要为②2a、②2b、②2c、③1、③2、④1、④2，局部位于⑤1层内。根据工程经验及地层条件，一般可采用土压平衡式盾构掘进，而为弥补土压平衡式盾构在砂性土中掘进效果不佳的缺陷，目前一般采用改进的加泥式土压平衡式盾构。盾构隧道设计施工时应注意以下几点：
（1）②2a、②2b、②2c、③2、④1、④2层软粘性土具有明显的触变、流变特性，在盾构掘进时土体结构极易破坏，同时会有一定的回弹变形。
（2）③1层粘质粉土透水性稍好，在一定的动水压力作用下可能产生流砂，导致掘进面的不稳定；且③1层为微承压含水层，在盾构掘进时易发生承压水突涌。
（3）⑤1层粉质粘土呈可塑状，粘塑性好，土体强度相对较高，对盾构推进会产生较大的阻力，且土层黏聚力高，易黏着盾构设备或造成管路堵塞，使盾构机掘进困难。
（4）当盾构掘进穿越软硬不均的土层时，应注意上下土层强度不均可能会引起盾构工作面不稳定，从而易造成盾构在线路方向上的偏离。
（5）设计时应注意线路上存在的建筑物、所经河流防汛墙基础及地下管线等的影响，并采取适当的处理措施。
（6）地下区间一般在各区间线路纵断面最低点处设置联络通道，且通常采用联络通道、泵站合并建造的模式。根据本地区已建和在建的各条轨道交通设计经验，在地下水埋深较浅的软土地区，通常采用冰冻法来进行联络通道开挖，本工程可借鉴采用该施工工艺。
四、桩基工程分析与评价
1.桩基方案的选择与分析
地下车站建筑物荷载较小，但基坑开挖深度大，场地地下水位埋深浅，上覆土层较薄或无上覆土层（如柳西站临河部位）不足以抵抗上浮力，可考虑设抗浮桩，同时为确保地铁车站在施工及使用阶段的安全，根据施工及运营等不同阶段的受力情况，车站可能需要设置中间立柱桩。考虑到车站场地两侧一般为密集居民住宅区和商业区，环境条件对施工要求极高，且施工区地下管线密集，为避免打入桩施工对居民生活和周边环境影响，建议桩型采用钻孔灌注桩。根据地下车站地层分布条件及埋深，建议将桩端置于深部⑦1、⑧1、⑧3、⑨1或⑨1a层硬土层或砂土中，具体桩长、桩径、桩基持力层宜根据地下车站设计结构荷载、沉降要求及地层分布情况等综合确定。
4号线高架段从起点慈城站至广厦怡庭站，拟采用桩基础，设计荷载要求高，对沉降变形敏感。从沿线工程地质条件分析，高架段慈城站至长兴路站基岩埋相对较浅，埋深约44.0～56.0m，上覆软土层较厚且其厚度变化较大，该段宜考虑选择⑾1c层中风化玄武玢岩、⒀1c层中风化凝灰岩、⒀2c层中风化流纹岩为桩基持力层；长兴路站以南至广厦怡庭站第四系覆盖层厚度大，浅部约25.0～40.0m以软土及软弱土层为主，中部⑤1、⑥1层硬土层性质较好，但其埋深较浅，且厚薄不均，以其为桩基持力层不能满足设计荷载要求，深部⑧3层砾砂普遍分布，厚度较大，是本段高架段良好的桩基持力层，建议本段高架段选择⑧3层作为桩基持力层，但需注意该层一般夹有可塑状的⑧3a层粉质粘土。在⑧3层厚度较薄或缺失处，可考虑选择⑨1层硬土层或⑨1a层砂土作为桩基持力层，若上述地层不能满足设计要求时，可选择⑩1层硬土层作为桩基持力层。具体桩长、桩径、桩基持力层宜根据地下车站设计结构荷载、沉降要求及地层分布情况等综合确定。桩型均宜采用钻孔灌注桩。
对于浅部软土分布较厚的区段，设计应注意其对桩基水平承载力及变形的不利影响。
2.东钱湖车辆段和慈城停车场
根据规划，宁波市轨道交通4号线工程在东钱湖附近设东钱湖车辆段和在慈城附近设慈城停车场，均为地面线路和多层构筑物。
本次勘察在东钱湖车辆段与慈城停车场各布置一个钻孔，根据钻探揭示情况，东钱湖车辆段场地约36.5m以浅地基土以软粘土为主，慈城停车场地约53m以浅地基土以软粘土为主。这些软土均具有强度低、变形大、固结慢且固结历时长等特点，荷载作用下完成固结所需历时较长，在大面积堆载情况下将会产生较大的沉降和不均匀沉降，并将对桩基产生负摩阻力。因此，大面积回填区宜进行软土地基处理，同时加荷宜分级进行；对局部河塘尚应进行清淤及预处理。
对于停车列检库、检修库、联合车库等荷载大、对沉降要求较高的构筑物，一般应采用桩基础。
根据工程地质剖面图，东钱湖车辆段场地下部较好地层为⑥4中密圆砾、⑦1可塑粉质粘土、⑧1中密～密实粉砂、⑨1可～硬塑粉质粘土，但厚度均不大，设计可根据荷载与沉降要求选择他们作为联合持力层。
根据工程地质剖面图，慈城停车场场地下部较好地层为⑥1可塑粉质粘土、⑾1b层强风化玄武玢岩、⑾1c层中风化玄武玢岩，由于⑥1层分布不连续，厚度不大，建议采用⑾1b层强风化玄武玢岩作为桩基持力层。
桩型可比选PHC管桩和钻孔灌注桩。建议采用Φ600mm的PHC管桩。
3.主要环境工程地质问题
拟建轨道交通工程线路长，施工工艺复杂多变，工程建设将会引起大量的环境工程地质问题，主要体现是以下几个方面：
（1）拟建工程沿线地上分布有较多建（构）筑物和道路，且地下各类管线密布，故在施工前应详细分析拟建地铁与周围已有建（构）筑物的关系，防止地铁施工对已有建（构）筑物基础结构的破坏，并避免出现由于地铁建设引发的地面变形而危及已有建（构）筑物的安全与稳定的现象。
（2）由于地铁施工部分车站需进行降水或排水工作，施工时应充分考虑因降、排水产生的附加地面沉降可能对周围建（构）筑物造成的不利影响。
（3）若桩基采用预制桩，需注意预制桩挤土效应、施工振动和噪声等对周围环境的影响。若采用灌注桩则主要应注意施工中产生的泥浆对环境的污染。
（4）本工程地下线路较长，地下车站较多，施工开挖将产生大量碴土，且碴土以软土为主，碴土的堆放地点、堆放高度和坡率等，应严格按设计要求进行，以避免弃碴在暴雨期诱发滑坡和泥石流的产生。
（5）本工程施工过程中将使用大量的商品混凝土、钢材等建筑材料并伴有大量的土方工程，需使用重型汽车运输；大型施工机械（如挖掘机、打桩机等）作业也将产生振动、噪声、扬尘等污染，同时大量施工作业人员也将带来大量的生活污水、生活垃圾等。这些施工过程中产生的污染应通过加强施工管理、规范施工作业、倡导文明施工等措施来加以控制，使其影响范围尽量缩小。
五、结论
1.地铁岩土工程勘察提供岩土参数和建议时，应做到紧密结合设计和施工的需要，有的放矢，这样既可以抓住重点，又可以避免重复施工，避免造成不必要的浪费。
2.地铁施工工法不同、工点类型不同，对勘察的要求也有差异，需要综合充分利用各种技术手段，并对所取得的成果进行综合分析。
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论文作者:王兰中
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/9
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