铁路工程地质勘察.doc

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1、铁路工程地质勘察概要一、铁路工程各专业所需的地质设计参数(一)路基1、路堤1)一般路堤：基底土承载力小于200kP地段土的沉降计算，设计参数为e、e-p曲线2)高路堤(粗粒土20m，细粒土12m)(1)填料的、c、值稳定计算，最正确含水量稳定分析，用于沉落加宽计算(2)基底土的、c、值，e、e-p，e-Lgp曲线沉降计算3)陡坡路堤(横坡1：1.25，即22)(1) 填料的、c、值稳定计算(2)基底土的、c、0稳定计算(3)支挡建筑物基底与岩土的摩擦系数f4)浸水路堤(1) 填料的、c、值稳定计算(2)防水措施所需的设计参数，如支挡的0、f等2、路堑1)土质路堑(1)边坡土的、c、地下水位稳定

2、计算(2)基底土的0、e、e-p，e-Lgp曲线沉降计算(3)边坡率(4)支挡工程的设计参数(挡土墙、抗滑桩、锚杆等)2)石质路堑(1)石质边坡的、c、或e(岩体，构造面)(2)边坡率(3)加固工程所需的设计参数3、不良地质地段路基1)崩塌地段(1)石块的弹跳高度、块度(2)各类防护与支挡建筑所需的设计参数遮挡建筑棚洞、明洞(按隧道要求)支挡建筑按支挡建筑要求拦截建筑拦石墙等2)岩堆地段(1)路堑边坡率(2)路堑边坡土的、c、0、f稳定计算(3)支挡建筑的设计参数3)岩溶及人工洞穴地段(1)洞穴顶板的平安厚度：完整基岩厚跨比为0.5，不完整基岩，顶板厚度5倍洞高(2)洞穴距路基的平安距离：坡脚

3、距洞穴的水平距离必须满足路堤填料扩散角的要求(3)处理工程的设计参数(视处理工程的种类而定)4)煤矿采空区地段(1)确定移动盆地范围(2)在路基范围内埋深40m，宽度2m的坑道必须处理5)地震地区路基(1)基底土计算沉降指标(2)液化土指标：按铁路抗震设计标准，采用标贯及静探来判定(3)软土的震陷指标：按软土层的承载力及平均剪切波速来判定，如7度区，fK80KPa，Vs90m/s,即能发生震陷4、特殊岩土地段路基1)软土(1)软土的、c、稳定计算，c、值应采用三轴试验(2)软土的压缩曲线e-p，e-Lgp沉降计算，压缩指数法尚需Cc、Pc、Cs分别为压缩指数，前期固结压力，回弹指数(3)抗滑建

4、筑所需的设计参数2)膨胀岩土地段除同一般路堤、路堑外，增加(1)膨胀性指标：膨胀土为自由膨胀率40%，蒙脱石含量7%，阳离子交换量170mmoL/kg，膨胀岩为自由膨胀率30%，饱与吸水率10%，膨胀力100KPa(2)大气影响层深度:由降水、蒸发、地温等气候因素引起土的膨胀变形的有效深度；影响特别显著的深度称大气影响急剧层深度。5、主要附属工程1)挡土墙(1)墙背土的、c、稳定计算(2)土与墙背的摩擦角稳定计算(3)基底摩擦系数稳定计算(4)根底承载力承重计算2)抗滑桩(1)岩土的0、c、推力计算(2)地基系数稳定计算(土按地基土比例系数提)。根据wikler假定压力与沉降成正比而来，是地基

5、土在外力作用下，产生单位变位时所需的压力，有的认为是一个常数，有的认为在土层中是随深度成正比增长的一个变数，由地基系数的比例系数与深度之积构成，一般地，在弹性桩设计时，土层中提地基系数的比例系数；在隧道设计中一般提地基系数。地基系数、基床系数、弹性抗力系数、地层抗力系数属同一概念。3)锚杆、锚索(1)土的、c、孔隙率、渗透系数强度及压浆计算(2)岩石的剪切强度(抗剪、抗剪断、抗切)，抗剪强度是沿已有的破裂面进展，=tg；抗剪断强度是指在垂直压力作用下的岩石剪断强度，即=tg+c；抗切强度是指应力等于零时的抗剪断强度即=c(3)岩石与灌浆的结合力，一般查表(4)地下水的腐蚀性4)深基坑(1)坑壁

6、及基底土的0、c、e、K。、压缩模量，是支护设计与沉降计算的技术参数。c、值应采用三轴试验的总应力法，有效应力法；基坑底有软粘土时，应进展抗隆起验算，有砂土时，特别是粉、细砂时，应进展抗渗流稳定性验算。(2)渗透系数降水截水设计(3)基床系数支护设计(4)岩石的单轴极限抗压强度支护设计(5)孔隙水压力支护设计；注意抗浮设防水位，进展抗浮验算，提供所采取的抗浮措施，如抗浮锚杆等所需的地质设计参数(6)标贯击数估算砂土的有效内摩擦角，用于支护设计(二)桥梁、涵洞按根底类型1、明挖根底(1) 0(有根本、标准、允许、极限)(2)临时开挖边坡率(3) 、c、稳定计算(4)颗分、IL冲刷计算，公式中有I

7、L(5)根底底面与地基土间的摩擦系数f(6)渗透系数(K、Q)(7)压缩模量沉降计算(8)峡谷区岸坡平安角，一般采用4种方法综合确定：自然边坡调查法；岩体内摩擦角及构造面综合判定法；自然边坡、岩体内摩擦角综合判定法i+/2；SARMA(萨尔玛)法利用极限平衡理论通过力学模拟程序公式计算2、桩基1)摩擦桩(1)打入、震动下沉、桩尖爆扩桩桩周土极限摩阻力fi桩尖土的极限承载力R土的、c、压缩模量Es(2)钻孔、挖孔灌注桩fi、0、c、Es2)柱桩(1)支承于岩石层上的打入、震动下沉桩岩石试块单轴抗压极限强度R岩层破碎系数(2)支承于岩石层上与嵌入岩石层内的钻(挖)孔灌注桩R岩层破碎系数3)管柱根底

8、(钢筋混凝土、钢管柱)(1) R(2)岩层破碎系数C1、C2，C1为0.30.5；C1(3)摩擦支承的设计参数须通过试桩确定4)沉井根底(1) 0(2)压缩模量Es(3) 地基系数(土提地基系数的比例系数)(4)岩石的单轴抗压极限强度(确定岩石的地基系数)，可查表(5)土对井壁的摩阻力，可查表(三)隧道按构造物类型 1、一般隧道明洞1)围岩分级(表法、波速法、裂隙系数法、岩体质量指标法BQ法、岩石质量指标法RQD法)分级表法(略)弹性波速法(km/s)1-21裂隙系数法岩石质量指标法(RQD)95%85-9575-8550-7525-5025岩体质量指标法(BQ)550450-550350-4

9、50250-3502502)洞口边坡及地基(同前)3)岩石裂隙率压浆用4)洞身地下水及温度涌水量计算预测方法一般采用(1)水均衡法，(2)地下水动力学法，(3)比较法(4)同位素氚(T)法，(5)水底隧道相关公式(苏联、日本)；预测隧道涌水量的宽度有：(1)地质调查法调查含水体与两侧隔水体的分界限；通过储水构造时采用其平均宽度等，(2) 地下水动力法，经历公式：潜水Ro=o+2sHK，承压水Ro=o+10sK 等， (3)比较法既有隧道、坑道资料、隧道温度通过地温梯度计算，有深孔时采用井温。5)竖井、斜井、平导、横洞的设计参数同洞身2、高地应力隧道1)地层最大、最小主应力max、min，及方向

10、勘察期间测定地应力的最好方法是水压致裂法，在钻孔中进展。2)岩石单轴抗压极限强度R岩爆及变形判别3)侧压力系数变形判别4)岩爆及大变形的判别：当R/max4，地应力极高；R/max=47时，为高地应力，常采用max(0.150.2)R式判别硬质岩的岩爆；大变形的判别是针对极软岩而言，当z/R2-3时，就可能出现大变形。3、盾构隧道1)洞口路堑边坡岩土的、c、值，边坡率及支挡建筑的地基承载力，基底摩擦系数2)洞身(1)围岩分级土质为表法、波速法，岩质可增加裂隙系数法、岩石、岩体质量指标法。(2)地下水地下水位、孔隙水压力计算水压力、衬砌及盾构设计用。地下水流向、流速分析注浆法、冻结法的可行性渗透

11、系数决定降水方法及抽水量；判定注浆难易，盾构造型。水质分析判定水体的侵蚀性(3)土(岩)层的物理性质重力密度计算土压力土的孔隙比、岩石的裂隙率估算浆量含水量计算浆体充填量，施工稳定性分析(岩石为含水率)土的液、塑限推算土的稳定性；结合土的灵敏度，选择注入率颗分推算渗透系数，测算注入率，选择注浆材料及压注方式热物理指标通风设计用 (4)土(岩)层的力学性质土的无侧限抗压强度推算土的抗剪强度，等于其1/2岩石的最大极限抗压强度盾构及刀具选择等漂卵石的最大粒径及强度盾构及刀具选择等土的c、值计算土压力、盾构选型等土的变形模量、压缩模量计算沉降泊松比计算侧压力系数，用于变形计算基床系数计算地层反力标贯

12、击数盾构选型，液化判定4、瓦斯隧道除一般隧道的设计参数外，尚需1)瓦斯含量W煤层或岩体单位重量所含的瓦斯量m3/t突出评价2)瓦斯压力P瓦斯所具有的气体压力MPa突出评价3)瓦斯涌出量Q单位时间内涌出的瓦斯量m3/min突出评价4)放散指数P瓦斯从钻孔中单位时间、单位长度涌出的最大流L/minm突出评价5)岩石巩固性系数f岩体抗冲击破碎的能力突出评价6)岩层视密度、空隙率计算瓦斯含量7)瓦斯工区长度防爆施工长度5、膨胀岩隧道除一般隧道的设计参数外尚需1)岩土的膨胀率f衬砌设计用2)收缩系数衬砌设计用3)含水量变化的平均值预面膨胀量4)湿度系数计算大气变化影响层5)膨胀压力衬砌设计用6)锚杆设计

13、所需的参数，同前六、施工中常见的工程地质问题及处理(一)路基1、工程地质问题常见为边坡坍滑，大者形成工程滑坡；路堤填方段多为沉陷，坍滑2、处理措施多采用综合治理1)抗滑桩为主，结合增设排水措施，是目前整治边坡坍滑的主要手段2)清方减载、排水、适当加强支挡，是临时整治边坡坍滑的主要措施3)预应力锚索，锚索抗滑桩是整治深层滑动边坡的有效方法4)对不稳定斜坡的预加固先桩后挖，是防止工程滑坡的可靠手段3、例1)南昆线八渡车站古滑坡复活，三个山头整体下滑，滑面深数十米，设三排抗滑桩，共107根，辅以锚索抗滑桩，清方减载，地下水引排，整治成功2)南昆线百色至田林间数十公里软质岩高边坡，施工中边坡坍滑严重，

14、后采用分层稳定，坡脚预加固方法，先桩后挖，分层稳定，取得成功3)成昆线广通车站路堤填方大面积沉陷下滑，后采用横向支撑盲沟，加固坡脚取得成效4)膨胀岩地段路基南昆线通过百色盆地，为第三系膨胀岩分布区，长约70km，由泥岩、泥质粉砂岩组成，自由膨胀率平均80%，具膨胀性，碎裂性，低强度三大工程地质特征，施工中路堑边坡坍滑严重，路基基床普遍变形，造成挡墙损坏，抗滑桩倾斜，处理措施为：(1)缓边坡，大平台，矮挡墙，深路基，这是普遍原那么，但效果不佳，边坡刷到1：6(10)仍有变形，后在综合治理中又加作(2)及以下措施 。(2)加强坡面防护：拱型浆砌片石骨架，内铺草皮，并结合边坡支撑渗沟(3)路堑坡脚增

15、设抗滑挡墙或抗滑桩(4)局部路堑段设置纵向排水盲沟(5)陡边坡强支挡，减少排水路径，少破坏自然边坡(6)路堤边坡设土工网格，增设反压护道，局部坡脚设抗滑桩5)岩溶地段路基以南昆线为例，路基通过可溶岩地段长约300km。隐伏岩溶近2900处，施工中地面塌陷共50余处，处理措施为：(1)加强地表排水：主要是地表水对土层的冲刷，掏蚀所致(2)揭盖换填碎石，用C15级砼表层封闭(浅部)(3)注浆(深部)6)软土地段路基以南昆线为例，全线软土有30余段，较典型的有永丰营车站软土，C=1517KPa、=48，厚1050m，车站填筑完成后，路堤发生较大下沉与坍滑，地面隆起，波状起伏长达100余米，处理措施为

16、：(1)浅层深23m内的软土，均采用挖除、抛填片石等方法处理(2)软土厚3m，分别采用反压护道，插塑料排水板或在路堤底部加铺土工网格加固地基(3)软土厚，填方高，控制工后沉降，采用了CFG桩，碎石桩，侧向约束桩;目前对软土沉降控制的要求愈来愈高，高速铁路采用无碴轨道后，对软土地基的处理一般采用碎石桩、CFG刚性桩，不然作桥通过(二)桥涵根底施工中变更多为地质资料不准造成1、工程地质问题1)基坑垮塌2)涌砂、涌水、涌泥3)地基沉降4)涵洞开裂2、处理措施1)基坑垮塌，涌砂、涌水、涌泥时加强基坑支护，以及基坑分部开挖2)地基下沉，导致桥墩歪斜，采用加固地基及桥墩3)涵洞开裂，多采用加固地基3、例1

17、)达成线某大桥根底在软土层下，原估计软土层薄，明挖放坡施工，后地质有变，软土增厚，并有砂层，基坑壁严重坍滑，并伴随涌泥、涌砂，采用综合措施治理(1)基坑中分块开挖，涌泥涌砂处装泥袋填塞(2)坑壁局部支撑(3)一样地质条件施工中采用挖孔桩砼护壁，坑内抽水，效果较好2)宝成线清水江大桥某桥墩根底置于计算冲刷线下的卵石层上，后经洪水掏刷，根底外露，墩身倾斜，不得已在墩四周帮桩，根底深入基岩加固3)达成线涪江大桥有数个桥墩根底置于10余米深的卵石层中，不料洪水把基底卵石层中的砂土冲走，造成卵石层变形桥墩倾斜，加固工程巨大，目前列车慢行，加强墩基观察4)襄石线梅溪河大桥4个墩歪斜，墩基为灰岩，岩溶发育，

18、导致根底局部下沉，现帮桩处理5)渝怀线涼水湾大桥桥墩置于三叠系盐溶角砾岩中，强风化，有一个桥墩修建后，墩身倾斜，系盐溶角砾岩中有溶洞所致，只好炸掉重建(三)隧道1、工程地质问题1)洞口坍滑2)洞身塌方、涌水、涌泥3)岩爆，围岩变形，瓦斯突出等4)水侵蚀2、处理措施1)洞身塌方段多采用管棚法、注浆、格栅钢拱架加固掘进，困难时挖迂迴导坑掘进(后处理)2)岩溶发育，严重涌水，增加泄水洞排水；洞中溶洞处理按溶洞性质采用跨越，回填等措施通过3)岩爆多采用挂网、喷水；瓦斯隧道加强预排放，施工中加强通风，采用防爆设备施工，密封衬砌；围岩大变形段多采用长锚杆支护；水侵蚀采用抗酸水泥及砂岩、花岗岩等石料衬砌3、

19、例隧道塌方为普遍问题，南昆线有20余座隧道塌穿至地面，洞顶塌方扩大甚至形成滑坡，多采用管棚法、注浆、格栅、钢架桥综合治理。1)南昆线草庵隧道长，由砂页岩地层组成，靠近小江活动断裂带，日涌水量2万余方，施工中大量坍塌，329m长衬砌开裂变形，局部掉拱，钢架压断，用锚杆，小导洞超前注浆措施后不起作用，7个月仅掘进19m，穿越40m宽的断层塌方段施工将近1年，每米造价6万余元，后又采用了以下措施：(1)全断面深孔超前预注浆堵水及加固岩体；大小管棚相结合(2)掌子面设短锚杆网喷(3)边墙拱墙设置超前锚杆取得良好效果2)襄渝线武隆隧道，长约10km在乌江边上的灰岩白云岩地段，岩溶水最大达每天800万方，

20、冲毁施工机械、淹没导坑。采用泄水洞方法排水，排水泄水洞比隧道还大，此外，尚有彭水、白沙砣等5、6座隧道，均有类似情况3)襄渝线圆梁山特长隧道，长约11km洞身茅口灰岩段深达500余米处，突然涌泥约5000m3，死3人，静水压实测3.6MPa，隧道渗水严重至今尚在处理中4)成昆线关村坝、莲地隧道施工中硬质岩有岩爆发生，有岩块崩落、弱弹射等现象，采用了挂网防护及喷水消压措施5)成昆线百家岭隧道通过三叠系石膏层，硫酸离子强腐蚀，砼衬砌成豆腐渣状，后换用石料等重新衬砌6)渝怀线磨溪1号长隧道通过三叠系盐溶角砾岩、强硫酸侵蚀，施工中坍方严重，后重新设计，信息化施工7)南昆线家竹箐隧道长约5km通过二叠系

21、煤层，瓦斯压力1MPa，瓦斯含量达1020m3/t，地应力达816 MPa，煤系地层段长约390m，施工中严重坍塌变形，最大下沉0.82.4m，侧壁内移0.60.8m，底鼓0.50.8m，采取的主要措施为：(1)长锚杆长613m；(2)钢纤维砼衬砌；(3)加大预留变形量8)达成线炮台山隧道长约隧道通过侏罗系砂页岩地层，隧底1km下为三叠系须家河组含煤地层，施工中瓦斯突出，爆炸死13人，瓦斯涌出量/min，后采用超前预报，防爆施工，加强通风，效果良好9)南昆线上车湾2号膨胀岩隧道长328m位于三叠系砂泥岩地层中，埋深2040m，岩层饱与吸水率10%，自由膨胀率35%，膨胀压力0.62.9MPa，施工中拱部开裂，形成错台，边墙臌肚内侵641cm，仰拱底臌24cm，采取措施：(1)高压注浆，堵截地下水(2)加强衬砌，曲墙仰拱，全封闭，马蹄形钢筋砼断面(3)墙背设空心砖消能层(4)边墙深根底(5)预留衬砌净空第 15 页