姜德鴻，冀東，閆強剛 ，卞立民 ，何松

(1.青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266032； 2.青島巖土工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266032)

1 引 言

城市軌道交通項目建設(shè)過程中可能面臨不良地質(zhì)條件風(fēng)險因素的影響，需進行大規(guī)模的巖土工程勘察工作[1]。由于城市地鐵工程整體深埋于地下，具有施工難度大、?？缭讲煌孛矄卧?、承受荷載復(fù)雜等特點，使城市地鐵勘察工作具有技術(shù)標準要求高、成果要求精度高、點多面廣且實施難度大的特征，其工作成果的可靠性及精準程度直接影響著地鐵工程建設(shè)的進度、安全與造價目標的實現(xiàn)[2～4]。大量工程實踐經(jīng)驗表明，地鐵勘察外業(yè)技術(shù)工作質(zhì)量不達標是造成勘察技術(shù)成果質(zhì)量不滿足預(yù)期要求的主要癥結(jié)[5～6]。因此，必須在制定科學(xué)嚴謹?shù)牡罔F巖土工程勘察方案的前提下，在勘察外業(yè)現(xiàn)場實施過程中切實做好精細化組織及質(zhì)量管控工作，使地鐵勘察成果的可靠度及準確度滿足業(yè)主、設(shè)計單位、施工單位等地鐵工程建設(shè)各相關(guān)方的要求。

青島地鐵四號線為主城區(qū)東西向的骨干線，從青島城區(qū)的中部東西向連接老城區(qū)、東部新區(qū)以及嶗山區(qū)沙子口鎮(zhèn)。線路全長約 30.66 km，全部為地下線，共設(shè)25座車站[7]。由于線路穿越市內(nèi)的繁華熱點區(qū)域，有相當一部分勘察設(shè)計鉆孔位于老城區(qū)、繁華商業(yè)區(qū)的市政道路及兩側(cè)區(qū)域內(nèi)，地面人流、車流密集；管線、人防干道等地下埋藏物情況錯綜復(fù)雜?，F(xiàn)場勘察工作開展的難度大，項目工期、質(zhì)量目標的實現(xiàn)面臨嚴峻挑戰(zhàn)。為此，青島市勘察測繪研究院青島市地鐵四號線工程勘察(一標段)項目部結(jié)合工程項目建設(shè)要求及環(huán)境背景特點開展了質(zhì)量管理小組活動，針對勘察外業(yè)精細化施工組織與關(guān)鍵質(zhì)量因素控制進行了相關(guān)的工程實踐與技術(shù)研究工作。

2 地鐵勘察外業(yè)技術(shù)質(zhì)量風(fēng)險點分析

早在上世紀90年代，青島地鐵1號線試驗段就已經(jīng)進行了巖土工程勘察工作。自2009年青島地鐵3號線巖土工程勘察工作啟動至今，青島地鐵的建設(shè)步伐逐漸提速。至2017年年底，包括3號線、2號線、11號線、13號線、1號線、4號線、6號線、8號線等地鐵線路陸續(xù)完成了可行性研究、初步勘察、詳細勘察等階段的巖土工程勘察工作?；趨⑴c青島地鐵巖土工程勘察工作的大量工程實踐經(jīng)驗，筆者對地鐵勘察外業(yè)技術(shù)實施過程中所伴隨的關(guān)鍵質(zhì)量風(fēng)險點進行了歸納總結(jié)，重點圍繞項目環(huán)境背景因素、勘察大綱策劃及現(xiàn)場執(zhí)行、勘察鉆探設(shè)備及工藝水平、從業(yè)人員因素四個方面進行分析。

2.1 項目環(huán)境背景因素

為分析影響青島地鐵勘察技術(shù)質(zhì)量問題中的項目背景因素，通過現(xiàn)場發(fā)放和電子郵件相結(jié)合的方式，對地鐵勘察行業(yè)內(nèi)的136名勘察設(shè)計人員進行了問卷調(diào)查，對取得的樣本數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并經(jīng)過分析整理制成了排列圖，如圖1所示。

經(jīng)過調(diào)查可知，受占地限制勘探點不能就位、鉆孔偏移量過大、工期計劃緊張、巖土工程的不確定性等問題受到多數(shù)地鐵勘察從業(yè)人員的普遍關(guān)注，是影響勘察工作技術(shù)質(zhì)量中的主要環(huán)境背景因素?！笆苷嫉叵拗瓶碧近c不能就位”因素的占比高達46.18%，是項目環(huán)境背景因素中易造成外業(yè)技術(shù)質(zhì)量風(fēng)險的主要癥結(jié)。

圖1 影響地鐵勘察技術(shù)質(zhì)量的環(huán)境背景因素排列圖

2.2 勘察大綱策劃及現(xiàn)場執(zhí)行

地鐵項目勘察大綱是指導(dǎo)勘察外業(yè)工作開展的綱領(lǐng)性指導(dǎo)文件。大綱的策劃及編寫應(yīng)在前期搜集工程地質(zhì)資料及擬建工程特征信息的基礎(chǔ)上，立足于滿足建設(shè)項目巖土工程需求，科學(xué)依據(jù)各類規(guī)范技術(shù)標準[8]，兼顧設(shè)計單位技術(shù)要求與業(yè)主需求，經(jīng)策劃編寫、評審論證、修改完善、批準簽發(fā)后應(yīng)用于勘察項目實施中。青島地鐵勘察項目的大綱策劃一般都能夠按照嚴謹?shù)某绦蜻M行，但也存在因初期認識不充分、設(shè)計方案變更導(dǎo)致的工點大綱針對性不強以及大綱方案現(xiàn)場執(zhí)行存在偏差、技術(shù)工作變更審批程序不嚴謹?shù)膯栴}。如部分項目工點的工法、軌底埋深等設(shè)計內(nèi)容已作了較大調(diào)整，而原勘察方案確未能及時相應(yīng)調(diào)整，致使勘探鉆孔孔深、技術(shù)工作試驗方案的針對性等已不能滿足勘察技術(shù)要求、國家規(guī)范標準的要求。在特定的背景下，上述因素可能成為影響地鐵勘察外業(yè)技術(shù)質(zhì)量的風(fēng)險要素，應(yīng)對其給予充分的關(guān)注。

2.3 勘察鉆探設(shè)備及工藝水平

工程地質(zhì)鉆探是目前青島地鐵勘察外業(yè)工作的重要內(nèi)容，也是獲取室內(nèi)試驗各類原狀土樣、擾動樣、巖樣的主要手段。選取理想的設(shè)備與科學(xué)的工藝確保工程地質(zhì)鉆探工作高質(zhì)、高效完成對于確保地鐵勘察外業(yè)技術(shù)質(zhì)量有著至關(guān)重要的意義[9]。在外業(yè)勘探工作中，由于沒有嚴格的設(shè)備工藝準入門檻，在緊張工期背景下常出現(xiàn)短時間內(nèi)對鉆探設(shè)備存在巨大需求缺口的情況，導(dǎo)致應(yīng)用于地鐵勘察項目現(xiàn)場中的鉆探設(shè)備及工藝水平參差不齊，易出現(xiàn)技術(shù)質(zhì)量要求不達標、實際工效低、環(huán)境污染問題突出的情況。

2.4 從業(yè)人員因素

青島地鐵勘察項目一般通過公開招標的方式由中標的工程勘察綜合類甲級企事業(yè)單位承擔。近年來，專業(yè)技術(shù)人員中具有注冊土木工程師(巖土)執(zhí)業(yè)資格的比例較往年有了較大提升(如圖2所示)，絕大多數(shù)專業(yè)技術(shù)人員對規(guī)范標準的主要條款、強制性條文有著較深刻的認識，普遍有著較高的專業(yè)技術(shù)素養(yǎng)。由于對承擔勘察現(xiàn)場外業(yè)工作的勞務(wù)單位資質(zhì)普遍沒有強制性要求，導(dǎo)致部分勘察外業(yè)勞務(wù)隊伍人員素質(zhì)參差不齊，從業(yè)人員對規(guī)范標準及技術(shù)要求的認識不足。在現(xiàn)場技術(shù)質(zhì)量管控覆蓋不全面的情況下，易出現(xiàn)鉆探取芯率低、取樣及原位測試完成質(zhì)量低、鉆孔偏移大等技術(shù)質(zhì)量問題。

圖2 從事青島地鐵勘察項目的工程勘察綜合類甲級企業(yè)注冊巖土工程師統(tǒng)計直方圖

3 勘察精細化施工組織及質(zhì)量控制對策

由于青島地鐵勘察外業(yè)工作中存在諸多可能造成技術(shù)質(zhì)量成果不達標的風(fēng)險點，必須制定有針對性的對策措施，有效控制勘察外業(yè)工作質(zhì)量，確保巖土工程勘察成果準確可靠，為設(shè)計施工提供科學(xué)的依據(jù)。為此，圍繞上述外業(yè)技術(shù)質(zhì)量風(fēng)險點，提出四個方面的針對性對策措施。

3.1 車行道施工組織措施

由于場地條件的限制，青島地鐵四號線工程勘察一標段約有10%～15%的勘探點位于車流量密集的城市主干道、次干道上(如圖3所示)。受行政審批、工期計劃、施工組織等因素影響，易出現(xiàn)勘探點不能就位、鉆孔偏移量過大的問題。為此，必須制定一套科學(xué)合理的地鐵勘察占路施工組織流程方案，保障車行道勘探點現(xiàn)場工作有序高效開展，確保外業(yè)工作質(zhì)量。

在總結(jié)以往工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合青島地鐵四號線勘察項目特點，在車行道施工組織方案策劃中重點考慮了以下因素：

圖3位于車行道上的青島地鐵四號線勘察作業(yè)現(xiàn)場

(1)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境及地質(zhì)情況，優(yōu)化勘探點平面布置。在車行道勘探點的外業(yè)施工組織措施制定前，應(yīng)在充分的現(xiàn)場踏勘基礎(chǔ)上逐點梳理勘探點平面布置是否妥當。對鉆孔的平面間距的設(shè)計應(yīng)同時兼顧地質(zhì)條件復(fù)雜程度及對路面交通造成的擁堵預(yù)期情況；考慮勘探安全及減少道路擁堵，應(yīng)盡可能避免將點位布設(shè)于主干道的中間車道上；施放勘探點前認真查閱相關(guān)管線資料，若勘探點位置與被查明管線沖突需及時調(diào)整點位。

(2)在與勘察外業(yè)相關(guān)方充分溝通的基礎(chǔ)上制定具體的施工組織方案。施工組織方案制定前，應(yīng)與交管等行政審批部門充分對接溝通，預(yù)測臨時性勘探占路施工可能對道路造成的擁堵情況，考慮對部分車道通行進行調(diào)整，制定多批次、交替間隔的施工組織方案；減少交通擁堵，最大程度爭取作業(yè)空間及施工工期。

(3)重視勘探施工輔助工序組織及資源保障計劃。與常規(guī)區(qū)段的勘察外業(yè)工作相比，位于車行道上勘探點的勘察外業(yè)施工包括道路封閉、防護及警示設(shè)施搭設(shè)、地下管線隱患排查、設(shè)備調(diào)配進場、場地恢復(fù)等更多的輔助工序工作。因此，必須做好科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)范，投入足夠的人力、物力資源保障，使各個工序銜接緊密，避免因輔助計劃不周密導(dǎo)致勘探外業(yè)整體計劃的延誤。

3.2 優(yōu)化原位測試及水文地質(zhì)試驗現(xiàn)場實施方法

在地鐵勘察外業(yè)現(xiàn)場工作中，由于受現(xiàn)場條件限制及各工序銜接不理想的影響，現(xiàn)場試驗測試工作往往無法按照預(yù)定的方案開展，常出現(xiàn)變更甚至無法實施的情況。為此，調(diào)整優(yōu)化了常規(guī)勘察原位測試、室內(nèi)試驗技術(shù)工作的實施方法，依據(jù)動態(tài)調(diào)整的原則，采取的具體實施措施如下：

(1)將包括巖石點荷載強度巖芯波速試驗及部分土工試驗等室內(nèi)試驗的工作地點直接設(shè)置于勘察外業(yè)現(xiàn)場，取樣后實時進行各類試驗工作，并依據(jù)試驗結(jié)果指導(dǎo)調(diào)整地層劃分、取樣布置。在實現(xiàn)現(xiàn)場取樣與室內(nèi)試驗工作的緊密銜接的同時，有效避免了取樣質(zhì)量差、送樣不及時等因素引起的技術(shù)質(zhì)量問題。

(2)對特殊情況下部分原位測試工作的實施方法進行了調(diào)整。如鉆孔的波速測試優(yōu)先保障勘探點處建設(shè)項目重點位置的測試(如地鐵地下結(jié)構(gòu)的洞身、頂板位置)；在必要情況下勘探點終孔前可提前進行波速測試，如圖4所示。

圖4 勘察外業(yè)現(xiàn)場開展的巖土工程試驗測試工作

(3)為保障地下水水位的量測及水試樣取樣等勘探鉆探完成后的后續(xù)工作的技術(shù)質(zhì)量，在原有勘探孔布設(shè)方案的基礎(chǔ)上，視工程現(xiàn)場進度情況，在可較長期觀測水位地段增設(shè)水文地質(zhì)試驗孔，保障地下水水位觀測及取水樣質(zhì)量。

3.3 對勘探設(shè)備工藝選取及鉆進參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計

如何在保證取芯質(zhì)量的前提下，提高勘察鉆探工作效率，縮短鉆探工作時間，滿足項目工期計劃要求，是地鐵項目勘察技術(shù)人員普遍關(guān)注的問題。為改善上述技術(shù)問題，采取了以下措施：

(1)對勘探鉆進參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。選用不同的鉆機轉(zhuǎn)速、鉆壓、泵壓等鉆進參數(shù)，如何控制回次進尺、施鉆過程，都可以對巖芯的采取率、工效造成影響。為此，通過臨界值理論計算，對鉆機轉(zhuǎn)速、鉆壓、沖洗液量等鉆進參數(shù)進行了設(shè)計，并通過反復(fù)的現(xiàn)場驗證試驗測試確定了不同地層的最優(yōu)鉆進參數(shù)，如表1所示。

勘察鉆探鉆進的推薦參數(shù) 表1

(2)優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)及取芯工藝。針對傳統(tǒng)鉆探設(shè)備鉆具在極破碎、軟弱易沖蝕及極不均勻地層下取芯質(zhì)量差、鉆探效率低的問題，對目前現(xiàn)場應(yīng)用最廣泛的單動雙管取芯鉆具結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計改造，使用既能充分收攏卡取并保護軟弱破碎巖芯，又有足夠剛度卡住拔斷硬脆巖芯的半剛性取芯裝置，解決傳統(tǒng)取芯裝置在頻繁軟弱夾層發(fā)育的復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆進效率低的問題?，F(xiàn)場應(yīng)用試驗表明，改進后的鉆具在頻繁軟弱夾層發(fā)育的復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆進時，無須經(jīng)常更換鉆具，也不需要嚴格控制回次進尺來保證巖芯采取率，可有效提高軟硬不均地層的取芯質(zhì)量與鉆進效率。

3.4 加強從業(yè)人員的考核管理與教育培訓(xùn)工作

地鐵項目的勘察外業(yè)工作具有點多面廣、工期緊張的特點，現(xiàn)場的勘探勞務(wù)工作往往由多家勞務(wù)單位共同承擔，人員素質(zhì)與配備情況良莠不齊，現(xiàn)場的綜合協(xié)調(diào)管理難度較大。為此，應(yīng)當制定完善的勘察鉆探勞務(wù)合作單位管理規(guī)章制度，通過考核評分、經(jīng)濟獎罰等精細化管理辦法，加強對勘察勞務(wù)單位的管理。此外，應(yīng)當在項目實施前、實施過程中，定期、不定期地開展有關(guān)技術(shù)質(zhì)量的教育培訓(xùn)工作，不斷提高從業(yè)人員的質(zhì)量意識與技術(shù)水平，確?？辈焱鈽I(yè)工作技術(shù)質(zhì)量。

4 結(jié) 語

截止至2017年年底，青島市地鐵四號線工程勘察(一標段)項目部共完成勘察鉆孔近 1 000個，勘探進尺近 38 000 m。其中順利完成了位于城市主干道等嚴苛?xí)r空作業(yè)背景下的鉆孔300余個，占比近40%，期間未出現(xiàn)一起安全技術(shù)質(zhì)量事故，勘察外業(yè)質(zhì)量一次達標率近100%。工程實踐檢驗結(jié)果表明，依托青島地鐵四號線工程勘察項目的實施研究形成的精細化施工組織與技術(shù)質(zhì)量管理辦法可科學(xué)地指導(dǎo)繁華街區(qū)地鐵勘察外業(yè)組織實施，顯著提高勘察外業(yè)工作效率，縮短項目工期，同時可嚴格保障勘察外業(yè)工作質(zhì)量，降低后期施工階段圍巖變更率。研究成果對于類似繁華街區(qū)環(huán)境條件下地鐵勘察工作可以起到很好的借鑒與指導(dǎo)作用，具有廣闊的推廣與應(yīng)用前景。

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