铁路工程地质勘察

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γ、c、φ值—稳定计算，最佳含水量—稳定分析，用于沉落加宽计算(2)基底土的γ、c、φ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γ、c、φ值稳定计算—稳定计算(2)基底土的γ、c、φ、σ(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γ、c、φ值—稳定计算、f等(2)防水措施所需的设计参数，如支挡的σ2、路堑1)土质路堑(1)边坡土的γ、c、φ地下水位—稳定计算(2)基底土的σ、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γ、c、φ或φe(岩体，结构面)(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)各类防护和支挡建筑所需的设计参数①遮挡建筑—棚洞、明洞(按隧道要求)②支挡建筑—按支挡建筑要求③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γ、c、φ、σ、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)洞穴顶板的安全厚度：完整基岩厚跨比为0.5，不完整基岩，顶板厚度＞5倍洞高(2)洞穴距路基的安全距离：坡脚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：按铁路抗震设计规范，采用标贯及静探来判定＜80KPa，(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，fKVs＜90m/s,即能发生震陷4、特殊岩土地段路基1)软土(1)软土的γ、c、φ—稳定计算，c、φ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%，饱和吸水率≥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γ、c、φ—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)基础承载力—承重计算2)抗滑桩、γ、c、φ—推力计算(1)岩土的σ(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γ、c、φ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行，τ=σtgφ；抗剪断强度是指在垂直压力作用下的岩石剪断强度，即τ=σtgφ+c；抗切强度是指应力等于零时的抗剪断强度即τ=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)坑壁及基底土的σ、γ、c、φ、e、K。

、压缩模量，是支护设计和沉降计算的技术参数。

c、φ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，应进行抗隆起验算，有砂土时，特别是粉、细砂时，应进行抗渗流稳定性验算。

(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，进行抗浮验算，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—按基础类型1、明挖基础(1) σ—(有基本、标准、允许、极限)(2)临时开挖边坡率(3) γ、c、φ—稳定计算(4)颗分、IL —冲刷计算，公式中有IL(5)基础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)峡谷区岸坡安全角，一般采用4种方法综合确定：①自然边坡调查法；②岩体内摩擦角及结构面综合判定法；③自然边坡、岩体内摩擦角综合判定法（i+φ）/2；④SARMA(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①桩周土极限摩阻力fi②桩尖土的极限承载力R③土的γ、c、φ④压缩模量Es(2)钻孔、挖孔灌注桩①fi 、②σ、③γ、c、φ、④Es2)柱桩(1)支承于岩石层上的打入、震动下沉桩①岩石试块单轴抗压极限强度R②岩层破碎系数，可查表，一般为0.3～0.5(2)支承于岩石层上与嵌入岩石层内的钻(挖)孔灌注桩①R②岩层破碎系数3)管柱基础(钢筋混凝土、钢管柱)(1) R(2)岩层破碎系数C1、C2，C1为0.3～0.5；C1为0.02～0.04(3)摩擦支承的设计参数须通过试桩确定4)沉井基础(1) σ(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—按结构物类型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)比拟法(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线；通过储水构造时采用其平均宽度等，(2) 地下水动力法，经验公式：潜水Ro=γo+2s√HK，承压水Ro=γo+10s√K 等，(3)比拟法—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σmax 、σmin，及方向—勘察期间测定地应力的最好方法是水压致裂法，在钻孔中进行。

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/σmax ＜4，地应力极高；R/σmax=4～7时，为高地应力，常采用σmax＞(0.15～0.2)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σz/R ＞2-3时，就可能出现大变形。

3、盾构隧道1)洞口—路堑边坡岩土的γ、c、φ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①地下水位、孔隙水压力—计算水压力、衬砌及盾构设计用。

②地下水流向、流速—分析注浆法、冻结法的可行性③渗透系数—决定降水方法及抽水量；判定注浆难易，盾构造型。

④水质分析—判定水体的侵蚀性(3)土(岩)层的物理性质①重力密度—计算土压力②土的孔隙比、岩石的裂隙率—估算浆量③含水量—计算浆体充填量，施工稳定性分析(岩石为含水率)④土的液、塑限—推算土的稳定性；结合土的灵敏度，选择注入率⑤颗分—推算渗透系数，测算注入率，选择注浆材料及压注方式⑥热物理指标—通风设计用(4)土(岩)层的力学性质①土的无侧限抗压强度—推算土的抗剪强度，等于其1/2②岩石的最大极限抗压强度—盾构及刀具选择等③漂卵石的最大粒径及强度—盾构及刀具选择等④土的c、φ值—计算土压力、盾构选型等⑤土的变形模量、压缩模量—计算沉降⑥泊松比—计算侧压力系数，用于变形计算⑦基床系数—计算地层反力⑧标贯击数—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/min·m—突出评价5)岩石坚固性系数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，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，这是普遍原则，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)路堑坡脚增设抗滑挡墙或抗滑桩(4)部分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。