高速铁路工程地质勘察特点
摘 要 针对高速铁路的设计要求，结合高速铁路工程地质勘察实践，从工程地质勘察理念、场地稳定性及地基岩土适宜性评价、勘探的密度和深度、岩土设计参数的统计分析、高烈度地震区的勘察、建筑材料的专门勘察、综合勘探方法的应用、成果的综合分析等方面论述了高速铁路工程地质勘察的特点。
关键词 高速铁路 工程地质勘察
高速铁路勘察设计不同于常规铁路的勘察设计，有许多新的课题需要研究。近两年，笔者先后参加了武广客运专线和福厦快速铁路的勘察设计、地质勘察监理，通过在工作中不断学习、摸索，系统总结了高速铁路工程地质勘察的特点。
1 工程地质勘察理念要体现可持续发展观
高速铁路工程地质勘察必须贯彻可持续发展观，充分体现人与自然和谐发展的理念。在铁路工程地质勘察中，任何对岩土环境、生态环境的大规模破坏都不应提倡。因此，在工程地质勘察中要分析评价铁路工程对环境的影响程度，提出措施和建议，使高速铁路建设与环境协调发展。
2 场地稳定性及地基岩土适宜性评价
高速铁路建设对工程场地区域稳定性提出了较高的要求。因此，在高速铁路选线阶段，工程地质工作者就应从区域地质稳定性角度参与线路方案的比选，避免线路方案走行于活动断裂带、不稳定地块及高烈度地震区，同时也要避免线路方案位于人为坑洞密集、时间久远、不宜查清巷道空间位置的古老采空区，地表明显形成移动盆地且处于移动活跃的大型煤矿采空区或活跃移动盆地边缘地带，以及地表移动和变形可能引起边坡失稳、山崖崩塌地带；此外，线路方案还要避免走行于易发生岩溶地面塌陷的溶蚀谷洼地区、易产生大面积湿陷的黄土塬区，以及明显存在危及线路方案的重大不良地质、特殊岩土、不稳定斜坡地段。总之，工程地质勘察应从区域稳定性角度对线路方案给予评价，确保高速铁路线路方案一开始就走行于场地稳定、地基适宜、工程地质条件相对较好的地段。
高速铁路建筑物对沉降变形要求极高，《京沪设计暂规》（铁建设[2004]157号）规定:路基工后沉降量不应大于5cm，年沉降速率应小于2cm，桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于3cm，桥梁墩台工后沉降小于3，相临墩台沉降量差不大于15mm；无碴轨道的工后沉降量小于2cm。对沉降的严格控制要求基底下岩土层有极高的强度，因此，在高速铁路勘察中，必须对基础下部的岩土适宜性做出准确评价，确保各类工程基础置于满足极高工后沉降要求的岩土层中。
松软土是针对高速铁路路基沉降变形而在京沪高速铁路工程地质勘察中特别提出来的一种特殊类土。目前，《京沪高速地质勘察暂规》（铁建设[2003]13号）中确定的松软土划分标准已经广泛用于高速铁路及快速铁路的工程地质勘察中。松软土天然含水率大、压缩性高、强度低，但又有别于软土，由呈软塑状态的黏性土、粉土及细砂组成。松软土地基一般不产生滑动失稳，但其沉降变形不能满足高速铁路的设计要求。因此，此类松软地基仍需要清除或加固处理。
目前，在高速铁路勘察中已单独划分出此类松软土，但具体的划分标准还存在一定的分歧，有待于在今后的勘察工作中不断摸索、总结和完善。
3 勘探的密度和深度
高速铁路对地质勘察提出了较高的精度和深度要求，一是路基工程技术标准高，要求严格控制路基变形和工后沉降，在路基、桥涵、隧道不同构筑物间均需设置过渡段。对一定深度地基土的性质、指标均要分层查清，特别是查明软土、松软土、膨胀土等特殊岩土，避免路基直接置于松软地基土上产生较大的沉降变形。“京沪暂规”规定，应查明路基基底以下25m深度范围内岩土层的工程地质特性。其次，在高速铁路设计中，因考虑路基工后沉降因素，路桥分界高度大为降低，桥梁比例较大，如武广客运专线桥梁长度约占线路长度的42%，郑西客运专线桥梁长度约占线路长度的40%，福厦快速铁路桥梁比例占线路长度的28%。为了保证桥梁结构的横向刚度，一般采用中、小跨度的桥梁。同时，地质勘察还要确保桥梁桩基础置于完整基岩之上或者满足桩身沉降检算要求。高速铁路对路基填料要求极高，一般均要求填筑A、B、C级填料，路基填料要求按建筑材料场地进行地质勘察。
由于以上原因，勘探点的密度和深度大幅增加。据对武广、郑西等客运专线及其他快速铁路勘探工作量的统计分析，地质钻探工作量是一般铁路的5~8倍。
尽管勘探点密度、深度大幅度增加，但是高速铁路设计理论的不完善、不成熟仍然给工程地质勘察带来了一些困难。比如桥梁桩基础沉降检算，桩尖以下的压缩层计算到什么深度；在碳酸盐岩可溶岩地层中，桩基础是否一定要置于10无溶蚀完整的灰岩中，如果无10m完整灰岩，可否采用摩擦桩；完整岩石的桩周侧壁摩阻力如何计算。由于未解决上述设计中遇到的问题，地质勘察中钻探深度大幅增加，设计显得十分保守。这些问题有待于结合生产，进行专门的课题研究。
4 岩土设计参数统计分析
高速铁路各类工程基础地基沉降、变形计算量大，要求提供相对可靠、适用的岩土设计参数。可靠就是指提出的岩土参数能正确地反映岩土体在规定条件下的性状，能比较有把握地估计参数真值所在的区间；适用是指岩土参数能满足岩土力学计算的假定条件和计算精度。因此，工程地质勘察报告中提供给设计采用的岩土设计参数应有可靠试验依据，这就要求地质勘察中分不同的工程地质单元、不同的岩土层甚至不同的工程类别，有针对性地提取大量的岩土样进行试验。在成果报告中，岩土物理力学设计参数尽可能采用试验数据，分别按工程地质单元、区段及层位进行统计分析，沿线重点工程、重大不良地质工点应按压缩层范围内不同层位的试验资料、数据进行统计分析，提出设计需要的岩土设计参数标准值。
目前，《京沪高速地质勘察暂规》（铁建设[2003]13号）中已明确规定岩土设计参数的统计分析方法，即《岩土工程勘察规范》（50021-2001）中规定采用的统计分析方法。
岩土参数统计分析后提供设计的标准值仍然是接近自然界岩土真值的可靠性估值。可靠性估值是在统计学区间估计理论基础上得到的关于参数母体平均值置信区间的单侧置信界限值。近十几年，国外岩土工程界正流行概率法定量分析岩土设计参数，欧洲的岩土规范中已作了原则规定，但国内还未完全推行。随着我国高速铁路勘察设计理论和实践的丰富完善，也一定会有自己的概率法设计，工程地质勘察也会更加贴近真实的自然岩土。
5 高地震烈度区的专门勘察
现行《中国地震动参数区划图》（GB18306）适用于一般铁路工程，对于高速铁路，通过高地震烈度区时，应进行专门的沿线地震小区划安全性及场地稳定性评价，结合沿线地质情况、工程设置划分地震动峰值加速度及地震动反映谱特征周期分区，对沿线重大、特殊桥梁也应专门进行桥址场地地震安全性评价，同时还应进行场地剪切波速测试。
除上述场地安全性、稳定性小区划分析评价外，高速铁路通过高地震烈度区工程地质勘察与常规铁路基本相同。高速铁路在调查测绘精度、勘探点密度及综合分析评价方面要求更高一些，重点应在收集区域地质、水文地质资料及沿线地震历史资料的基础上，重点查明主要活动断裂带及其与线路关系，调查沿线各类不良地质及特殊岩土的规模、特征及分布，判断地震使其发展或复活的可能性，分析评价容易造成地震危害的地貌和岩体的稳定状态，同时还要调查河流的变迁、古河道的分布、第四系地层特征、地下水位和可液化土的分布范围。在地质调绘的基础上布置一定数量的勘探和测试，以查明沿线液化层的分布范围、埋深厚度及液化程度（等级）。
6 建筑材料的专门地质勘察
高速铁路对填料标准要求高，施工难度大。《京沪高速地质勘察暂规》（铁建设[2003]13号）明确规定，高速铁路填料应按建筑材料进行工程地质勘察。对建筑材料场地的调查应以查明储量、质量为主，通过高速铁路沿线地质调绘和足够的勘探、试验工作，查明料场的岩土性质、分布及储量，为设计提供可靠的地质资料。在沿线工程地质勘察中，应做好区域性取土场、采石场的判定工作，对路堤填料特性、料源进行详细勘察，分段选取代表性土源进行土工试验，落实填料类型及分布，以确定料源。对沿线碎石道碴场地也应按相应地质勘察规范要求，查明岩土性质、分布及储量。
路堤填料应按照《铁路路基设计规范》中的有关要求，对于作为路基填料的路堑挖方、隧道弃碴、集中取土场料源的类别和性质作出判定。
在地质勘察中要了解料场的开采条件和环境地质问题，料场的设置与开采应符合国家有关政策法规和环保要求。
7 综合勘探方法的应用
工程地质勘察中应大力推广综合勘探方法，利用不同的勘察方法相互验证，提高地质勘察质量。综合勘探方法的推广应用就是不断采用新技术、新方法，最大限度的为高速铁路工程设计提供可靠、适用的基础地质资料。如多种原位测试方法已在我国工程地质勘察领域得到广泛应用，原位测试方法可直接在勘察现场对岩土体进行测试，获取适用和可靠的承载力、压缩模量、密实度等岩土物理力学参数。近年来，高速铁路勘察中因地制宜地采用多种原位测试方法进行现场测试，并与钻探、试验结果相互验证，取得了较好效果，得到广泛的推广应用。此外，多种物探方法在高速铁路勘察中也得到推广应用，如在武广客运专线勘察中，广泛使用了地震方法测试隧道进出口围岩地震波速，较为准确地进行了围岩分级；还应用了可控源大地音频电磁（CSAMT）法，解决深埋隧道的地质问题，查明岩溶洞穴、断层富水带突水涌泥段的位置，效果非常好。特别是物探解译结果与钻探、原位测试方法结合使用，大大促进了物探技术方法在铁路勘探中的应用。
由于高速铁路钻探工作量大、岩土取样量大，为保证钻探质量和取样质量，应采用先进钻探工艺，提高钻探进度和岩心采取率。高速钻进、斜孔钻进、双层单动钻进等钻探方法，以及薄壁取土器、活塞岩心管也得到了很好的推广使用。
8 勘察成果资料的综合分析
分析评价时，要与工程密切结合，切实解决工程问题，而不是离开工程去分析地质规律，所有地质资料的分析利用都应为工程服务。
要求预测不仅为设计服务，还要考虑施工、运营全过程。由于工程地质的复杂性以及各种难以预测的因素，对岩土工程稳定及变形问题的预测，不可能十分精确，特别是对于高速铁路这样的重大工程，沿线一些重点工程或重大岩土工程，必要时应在施工中进行监测，根据监测资料适当调整设计和施工方案，这就是通常意义上所说的“重大、复杂工程动态设计”。
要求综合分析不仅为设计提供各种需要的岩土性质、参数资料，而且地质勘察报告中还应针对工程施工、运营中可能产生的问题，提出相应的对策和建议。
工程地质综合分析评价应在定性的基础上进行定量分析。一般来说，定性分析评价主要包括线路选线及沿线拟建工程的适宜性、沿线工程场地的稳定性；定量分析评价包括岩土变形特征及其极限值、岩土强度稳定性及其极限值、岩土体中应力分布与传递及其他临界状态的判定问题。