基于跨孔CT探查的巖溶地層地鐵車站工程穩(wěn)定性評價
——以深圳地鐵16號線龍東村車站工程為例

王 健

深圳地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518026

當(dāng)軌道交通穿過巖溶地層時，有的溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌；有的溶洞位于地鐵隧道底部，充填物松軟且深，如果處理不當(dāng)，就會導(dǎo)致盾構(gòu)機塌落，影響掘進(jìn)；有時會遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥沙會夾水大量涌入作業(yè)面，引發(fā)圍巖坍塌，導(dǎo)致地表開裂下沉。因此，巖溶穩(wěn)定問題已成為巖溶地層軌道交通工程建設(shè)中的突出問題[1-3]。目前針對巖溶地層的工程勘察與穩(wěn)定性評價多數(shù)是基于傳統(tǒng)的鉆孔取芯方法，而隨著物探技術(shù)的發(fā)展，跨孔彈性波CT技術(shù)已應(yīng)用于隧道穿越巖溶地層的工程建設(shè)之中[4-5]。為此，文章以深圳地鐵龍東村站為工程背景，通過CT地質(zhì)探測方法，探究巖溶分布地區(qū)對地鐵車站穩(wěn)定性的影響。

1 工程概況

龍東村站位于深圳市龍崗區(qū)深汕公路上，沿深汕公路自西北向東南設(shè)置，橫跨愛南路口與深海高速出入口，為地下二層島式車站，有效站臺中心里程為YK23+983.881，起點里程為YK23+883.081，終點里程為YK24+498.481。車站長度為615.4m，結(jié)構(gòu)底板埋深約為18.2m，標(biāo)高約為15.2m。該車站擬采用明挖法施工。深圳市城市軌道交通16號線工程線路平面如圖1所示。

圖1 深圳市城市軌道交通16號線工程線路平面示意圖

根據(jù)沿線巖土層的成因類型、性質(zhì)、工程特征、風(fēng)化狀態(tài)等，結(jié)合此次勘察資料、區(qū)域地質(zhì)資料以及土層物理力學(xué)性質(zhì)的區(qū)別，沿線線路內(nèi)第四系土層分別為全新統(tǒng)人工填土、全新統(tǒng)沖洪積層、晚更新統(tǒng)沖洪積層、中更新統(tǒng)坡殘積層；沿線基巖分別為白堊系燕山四期花崗巖，石炭系炭質(zhì)頁巖、砂巖、灰?guī)r等。

2 跨孔彈性波CT物探方法

跨孔彈性波CT法（亦稱為跨孔地震CT）是通過觀測彈性波穿越地質(zhì)體時走時、能量（幅值）和波形等的變化，經(jīng)計算機處理重建地質(zhì)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像的一種跨孔物探方法，是現(xiàn)代地震數(shù)字觀測技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物?？缈讖椥圆–T在兩鉆孔之間開展，工作時以一個鉆孔為發(fā)射孔，在發(fā)射孔中按一定間距（0.5～1.0m左右）發(fā)射高頻彈性波（聲波），以另一個鉆孔為接收孔，在接收孔中按一定間距（與發(fā)射點間距相同）接收彈性波。對于發(fā)射孔中的每個發(fā)射點，接收孔中全孔接收，應(yīng)用交叉網(wǎng)狀的射線穿透二孔之間的巖土，通過拾取各發(fā)射點至每個接收點的彈性波（聲波）走時或幅度，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算，反演出兩鉆孔間的波速影像，通過波速影像并結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析巖土分界面及巖溶的邊界、產(chǎn)狀、發(fā)育與分布情況。采用Geode淺層地震儀，根據(jù)鉆探情況，對巖溶相對發(fā)育區(qū)布置CT孔，對相鄰的兩個鉆孔進(jìn)行配對掃描，CT鉆孔掃描剖面如圖2所示。

圖2 CT鉆孔掃描剖面示意

3 巖溶分布規(guī)律與特征

跨孔彈性波CT解釋成果如圖3所示。由圖3可知，揭露溶洞有70.53%發(fā)育在結(jié)構(gòu)底板位置以下5m范圍內(nèi)；對工程影響較大的巖溶主要分布在基巖面～車站結(jié)構(gòu)底板下10m位置以上的范圍內(nèi)，約占溶洞總數(shù)的59.59%；對工程影響相對較小的巖溶主要分布在結(jié)構(gòu)底板下方10m位置以下范圍內(nèi)，約占溶洞總數(shù)的40.41%；地鐵車站場區(qū)巖溶的連通性極好，巖溶發(fā)育極不規(guī)則，巖溶幾乎成網(wǎng)狀分布，部分溶洞上下連通。

圖3 跨孔彈性波CT解釋成果示意圖

結(jié)構(gòu)底板下存在溶洞或溶蝕裂隙，在一定程度上已經(jīng)破壞了巖體的完整性，使其整體力學(xué)強度降低。另處，溶洞、溶蝕裂隙中存在流動的地下水，溶蝕作用將使溶洞、裂隙規(guī)模擴大。巖溶對車站的影響與其分布的部位及巖溶形態(tài)的規(guī)模大小有關(guān)，按巖溶分布深度與基礎(chǔ)底板的關(guān)系分別評價如下。

（1）結(jié)構(gòu)底板下0～5m：此范圍內(nèi)溶洞連通性較好。該范圍內(nèi)巖溶大部分有充填物，少部分無充填。該范圍內(nèi)的溶洞對地基和基礎(chǔ)的影響較大，若處理不當(dāng)，可能造成不均勻沉降。如在溶洞處理前進(jìn)行開挖施工，可能對施工安全造成影響。

（2）結(jié)構(gòu)底板下5～10m：此范圍內(nèi)溶洞連通性較好。該范圍內(nèi)巖溶大部分無充填物，有繼續(xù)發(fā)育的可能性，對運營過程中地基和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性影響較大。

（3）結(jié)構(gòu)底板下＞10m范圍：此范圍內(nèi)溶洞連通性較差。該范圍內(nèi)巖溶大部分有充填物，少部分無充填，有繼續(xù)發(fā)育的可能性，對車站建成后的運行可能有一定的影響。

4 結(jié)論

文章通過地質(zhì)探測方法，探究了巖溶地區(qū)對建造地鐵車站的影響規(guī)律，主要結(jié)論如下：

（1）溶洞的洞高和平面尺寸大小不一，無明顯規(guī)律；

（2）擬建場地范圍內(nèi)的巖溶在現(xiàn)狀條件下穩(wěn)定性一般，施工和運營過程中的機械震動、爆破震動、地下水波動可能會破壞巖溶的穩(wěn)定性，加劇巖溶的進(jìn)一步發(fā)育；

（3）該車站巖溶強烈發(fā)育，局部結(jié)構(gòu)底板穿越溶洞的地段應(yīng)進(jìn)行地基處理，建議采用注漿加固或樁基進(jìn)行處理等。