王梁
北京城建勘测设计研究院有限责任公司山东分公司 山东济南 250000
摘要：改革开放以来，在实际城市轨道交通岩溶勘探中，应在开展地表勘探和充分搜集资料的基础上，基于工区实际情况与探测目标特征合理选择物探方法。
关键词：城市轨道交通；岩溶施工；勘察方法应用
引言
随着经济社会的快速发展，城市规模的不断扩大，交通成为制约城市发展的瓶颈。城市轨道交通作为一种准时、快捷、绿色的出行方式越来越受到人们的欢迎。当前，很多城市都在建设或规划城市轨道交通。然而，国家对地方轨道交通的发展批复慎之又慎。其原因主要是轨道交通建设是地下工程，造价很高，特别是在西南岩溶地区，溶洞、断层等不良地质异常发育，地铁建设造价更是惊人。如果在勘察时不能准确探测出这些隐伏构造，在施工阶段可能会造成无法弥补的损失。所以，做好前期勘探工作，查明地下隐伏构造十分重要。
1概述
岩溶溶蚀现象导致基岩面起伏较大，且溶洞发育严重影响了城市轨道交通施工建设的安全。因此，必须查明轨道交通线路范围内的岩溶发育情况，为设计提供准确的地质资料。常规的钻探手段很难查清岩溶的分布。由于岩溶溶洞内充填物与周围岩体之间存在明显的物性差异，因此可以利用高密度电法、地质雷达等物探技术来探测岩溶的分布范围、发育程度及形态特征等情况。
2城市轨道交通岩溶施工勘察方法应用研究
2.1断层探测
在某城市轨道交通线路路口，人流密集，2条城市主干道相交。设计规划拟在此设地铁站。经前期地质调查可知，该区域有一条断层穿过，但是否经过该路口有待核实。在道路两侧四角均布置了钻孔，但都未钻遇。起初，欲通过CT探测（电子计算机断层扫描探测），但因道路太宽，钻孔间距太远，钻孔深度相对较浅而不能实施。欲增加钻孔深度，造价会大幅增加。欲运用地质雷达，但周围供电、通信、燃气等管线密布，电磁干扰响较大。最终，沿垂直推断断层走向布置了1条长100m的地震映像剖面进行探测。
2.2明(盖)挖法工法
岩溶地区地质复杂，存在大量溶洞及断层，地下水大都在上覆土层以下，以第四系孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水为主，地下水呈现分布不规律等特点。而明(盖)挖法施工工艺简单、技术成熟、进度快、质量可靠、防水效果好、风险小，因此，在交通疏解、地下管线、周围环境许可的条件下，地铁车站及埋深较浅的区间隧道尽可能采用明(盖)挖法施工，从而控制工程质量，降低工程造价，加快工程进度。
2.3微动探测
通过二维台阵方式布设低频检波器，采集各种微弱振动信号。高频微动信号是工程勘察研究的重点，其瑞雷波的能量占信号总能量的70％以上，携带有丰富的浅层地质结构信息。依据平稳随机过程理论，采用空间自相关法（SPAC）从微动信号中提取瑞雷波相速度频散曲线，经反演获得地下介质的横波速度结构，进而研究地下目标体的性质。主要优点为：利用天然场源，无需人工激发源，抗干扰能力强，采集装置灵巧，采集时间短，是一种快速、经济、环保、无损的地面勘探方法，特别适用于城市强干扰环境。
2.4综合物探法应用效果分析
基于工程背景，本次采用了高密度电法、跨孔弹性波CT法及地质雷达法等综合物探技术进行岩溶勘察，各方法采集完野外数据后进行联合解译，该区段共布设高密度测线8×6条。电性变化范围为28.7～246.7Ωm，上部覆盖层为第四系松散土，厚度为12～18m，下伏灰岩。在剖面100～160m处见有明显的条带状低电性体反映，解释为岩溶发育带。其他测线也具有较好的解译效果，但经与已有钻孔对比，在反应岩溶孔洞具体位置上仍存在一定的偏差。为此，开展跨孔弹性波CT法物探对岩溶发育测线进行溶洞探测验证，共完成11个。经与钻孔对比表明，跨孔弹性波CT法成果与钻探揭露情况吻合度高，更接近实际。
例如，查明2-5线剖面140m处-35.20～-14.30m深发育不规则溶洞，最大洞高13.9m。另外，为查明地下管线分布情况，本次还开展了地质雷达探测，但因地下水埋深偏浅，在反演岩溶上效果欠佳。最后，本次依据高密度电法、跨孔弹性波CT法探测数据结合钻探资料经网格化插值处理并应用Voxler进行三维成像，生成三维物探解译图。从图中可以看出，岩溶发育区主要位于中部与北部地区，岩溶发育深度普遍小于42m，溶洞主要表现为成群式发育，连通性良好，后期盾构施工时需高度重视，应制定有效的防治措施，防治突水、塌陷事件的发生，保障人员与财产安全。
2.5冲沟探测
前些年厂区有一泉眼不时有泉水冒出，据推断和冲沟有关，但因年代久远，无人记得当时的冲沟的具体位置。规划设计欲在厂址处设置地铁站，但冲沟的存在会影响站台的位置和以后的施工。为了解冲沟的位置及发育规模，布置了一条长180m地震映像测线进行探测。经数据采集处理解释，在桩号118～178m处，同相轴能量较强，同相轴错断、波形杂乱、频率和相位变化，且在该段的中心位置同相轴下凹，往底部延伸能量较同深度其他部位较强，包络呈一凹槽状，底部为18m，判断该处为原冲沟所在位置。该冲沟发育规模较大，宽度约40m，深度约18m，为后续地铁设计和施工提供了科学的依据。后在此处布置钻探，钻孔显示此处为冲沟。
2.6盾构法
随着盾构工法近几年的飞速发展，各个城市轨道交通中广泛采用的盾构法已经成功穿越弱发育的岩溶地区及断层，因此在个别地质条件较好、岩溶不发育、周边环境较为简单的区间隧道，为提高施工质量，在确保安全的情况下，尽可能采用盾构法来施工区间隧道。针对岩溶地区盾构法区间隧道施工的处理措施如下：①在隧道施工前结合地勘资料，对岩溶发育区域采用物探及超前钻孔结合的方式进行专项勘察，首先探明大中型溶洞分布。②对位于隧道底5m线以内和隧道结构边线两侧5m范围内的已揭示大中型溶洞以及区间范围内、地质勘查已揭示的无填充、半填充、全充填大中型溶洞，可采用溶洞充填外加岩面注浆及预留注浆管的方案综合处理。充填处理主要是根据溶(土)洞的大小及原始充填情况采取先填砂再静压灌浆或直接静压灌浆的方法。③在隧道掘进范围内的较小溶洞采用盾构机同步注浆孔和洞内二次注浆孔进行填充注浆加固。④在隧道掘进过程中遭遇地质勘查未揭示的较大溶洞或暗河，则根据后期补充勘察的成果，可从地面明挖竖井填充或架桥方式通过该段。⑤岩溶较发育区可考虑采用提高螺栓等级、加强同步注浆和增设注浆孔注浆、加强管片纵向连接，必要时增设内钢箍等构造措施。
结语
在复杂的城市环境条件下，微动探测技术可以取得较为准确、可靠的探测成果，其抗干扰能力及场地适应性强，采集时间短，效率高，是一种技术先进、经济高效、环保无损的城市强干扰环境下的岩溶勘察方法。高精度瞬变电磁受制于电磁环境干扰，在城区应用具有局限性，但在干扰较少的郊区地段亦能表现出良好的岩溶探测能力，配合钻孔、跨孔弹性波CT方法，可充分发挥其快速、经济的优点。应预先考虑城市轨道交通沿线环境的复杂程度及岩溶发育程度，合理选用微动探测技术、高精度瞬变电磁、跨孔弹性波CT及钻探综合勘察模式中的3种或4种组合方法，可极大提高勘察精度与效率，降低勘察成本。
参考文献
［1］ 葛双成，邵长云．岩溶勘察中的探地雷达技术及应用［Ｊ］．地球物理学进展，2015，20（2）：476-481．
［2］ 戴前伟，冯德山．探地雷达在高速公路桥址溶洞探测中的应用［Ｊ］．勘察科学技术，2019（4）：61-63．
［2］ 邢文宝．探地雷达技术在岩溶地质勘察中的应用［Ｊ］．铁道建筑技术，2019（2）：63-65．
［4］ 蔡晶晶，阎长虹，王宁，等．高密度电法在地铁岩溶勘察中的应用［Ｊ］．工程地质学报，2018，19（6）：935-940．
［4］ 蒋富鹏，肖宏跃，刘垒，等．高密度电法在工程岩溶勘探中的应用［Ｊ］．工程地球物理学报，2013，10（3）：389-393．