于明朗
中交公局桥隧工程有限公司 湖南省 长沙市 410000
摘要：城市轨道交通在我国目前的发展前景下尤为重要，而又极其复杂，受制约的因素众多，比如城市建设区域内地质条件、城市周边环境复杂，在施工期间难免遇到困难，尤其是在采用盾构掘进施工中，因此为了保证城市轨道交通在岩溶地区安全，高效，稳定的进行施工并投入使用，本文结合武汉轨道交通十一号线东段二期工程第四标段马房山至虎泉盾构区间的岩溶探测与处理为例，对溶洞的勘察，处理等关键工作作出论述，为相类似地质条件下的轨道交通工程提供经验。
关键词 城市轨道交通 岩溶探测与处理 盾构掘进
1前言
目前国内城市轨道交通工程中，通常采用盾构法，矿山法进行隧道掘进施工，但是在岩溶地区采用盾构法施工属于前列，岩溶地区进行盾构掘进施工，安全风险极大，地质情况不探明，往往会导致盾构机在掘进过程中出现栽头等事故，地下水富集，裂隙发育的岩溶地区更可能发生大量失水，坍塌，严重沉降；在施工前后对盾构机安全及隧道结构稳定产生极大的影响。
2正文
2.1工程地质条件
虎泉站拟建场地内及马～虎区间盾构隧道区域地质情况主要为为填土（Qml）层，第四系上更新统冲洪积层，第四系残坡积物，下伏基岩；区间地下水地质主要以三种为代表：土层为上层滞水，岩层为基岩裂隙水和岩溶裂隙水。地质钻孔揭示的溶洞占比56%物探CT显示异常点占比75%，揭示该区域地下条件极为复杂。马房山站～虎泉站区间区间下穿地质为填土（Qml）层，第四系上更新统冲洪积层，第四系残坡积物，下伏基岩；区间地下水地质为上层滞水，基岩裂隙水和岩溶裂隙水。钻孔揭示的156个溶洞中，有近15%的溶洞小于1.0m，29%的溶洞在1～2m之间，17%的溶洞在2～3m之间，12%的溶洞在3～4m之间。溶洞平均洞高为3.31m，最大为31.60m。物探CT推测溶洞异常点共382个，有近9%的异常高度小于1.0m，33%的异常高度在1～2m之间，21%的异常高度在2～3m之间，12%的异常高度在3～4m之间。勘探钻孔揭露的156个溶洞的充填情况为：全充填的溶洞有22个，占溶洞总数的14%；半充填的溶洞有94个，占溶洞总数的60%；无充填的溶洞有40个，占溶洞总数的26%。可知该区域溶洞以半充填为主，无充填次之，全充填最少。钻孔揭示溶洞充填物多为黄褐色黏性土或黏性土夹碎石。充填物状态不一，多呈流塑状；少部分溶洞充填中密的灰黄色砾砂或碎石。其中区间存在33米的超大溶洞。
虎泉站主体结构所处地质情况是填土（Qml）层，第四系上更新统冲洪积层，第四系残坡积物，下伏基岩；车站地下水地质为上层滞水，基岩裂隙水和岩溶裂隙水。根据详勘报告显示，虎泉站主体结构所在的地质条件中岩溶发育，尤为发育，其中超过10米上的溶洞超过五个，在主体结构东侧呈大范围的横向岩溶发育,以部分隔离桩为例，显示出溶洞发育主要呈两层发育
2.2地质情况对工程的影响分析
综合区间地质情况，本工程隧道下穿的深度在24m~30m左右，下穿的地层主要为下伏基岩，根据已有的地质资料显示，地层岩溶发育，溶洞偏多，且地下水富集，主要会产生以下几个影响：
（1）由于隧道埋深处于地下水位以下，本区域水文地质条件主要为地下水和岩溶裂隙水，在盾构掘进施工中将遇到溶洞和裂隙发育的岩溶地段，地下水进入和岩溶水会进入隧道，可能产生大面积的失水，岩溶发育的条件下，失水可能导致上部土层和砂层进入隧道，特别在裂隙发育地带更容易产生塌陷等严重问题。
（2）根据已有的勘察报告显示，隧道区间以下存在部分溶洞，且规模偏大，在盾构掘进中，由于盾构机自身压力和上覆岩土层的压力可能产生盾构机掉落等问题[1]。
（3）根据已有的地层资料显示，在溶洞的埋深处的岩层来看，绝大部分溶洞所处的岩层为灰岩，而灰岩属于硬质岩，所能提供的承载力与粘土相比差异很大，容易造成后期在盾构掘进施工中因产生承载力不均产生安全事故。
综合车站主体的地质情况，车站底板埋深在27米左右，而溶洞分布于20米左右，及底板以下6米的范围内，且地下水富集，主要对车站主体产生以下影响：
（1）桩基础施工中，如若不处理好溶洞，可能导致混凝土超方
（2）基坑开挖阶段，地下水、岩溶裂隙水流失，基坑周边土岩体失稳，最终可能导致基坑整体沉降变形过大，严重可能导致坍塌事故，造成极大损失。
2.3岩溶探测的方式
根据本项目前期的勘察报告以及隧道的设计需要，务必探明溶洞详细的状态和特性，结合已有的探测手段，拟提出以下两种探测方式：
（1）高密度电阻率法对工程所在区域的地质条件进行整体的勘测，再布置适量的钻探孔补勘。
（2）电磁波深孔CT法探测出工程所在区域岩溶异常分布的平面位置，然后在显示的异常区域增加少量的钻孔以及溶洞探边孔。
2.3.1高密度电阻率法结合地质钻探孔
高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，它以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律。野外测量时只需将全部电极(几十至上百根) 置于观测剖面的各测点上,然后利用程控电极转换装置和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集, 当将测量结果送入微机后,还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果像实验图。在前期的溶洞总体分布的探明的基础上，在隧道边线、中心线左右3m的沿线上布置间距20m的钻探勘察孔，通过钻孔显示可以详细的查明工程所在区域溶洞的分布，纵向埋深及深度，充填物的类别及属性。
2.3.2电磁波深孔CT孔结合地质岩溶探边孔
电磁波CT法是利用无线电波（工作频率0.5~32MHz）在两个及以上地质钻孔中分别发射和接收，根据不同位置上接收的场强的大小，来确定地下不同介质分布的一种地下地球物理勘查方法，也称井中无线电波透视法。电磁波CT法涉及电磁波在地下有耗空间的辐射、传播和接收，其正反演问题的理论基础是电磁场理论和天线理论。当电磁波通过不同的地下介质(如各种不同的岩石、矿体及溶洞、破碎带等)传播时，由于不同介质对电磁波的吸收(β)存在差异，如溶洞、破碎带等的吸收系数(βs)比其围岩的吸收系数(βo)要大得多，因此在溶洞、破碎带的背后的场强也就小得多，从而呈现负异常，象阴影一样，我们就是利用这一差异推断目标地质体的结构和形状[2]。
综合判断后结合无探孔再布置补孔探测溶洞边界，根据已有的钻孔揭示有溶洞的勘察点周围布置钻探边孔,对于高度大于2米的溶洞或者异常区为中心,布置2*2m梅花形探边孔，距离中心孔1m。
以勘察点Jz-Ⅲ17-MH139为列子,初勘钻孔资料显示,该勘察点存在三个溶洞，溶洞纵向发育的深度分别为1米，0.5米，5米，溶洞的深度（以溶洞底标高为准）分别为10.96,米，8.46米，2.3米，半充填，充填物均为流塑性粘土，稳定性极差；在该点周围布置探边孔，根据探边孔的岩芯显示，一号，三号，四号探边孔均没有溶洞，二号探边孔和五号探边孔显示有溶洞，且溶洞的纵向深度分别为4.3米，2.8m，由此可以推断该勘察点存在一个纵向发育为5米，横向发育为4米左右的溶洞，且埋深在2.96米左右。
3总结
电磁波CT物探测技术以经济，安全，效率，准确，环保，快速等各式各样的优点目前频繁的应用于城市范围内的地质情况的探测，完全能够满足城市复杂情况下需要探测工程的先决条件，同时能够避免产生协调，环保、耗时等，在通过已有的地质钻孔的辅助和配合，完全可以快速、准确的提供地质情况的具体信息，为工程建设提供详细的基础信息。
目前武汉地铁十一号线东段二期工程第四标段马房山~虎泉区间未进行盾构掘进施工，根据相关的设计文件及各类施工规范，因此工程所处区域的岩溶地质及地下水的情况的探明十分必要，针对工程目前情况下，现阶段对施工局域先采用对原有的地质钻孔基础上增设岩溶探测孔，后期再采用电磁波CT物探的方式，对施工区域内的地质条件及地下水具体情况进行最大程度的探明，并针对地质条件，提出相应的岩溶处理方案，为后期工程的建设能够安全的、有效的进行提供支持，施工完毕后，在工程投入运营和使用区间安全性，稳定性，经济学，科学性的应用指标达到正常水平。
4结束语
在目前的建设情况的背景下，地质探测尤为重要，所以选择正确的方式尤为重要。
参考文献
[1]景积仓. 高速铁路隧道基底岩溶探测及处理[D]. 铁道勘察, 2020（04）.
[2]马军. 关于工程物探CT法在某灰岩地层的测试前所遇到问题的探讨[D]. 江西建材, 2015.（04）
[3]陈硕. 高密度电阻率法测试在工程勘察中的应用[D]. 中国勘察设计, 2021（03）