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

王 健

深圳地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518026

當軌道交通穿過巖溶地層時，有的溶洞巖質破碎，容易發生坍塌；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，就會導致盾構機塌落，影響掘進；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面，引發圍巖坍塌，導致地表開裂下沉。因此，巖溶穩定問題已成為巖溶地層軌道交通工程建設中的突出問題[1-3]。目前針對巖溶地層的工程勘察與穩定性評價多數是基于傳統的鉆孔取芯方法，而隨著物探技術的發展，跨孔彈性波CT技術已應用于隧道穿越巖溶地層的工程建設之中[4-5]。為此，文章以深圳地鐵龍東村站為工程背景，通過CT地質探測方法，探究巖溶分布地區對地鐵車站穩定性的影響。

1 工程概況

龍東村站位于深圳市龍崗區深汕公路上，沿深汕公路自西北向東南設置，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，結構底板埋深約為18.2m，標高約為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

根據沿線巖土層的成因類型、性質、工程特征、風化狀態等，結合此次勘察資料、區域地質資料以及土層物理力學性質的區別，沿線線路內第四系土層分別為全新統人工填土、全新統沖洪積層、晚更新統沖洪積層、中更新統坡殘積層；沿線基巖分別為白堊系燕山四期花崗巖，石炭系炭質頁巖、砂巖、灰巖等。

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體時走時、能量（幅值）和波形等的變化，經計算機處理重建地質體內部結構圖像的一種跨孔物探方法，是現代地震數字觀測技術與計算機技術相結合的產物。跨孔彈性波CT在兩鉆孔之間開展，工作時以一個鉆孔為發射孔，在發射孔中按一定間距（0.5～1.0m左右）發射高頻彈性波（聲波），以另一個鉆孔為接收孔，在接收孔中按一定間距（與發射點間距相同）接收彈性波。對于發射孔中的每個發射點，接收孔中全孔接收，應用交叉網狀的射線穿透二孔之間的巖土，通過拾取各發射點至每個接收點的彈性波（聲波）走時或幅度，進行復雜的數據計算，反演出兩鉆孔間的波速影像，通過波速影像并結合地質資料綜合分析巖土分界面及巖溶的邊界、產狀、發育與分布情況。采用Geode淺層地震儀，根據鉆探情況，對巖溶相對發育區布置CT孔，對相鄰的兩個鉆孔進行配對掃描，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%發育在結構底板位置以下5m范圍內；對工程影響較大的巖溶主要分布在基巖面～車站結構底板下10m位置以上的范圍內，約占溶洞總數的59.59%；對工程影響相對較小的巖溶主要分布在結構底板下方10m位置以下范圍內，約占溶洞總數的40.41%；地鐵車站場區巖溶的連通性極好，巖溶發育極不規則，巖溶幾乎成網狀分布，部分溶洞上下連通。

圖3 跨孔彈性波CT解釋成果示意圖

結構底板下存在溶洞或溶蝕裂隙，在一定程度上已經破壞了巖體的完整性，使其整體力學強度降低。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、裂隙規模擴大。巖溶對車站的影響與其分布的部位及巖溶形態的規模大小有關，按巖溶分布深度與基礎底板的關系分別評價如下。

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

（2）結構底板下5～10m：此范圍內溶洞連通性較好。該范圍內巖溶大部分無充填物，有繼續發育的可能性，對運營過程中地基和基礎的穩定性影響較大。

（3）結構底板下＞10m范圍：此范圍內溶洞連通性較差。該范圍內巖溶大部分有充填物，少部分無充填，有繼續發育的可能性，對車站建成后的運行可能有一定的影響。

4 結論

文章通過地質探測方法，探究了巖溶地區對建造地鐵車站的影響規律，主要結論如下：

（1）溶洞的洞高和平面尺寸大小不一，無明顯規律；

（2）擬建場地范圍內的巖溶在現狀條件下穩定性一般，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定性，加劇巖溶的進一步發育；

（3）該車站巖溶強烈發育，局部結構底板穿越溶洞的地段應進行地基處理，建議采用注漿加固或樁基進行處理等。