无锡地铁4号线岩溶地段地质问题分析

史晓忠

（无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214000）

0 引言

无锡地区存在较多的灰岩地层，且地层界面起伏较大，存在石芽、古沟壑，埋藏型岩溶发育比较普遍[1]。近年来，无锡经济迅猛发展，推动了多个高层建筑和轨道交通的建设。而在岩溶地区进行地铁建设很容易发生地面塌陷、隧道突泥突水等地质灾害[2]。岩溶的规模及其与隧道底板的位置关系严重影响着地铁建设的安全。拟建的无锡地铁4号线位于无锡市中部，从北向南依次跨越北塘区、南长区和滨湖区。线路全长43.34 km，共设30座车站，皆为地下车站，包括6座换乘站。其中四院站到河埒口站区间为盾构施工段，在初勘阶段发现岩溶比较发育，是控制线路方案的主要影响因素。本文在野外勘察的基础上，通过物探、跨孔地震CT等方法，查明了区间内的岩溶发育规模及其分布特征，分析了地铁建设过程中可能出现的地质问题，并据此提出可行的处理方案，为地铁结构的设计和盾构施工提供依据。

1 工程概况

拟建的无锡地铁4号线是无锡地铁集团有限公司根据国家及江苏省发展和改革委员会文件精神拟投资建设的一项惠民工程。工程整体呈半环形，北起梁溪区刘潭站（与1号线换乘），南至滨湖区震泽路商务中心站，而后转向东至新吴区查桥站。3号标段是指惠山古镇站（不含）至隐秀路站（含），总计5站5区间。本文研究区间位于整条线路的中间位置，如图1所示。线路主要沿惠河路、英俊路和蠡溪路布置，同时下穿青祁路高架、产业新村及上蒋巷居民区。经初步勘察，岩溶主要发育在场地的滨湖交警大队和上蒋巷居民区区域。

图1 无锡地铁四号线拟建线路图

该场地地貌单元属长江三角洲冲积平原。无锡市位于扬子准地台下扬子至钱塘褶皱带东端[3]。印支运动使该区褶皱上升成陆，燕山运动发生，使地壳进一步褶皱断裂，并伴之强烈的岩浆侵入和火山喷发。白垩纪晚世，渐趋宁静，该区构造格架基本定型，新生代以来，地壳运动总的特点是山区缓慢上升、平原区持续缓慢下降。在近场区范围内共有两条较大规模的断裂，如图2所示，即苏锡常断裂、和桥-阳山断裂。

苏锡常断裂是无锡-宿迁断裂的南延段延伸部分，呈北西走向，倾向南东，倾角约60°。主要活动时期是第四纪早、中更新世，晚更新世以来无活动迹象。在近场区苏锡常断裂由不连续的若干条断裂组成，其主体被第四系所覆盖。断裂基本上沿京杭运河展布，与无锡地铁4号线相交。

图2 场区地质构造简图

和桥-阳山断裂又名张渚-洛社断裂，走向北东，倾向北西，倾角约65°。整个断裂被北西向断裂切割为几段，主要活动时期是第四纪早、中更新世。近场区地层隶属江南地层区苏州-长兴地层小区，地层发育较齐全[1]。

区内大部分地区被第四系地层覆盖，基岩裸露区基本分布在江阴复式褶皱和太湖北岸。在该工程区揭露的基岩为石炭系黄龙组地层，主要以微晶灰岩为主，夹有少量白云岩团块，块状构造。自下而上分别为微风化灰岩、中等风化灰岩、强风化灰岩。区域资料显示，地层层面向南东倾，倾角较缓，大部分在10°～20°。岩体中裂隙较发育。场区基岩埋深较大，岩体受上部岩土体自重应力作用，结构面闭合度一般。

2 岩溶分布特征

2.1 研究方法

根据前期勘察和地质分析，场区内岩溶主要发育在市交警大队和上蒋巷居民区区域。该次岩溶勘察采用现在比较常用的跨孔地震CT法对溶洞和岩体破碎位置进行探测，即在一个钻孔内发射，另一个钻孔内接收。跨孔地震勘探数据记录系统采用具有高灵敏度、性能稳定的瑞典RAS24便携式数字地震仪，检波器采用重庆地质仪器厂生产的检波器（主频100 Hz），震源选择湖南奥成科技有限公司生产的电火花震源，激发电压最高达10 kV。井孔深度一般40 m。井内布置一串12个检波器接收，道间距1 m，记录长度0.2 s，采样间隔0.125 ms；激发孔内炮点间距为0.5 m。场地内共布孔17个，测线26条，如图3所示。

图3 场区测线布置图

2.2 岩溶分布特征

根据钻孔资料显示，8个钻孔揭露灰岩地层，其中揭露溶洞的钻孔有5个，钻孔见洞隙率为62.5%，洞顶埋藏深度在27.50～44.30 m，标高在-38.35～-20.75 m，溶洞高 0.40～12.10 m，局部呈串珠状产出。溶洞的填充情况不一，存在全填充、半填充及未填充三种情况：全填充的填充物为硬塑状的黏土；半填充的填充物为软塑至流塑状的粉质黏土、含碎石粉质黏土。根据跨孔地震CT探测解译结果显示，场区内存在溶洞或大的裂隙共46个，见表1。

从探测的结果看，整个场地岩溶比较发育，并分布有多处岩层破碎带。根据场地不同区域岩溶的发育程度以及对盾构施工的技术要求需要，将标高 -21～-22 m、-24～-25 m、-27～-28 m、-30～-31 m的CT探测解译波速绘制成平面等值线云图，如图4所示。从图中可以看出，岩溶在场地的右上角，即交警大队附近发育较多，建议在此处多打几个钻孔，验证一下岩溶的发育情况。

3 地质问题分析与处理

地铁工程对地基的依赖性很强，对工程勘察、设计、施工和监测的要求较高[4]。当隧道穿越岩溶发育区时，容易遇到大小不等、部位不同、充填物及充填程度不同的溶洞，这些溶洞的存在将给隧道的施工和围岩的稳定带来不同程度的风险，并且容易引发地面塌陷、突泥突水等地质灾害问题[5]。如果处理不当，将会造成不可磨灭的损失。

（1）根据探测结果，区内岩溶多沿层面和裂隙发育，受地壳升降运动影响，岩溶现象具多期性，在垂向上有一定的分带性，且溶洞大部分位于隧道底板的下方，溶洞的充填物绝大部分来自上覆土层。而且场区内岩溶发育位置大部分集中在灰岩层面以及断层破碎带，岩溶发育的方向主要受断层的走向控制。为了防止施工过程中发生意外，建议在盾构施工前对场区内溶洞进行灌注水泥砂浆处理。

表1 场区溶洞汇总表

图4 波速平面等值线云图

（2）该区间隧道由于纵坡的需要，埋深深浅有一定变化，同时线路范围内土层有一定起伏，故盾构段隧道掘进涉及土层较多，分别有粉质黏土、黏土、碎石、含碎石粉质黏土、残积土、中等风化灰岩和微风化灰岩。这些岩土层力学性能差异较大，受荷载作用后，变形特征也有一定差异，在施工运营阶段可能会产生不均匀沉降，建议对其过渡地段采取相应的结构措施，并在施工过程中进行长期的变形监控。

（3）拟建线路位于市区，四周建筑较多，岩溶发育，盾构施工过程中容易发生地面塌陷等地质问题。尤其是该隧道下穿多个建筑物，包括沿青祁路的辅助用房、青祁路高架的桥墩、玉兰苑一栋7层住宅楼、产山新村一栋5层住宅楼、上严巷荣院宿舍、上蒋巷住宅楼、市交通警察支队滨湖大队和已运营的2号线河埒口站。对这些建筑物采取相应的保护措施，控制地表变形，减轻施工对周围建筑及管线的影响。在进行结构设计时要对其进行专门的变形验算，以确保工程安全及顺利实施。

另外，根据管线探测资料显示，惠河路、英俊路、青祁路路中及两侧地下管线种类多、数量大、情况复杂。在施工前要弄清管线的分布情况，在施工过程中要尽可能进行避让。

4 结语

要有效解决岩溶给地铁建设施工带来的问题，首先应该从前期的勘察设计阶段入手，利用物探、跨孔地震CT技术查明岩溶的形态及分布情况，注重对岩溶发育特征的分析，尤其是钻探中发现的溶洞，要查明其分布规模和分布位置。对于在跨孔地震CT解译中发现的地质异常地段，应选择有代表性的部位布置验证性钻孔。由于地铁全部采用地下隧道式，在结构设计阶段要充分考虑地铁建设对周围建筑物及埋深范围内管线的影响。同时应采用科学的施工和检测方法：在盾构施工前，应尽早对埋藏型岩溶进行注浆处理；在盾构施工过程中，要时刻监测盾构机的阻力、姿态、水压等，防止意外发生。施工中应尽可能配备具有超前地质探测的设备，掌握掘进面的地质不良情况，指导设计和施工参数选择。

[1]黄新强.无锡某大厦深层溶洞地基处理设计与施工方法[J].地质学刊，2017，41（2）:347-351.

[2]曾建军.广州地铁岩溶地段工程建设风险探讨[J].城市轨道交通研究，2012，15（4）:82-85.

[3]李肖南，阎长虹，许宝田，等.无锡某地基埋藏型岩溶发育特征及充填物来源[J].中国岩溶，2015，34（1）:79-85.

[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，2011，19（6）:935-940.

[5]张志亮.黔张常铁路岩溶发育规律研究 [J].铁道标准设计，2013（12）:15-18.