基于跨孔CT探查的岩溶地层地铁车站工程稳定性评价——以深圳地铁16号线龙东村车站工程为例

王 健

深圳地铁集团有限公司，广东 深圳 518026

当轨道交通穿过岩溶地层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有的溶洞位于地铁隧道底部，充填物松软且深，如果处理不当，就会导致盾构机塌落，影响掘进；有时会遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥沙会夹水大量涌入作业面，引发围岩坍塌，导致地表开裂下沉。因此，岩溶稳定问题已成为岩溶地层轨道交通工程建设中的突出问题[1-3]。目前针对岩溶地层的工程勘察与稳定性评价多数是基于传统的钻孔取芯方法，而随着物探技术的发展，跨孔弹性波CT技术已应用于隧道穿越岩溶地层的工程建设之中[4-5]。为此，文章以深圳地铁龙东村站为工程背景，通过CT地质探测方法，探究岩溶分布地区对地铁车站稳定性的影响。

1 工程概况

龙东村站位于深圳市龙岗区深汕公路上，沿深汕公路自西北向东南设置，横跨爱南路口与深海高速出入口，为地下二层岛式车站，有效站台中心里程为YK23+983.881，起点里程为YK23+883.081，终点里程为YK24+498.481。车站长度为615.4m，结构底板埋深约为18.2m，标高约为15.2m。该车站拟采用明挖法施工。深圳市城市轨道交通16号线工程线路平面如图1所示。

图1 深圳市城市轨道交通16号线工程线路平面示意图

根据沿线岩土层的成因类型、性质、工程特征、风化状态等，结合此次勘察资料、区域地质资料以及土层物理力学性质的区别，沿线线路内第四系土层分别为全新统人工填土、全新统冲洪积层、晚更新统冲洪积层、中更新统坡残积层；沿线基岩分别为白垩系燕山四期花岗岩，石炭系炭质页岩、砂岩、灰岩等。

2 跨孔弹性波CT物探方法

跨孔弹性波CT法（亦称为跨孔地震CT）是通过观测弹性波穿越地质体时走时、能量（幅值）和波形等的变化，经计算机处理重建地质体内部结构图像的一种跨孔物探方法，是现代地震数字观测技术与计算机技术相结合的产物。跨孔弹性波CT在两钻孔之间开展，工作时以一个钻孔为发射孔，在发射孔中按一定间距（0.5～1.0m左右）发射高频弹性波（声波），以另一个钻孔为接收孔，在接收孔中按一定间距（与发射点间距相同）接收弹性波。对于发射孔中的每个发射点，接收孔中全孔接收，应用交叉网状的射线穿透二孔之间的岩土，通过拾取各发射点至每个接收点的弹性波（声波）走时或幅度，进行复杂的数据计算，反演出两钻孔间的波速影像，通过波速影像并结合地质资料综合分析岩土分界面及岩溶的边界、产状、发育与分布情况。采用Geode浅层地震仪，根据钻探情况，对岩溶相对发育区布置CT孔，对相邻的两个钻孔进行配对扫描，CT钻孔扫描剖面如图2所示。

图2 CT钻孔扫描剖面示意

3 岩溶分布规律与特征

跨孔弹性波CT解释成果如图3所示。由图3可知，揭露溶洞有70.53%发育在结构底板位置以下5m范围内；对工程影响较大的岩溶主要分布在基岩面～车站结构底板下10m位置以上的范围内，约占溶洞总数的59.59%；对工程影响相对较小的岩溶主要分布在结构底板下方10m位置以下范围内，约占溶洞总数的40.41%；地铁车站场区岩溶的连通性极好，岩溶发育极不规则，岩溶几乎成网状分布，部分溶洞上下连通。

图3 跨孔弹性波CT解释成果示意图

结构底板下存在溶洞或溶蚀裂隙，在一定程度上已经破坏了岩体的完整性，使其整体力学强度降低。另处，溶洞、溶蚀裂隙中存在流动的地下水，溶蚀作用将使溶洞、裂隙规模扩大。岩溶对车站的影响与其分布的部位及岩溶形态的规模大小有关，按岩溶分布深度与基础底板的关系分别评价如下。

（1）结构底板下0～5m：此范围内溶洞连通性较好。该范围内岩溶大部分有充填物，少部分无充填。该范围内的溶洞对地基和基础的影响较大，若处理不当，可能造成不均匀沉降。如在溶洞处理前进行开挖施工，可能对施工安全造成影响。

（2）结构底板下5～10m：此范围内溶洞连通性较好。该范围内岩溶大部分无充填物，有继续发育的可能性，对运营过程中地基和基础的稳定性影响较大。

（3）结构底板下＞10m范围：此范围内溶洞连通性较差。该范围内岩溶大部分有充填物，少部分无充填，有继续发育的可能性，对车站建成后的运行可能有一定的影响。

4 结论

文章通过地质探测方法，探究了岩溶地区对建造地铁车站的影响规律，主要结论如下：

（1）溶洞的洞高和平面尺寸大小不一，无明显规律；

（2）拟建场地范围内的岩溶在现状条件下稳定性一般，施工和运营过程中的机械震动、爆破震动、地下水波动可能会破坏岩溶的稳定性，加剧岩溶的进一步发育；

（3）该车站岩溶强烈发育，局部结构底板穿越溶洞的地段应进行地基处理，建议采用注浆加固或桩基进行处理等。