浅析武汉地铁区间岩溶专项勘察技术方法

浅析武汉地铁区间岩溶专项勘察技术方法

马成

    湖北地矿建设勘察有限公司  430000

摘要：岩溶专项勘察施工技术主要采用水文地质调查、工程钻探、物探（孔间电磁波CT）、抽水试验、地下水观测等各种综合勘察手段。主要目的查明拟建工程范围及影响地段的各种岩溶和土洞的位置、规模、埋深、岩溶充填物性状及岩溶段场地地下水的特征和动态变化规律。本文以武汉市轨道交通11号线东段工程生物园站-光谷四路站区间岩溶专项勘察为例，说明场地岩溶专项勘察技术方法。

关键词：地铁工程；工程钻探；电磁波CT；技术方法

1、引言

武汉轨道交通11号线生物园站～光谷四路站位于武汉市东湖新技术开发区高新大道光谷三路至光谷四路之间，区间全长861.55延米。地面标高在34.70～41.30m左右，埋深约17.40～21.50m，拟采用盾构法施工。

根据前期的详细勘察地质资料，生物园站～光谷四路站区间场地分布二叠系及石炭系可溶性灰岩，溶蚀现象较为发育，局部地段溶洞、溶槽发育，是影响地铁工程施工与运营安全的主要工程地质问题。其危害表现为岩溶地基失稳、涌泥问题和岩溶塌陷问题， 对地铁工程安全影响较大；为确保武汉地铁建设的安全与顺利进行以及运营安全，需对该区间进行岩溶专项勘察。

2、主要技术路线

根据本区段地铁工程的特点及岩溶水文地质条件，本次勘察工作的主要技术路线是：从搜集与分析区域地质与区域水文地质资料着手，通过水文地质调查、钻探、物探（钻孔间电磁波CT）、现场试验、室内试验等，综合工程区内岩溶发育情况、水文地质特征，综合评价岩溶与地下水对本区段内地铁工程影响，为工程设计和施工提供技术成果。

3、钻探及物探工作布置

（1）钻探：钻孔一般在双线隧道两侧及两隧道中间交叉布置，两侧钻孔一般布置在盾构边缘外侧2～4m处。钻孔间距15～20m左右。 区间隧道钻孔深度一般以进入可溶岩不小于相邻钻孔间距为原则，以满足物探CT探测要求；在此段钻孔进入灰岩地层15~20m，孔深均在40m左右。 勘探布置见图1。

（2）物探：在满足跨孔电磁波CT最大间距要求的前提下，按照“由面到点、先稀后密”的原则布置物探工作。本次岩溶专项勘察对跨越隧洞的相邻钻孔均进行孔间层析成像（电磁波CT），在纵向和纵向折线布置CT剖面线。物探布置见图1。

图1 勘探及物探布置示意图

4、勘察主要技术方法

4.1相关资料收集

主要对区域地质、水文地质资料以及场地前期勘察资料等进行搜集，为勘察工作的开展、选定合理途径及对场地的综合分析评价奠定基础。

4.1.1区域地质资料收集       

根据武汉市区域地质图及前期勘察资料揭示地层，生物园站-光谷四路站区间由西向东斜穿倒转向斜构造。位于龙阳湖－王家店倒转背斜东侧及南湖-刘张村扇形背斜与狮子山倒转向斜之间，该向斜核部地层为二叠系孤峰组(P1g)，两翼为二叠系栖霞组(P1q)、石炭系黄龙组(C2h)及泥盆系五通组(D3w)。 沿线地质构造复杂多变。临近场区的光谷三路上发育有一条断层，断层倾向东南，倾角30度。

4.1.2区域水文资料收集   

据区域水文资料，本段场地无明显的含水带，地下水按赋存条件，可分为上层滞水、碎屑岩裂隙水、岩溶裂隙水三种类型。

4.2地质测绘

根据前期勘察资料及收集的区域工程地质、水文地质资料，对线路区开展1：2000的地质测绘，以查明隧道、车站区岩溶发育情况及水文地质条件。

4.3工程钻探

本次专项勘察布置的钻孔主要用于揭示地质结构、溶洞发育及其充填物情况，配合物探测试工作，并验证物探CT推测岩溶异常区及进行地下水观测。

施工的难点：钻孔成孔后，如不及时进行孔壁保护，在进行孔间CT等孔内原位测试前或测试过程中可能产生孔壁坍塌，后果严重。要求每个钻孔终孔后均下入PVC管保护孔壁，其直径不小于75mm，与钻孔口径匹配且易于安装。物探试验过程中如发生孔壁坍塌，需尽快进行扫孔并重新进行护壁处理，必要时可征得地质人员同意后重新开孔。

  本次钻探共发现溶洞40个，钻孔揭露的溶洞中全充填的溶洞21个，占总溶洞数的52.50%；半充填的溶洞2个，占5.00%；无充填的溶洞17个，占42.50%。一般浅部溶洞多为全充填，充填物主要为可-硬塑的黏性土，局部夹含少量的碎石。

4.4钻孔间电磁波CT

本次岩溶专项勘察的物探主要是采用孔间电磁波CT层析成像法，其目的是精确探查隐伏岩溶、破碎带、溶蚀裂隙带的发育规模及分布规律，利用溶洞在剖面上的异常特征可以反映出测区内溶洞的分布形态和延伸状况以及地下隐伏的地质构造情况。                        

图2电磁波CT原理           图3现场CT数据采集

物探CT探测共发现岩溶异常点86个，其中39个岩溶异常点与钻孔揭露的溶洞相吻合，其余47个异常点位于钻孔之间，可能为溶洞 16个 、溶蚀裂隙24个、溶蚀破碎带的7个

4.5水文地质测试及地下水的观测。

在水文地质调绘、钻探、物探工作的基础上，结合勘察区内地下水的补给、径流、排泄条件，在较优的且含水结构有差异的地段布置水文地质试验孔，进行抽水试验。在不同水文地质单元或水文地质条件复杂地段，布置岩溶地下水水位观测孔和地下水动态长期观测孔，进行水位监测。

4.5.1水位观测孔

为了研究勘察区范围内的岩溶水，对每个钻孔水位进行了观测，观测时间段内，区间灰岩岩溶裂隙水水位标高在36.83～37.23m之间，水位变化幅度-0.48～+0.30m，主要受降水影响波动。

4.5.2抽水试验

为详细查明勘察区场地在不同构造部分及不同时代地层岩性地下水涌水量及渗透系数等水文参数，在本次勘探期间进行了2个孔的抽水试验。抽水试验采用深井潜水泵进行，在正式抽水实验前进行洗孔，每孔试验采用1～2次降深，1次降深一般延续5～6小时，水位达到基本稳定或涌水量基本稳定时结束试验；多孔抽水试验采用1～2次降深，1次降深一般延续6～8小时。

根据本次抽水试验成果，结合地区经验，场地区各水文地质单元或含水层单位降深涌水量为3.37～12.096m3/日。渗透系数为0.000813～0.02660.028m/d。总体看来,场地内灰岩透水性与岩性、所处的部位及岩溶、裂隙发育程度有很大的关联。二叠系孤峰组(P1g)灰岩、石炭系黄龙组(C2h)灰岩岩石成分纯，厚度大，多为生物碎屑微晶碳酸盐岩和粒屑灰岩，方解石晶体粗，岩溶发育。根据抽水试验结果判定场地灰岩透水性为弱透水。

根据上述水位观测及抽水试验成果可知：

岩溶段：勘察期间，岩溶发育的钻孔，大部分出现严重漏水的现象，水位观测大部分钻孔都处于无水状态。仅部分岩溶不发育或充填较好钻孔可测量到水位,但一抽即干。区间灰岩岩溶裂隙水主要受降水影响波动。

碎屑岩段：施工期间所测得稳定水位，多为基岩裂隙水，主要接受大气降水补给，水量小，容易抽干。

因此可以判定场地属于弱承压水，整体评价地下水不发育，仅局部存在岩溶裂隙水与基岩裂隙水。

4.6室内试验

①土样常规物理力学试验：对溶洞充填物取代表性试样各取25组进行室内常规物理力学性质试验。

② 水质分析试验：取岩溶地下水样3组进行水质分析试验 。

③ 矿物薄片鉴定试验：取4组不同岩性的岩样进行薄片鉴定。

5、结束语

在搜集区域和场地区工程与水文地质资料的基础上，结合本次岩溶专项勘察技术手段的相关结论，对勘察区场地岩溶与地铁隧道的位置关系及地下水进行综合研究；针对性选择地面注浆，孔内回填、深井降水等治理措施，确保地铁建设的安全与顺利进行。

参考文献

[1]马成，武汉市轨道交通11号线东段工程生物园站～光谷四路站区间岩溶专项勘察报告[R].武汉；2016

[2]范士凯，武汉（湖北）地区岩溶地面塌陷[J].资源环境与工程，2006.20(sl);608-616

[3]武卫星，朱敏，郭晓刚.地铁工程穿越岩溶地区处理技术研究[J]，人民长江，2011.42（1）；47-49

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