地下洞穴對地鐵線路選擇的影響摘要：廣州地鐵二號線北延段三元里至新市段線路擬為地下線，下覆基巖為石灰?guī)r，巖溶洞穴十分發(fā)育。本文介紹了三元里至新市段工程地質(zhì)條件，通過對該段石灰?guī)r洞穴分布特征的分析，指出其對線路敷設(shè)方式、施工及運(yùn)營可能產(chǎn)生的影響，并對下階段的工作提出了建議。關(guān)鍵詞：二號線北延段三元里至新市段石灰?guī)r洞穴影響1工程概況 廣州地鐵二號線北延段三元里至新市段線路長約4km，擬為地下線，沿線設(shè)三元里（已建）、遠(yuǎn)景、白云新城和新市4座車站。線路出新市站后轉(zhuǎn)為高架線。 三元里至新市段沿線環(huán)境條件較為復(fù)雜，從已建成的三元里折返線往北，線路下穿北環(huán)高速公路和機(jī)場路，路段交通非常繁忙；北環(huán)高速公路與機(jī)場路之間長約300m的線路需穿越房屋、小河涌，過機(jī)場路后線路進(jìn)入舊白云機(jī)場，機(jī)場范圍管線密集，跑道混凝土厚60～80cm。
三元里至新市段初勘共揭示到溶洞47個（圖3、圖4和圖5），均分布在石炭系中上統(tǒng)壺天群石灰?guī)r發(fā)育范圍。其中，溶蝕底板埋深在15～30m范圍內(nèi)的溶洞有45個，約占溶洞總數(shù)的95.7%；溶蝕底板埋深超過30m的有2個，約占溶洞總數(shù)的4.3%。有18個溶洞的頂板距巖面1m以內(nèi)。 溶蝕底板埋深超過30m的2個溶洞中，一個位于三遠(yuǎn)區(qū)間環(huán)城高速路北側(cè)，溶蝕底板埋深37.5m（圖3），洞高0.7m，無填充物。另一個位于新市站范圍（圖5），溶蝕底板埋深41.0m，洞高14.80m，填充物為粉質(zhì)粘土，形成溶蝕深槽。 綜上分析可以看出，本段大部分溶洞發(fā)育的深度較淺，結(jié)合巖面的埋深、起伏情況來看，溶洞主要分布在巖層表層和上部。深部發(fā)育的溶洞數(shù)量較少且規(guī)模小；局部地段形成溶蝕深槽。3.2洞體高度特征 揭示到的47個溶洞中，洞體高度小于0.5m的有8個，洞體高度在0.5～1.5m的有30個，洞體高度在2～3m的有7個，另有1個洞體高度6.5m，發(fā)育在遠(yuǎn)景站附近（圖4），1個洞體高度14.80m，位于新市站范圍（圖5）。 洞體高度小于1.5m的溶洞共38個，占總數(shù)的80.9%，說明本段大部分溶洞洞體高度較小。3.3填充物特征 47個溶洞中有30個中填充了流塑～軟塑狀粉質(zhì)粘土，部分夾灰?guī)r碎塊。另有17個為空洞，除有1個空洞洞體高度達(dá)2.4m外，其余洞高均小于1.5m。空洞埋深主要為15.0～20.0m，少部分在25.0～28.0m，個別埋深在37.5m。洞體高度2.4m的空洞底板埋深為17.5m。綜上所述，本段大部分溶洞有填充物，部分溶洞溶蝕形成空洞，空洞洞體小，埋深較淺。4土洞特征 當(dāng)上覆有適宜被沖蝕的土體，下有排泄、儲存沖蝕物的通道和空間，地表水向下滲透或地下水位在巖土交界附近作頻繁升降運(yùn)動，因水對土層的潛蝕作用，就形成土洞。初勘揭示了2個土洞（圖5），分布在白云新城至新市區(qū)間和新市站后。 白云新城至新市區(qū)間土洞所在處為一風(fēng)化深槽，主要由灰?guī)r風(fēng)化殘積而成的可塑～硬塑狀粉質(zhì)粘土組成，殘積層厚23.0m，槽底埋深為37.5m。土洞發(fā)育深度在30.5～37.5m，洞高7m，無填充物。 新市站后發(fā)育的土洞深度在21.0～26.0m，洞高5m，由流塑狀粉質(zhì)粘土填充。 從勘察揭示的情況來看，目前本段土洞發(fā)育的數(shù)量少，埋藏較深。但土洞洞體較高，為空洞或被易沖蝕的粉質(zhì)粘土填充，由于地下水的潛蝕作用，土洞存在進(jìn)一步發(fā)展的可能。 另從溶洞的分布特征來看，有18個溶洞的頂板距巖面1m以內(nèi)，說明這18個溶洞與第四系土層之間只有不到1m厚的巖層，隨著溶蝕程度的加深，這些幾十厘米厚的灰?guī)r或被溶蝕或塌落，隨著溶蝕作用的持續(xù)進(jìn)行，土層亦被溶蝕而成土洞。由此可見，三元里至新市段在較大的范圍內(nèi)存在土洞形成的條件和可能。 目前，三元里至新市段隧道及車站均為潛埋（圖3、圖4和圖5），隧道結(jié)構(gòu)底板埋深最深約17m，結(jié)合線路縱斷面來看，所揭示到的2個土洞均距隧道底板超過10m。隧道結(jié)構(gòu)底板之下10m范圍內(nèi)的發(fā)育溶洞有30個，其中，洞體高度小于1.5m的有26個，洞體高度在2～3m的有3個，有1個洞體高度6.5m。30個溶洞中有13個無填充物，且其中有12個洞高小于1.5m，1個洞高為2.4m。綜上分析可以看出，在隧道底板之下10m范圍內(nèi)溶洞較發(fā)育，溶洞洞體高度較小。部分溶洞無填充物，但洞體高度也較小。5巖溶洞穴的影響5.1對線路的影響 二號線北延段位于灰?guī)r分布的范圍，巖溶土洞溶洞十分發(fā)育，從工程地質(zhì)條件來看，本段線路采用地下線敷設(shè)方式的地質(zhì)適應(yīng)性較差，較宜于采用地面線或高架線。對于地下線而言，由于大部分范圍發(fā)育的土層較厚，線路可選擇淺埋，從土層中穿過，盡量避開巖溶洞穴或使得隧道結(jié)構(gòu)底板與之保持一定的距離。5.2對施工的影響 三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間，受地面條件的制約，線路需采用地下線。從三元里站后至廣園西路北側(cè)，線路右線（左線已施工完畢）從白堊系紅層和土層中穿過。本段長約125m，可考慮暗挖法施工；自廣園西路北側(cè)至遠(yuǎn)景站，地面分布有民房、河涌，線路同時下穿機(jī)場路，隧道結(jié)構(gòu)底板基本上在壺天群灰?guī)r巖層、三元里斷裂中穿過。既有施工經(jīng)驗證明，本段巖溶發(fā)育，地下水豐富，采用暗挖法施工存在一定的風(fēng)險，可能造成地面沉陷、隧道突水等事故，而明挖法面臨拆遷房屋、遷改河涌及疏解機(jī)場路交通等問題，協(xié)調(diào)量大，費用亦較高。本段需進(jìn)行較詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較工作，合理選擇較適宜的工法。 遠(yuǎn)景至新市段，線路位于舊白云機(jī)場范圍，地面平坦開闊，隧道結(jié)構(gòu)底板基本在土層穿過，局部（白云新城前后區(qū)間）穿過巖層，對于淺埋的隧道而言，本段較適宜采用明挖法。 無論是采用何種施工方法，對于巖溶發(fā)育的區(qū)段，在隧道結(jié)構(gòu)底板之下一定深度（10m）、隧道兩側(cè)一定距離范圍的巖溶洞穴需進(jìn)行填充和加固，以確保施工和運(yùn)營的安全。5.3對運(yùn)營的影響 從巖溶洞穴的發(fā)育特征及其對線路、工法的影響來看，只要采用一定的技術(shù)手段和處理措施，在本段修建地下線是可行的。然而地鐵的主體結(jié)構(gòu)工程設(shè)計使用年限為100年，對巖溶洞穴的處理，不僅要保障施工的安全，更要保證長期運(yùn)營的安全。 在施工過程中，隧道的挖掘、車站結(jié)構(gòu)的修建可能造成水文地質(zhì)條件變化。巖溶裂隙水賦存條件受巖溶發(fā)育程度、形態(tài)特征、規(guī)模大小以及裂隙充填情況等因素影響，富水性和滲透性及涌水量變化較大。地下水賦存及滲流條件的改變，可能會加速溶蝕，促使巖溶洞穴進(jìn)一步發(fā)展。 另一方面，三元里至新市段部分巖溶距巖面較淺，加之風(fēng)化深槽較發(fā)育，溶洞的發(fā)展易形成土洞，若土洞未進(jìn)行處理，土洞的發(fā)展將給運(yùn)營的安全帶來重大影響。本段發(fā)育的土洞是運(yùn)營安全的一大隱患。 總之，巖溶洞穴的發(fā)育對線路敷設(shè)方式形成制約，造成工程投資增大，增加施工難度和風(fēng)險，并對運(yùn)營形成隱患。6結(jié)語 ⑴地鐵線路的選擇應(yīng)綜合考慮客流、規(guī)劃、城市周邊環(huán)境和工程地質(zhì)條件。二號線北延段三元里至新市段為石灰?guī)r分布區(qū)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，在本區(qū)段修建地下線路存在較大的工程風(fēng)險，應(yīng)精心設(shè)計，精心施工。 ⑵通過對巖溶洞穴的分析表明，采用潛埋線路、明挖工法等手段，可在一定程度上降低工程風(fēng)險。但三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間地面條件復(fù)雜，明挖法協(xié)調(diào)困難，暗挖法風(fēng)險較大，本區(qū)間是二號線北延段施工的一個重點和難點地段。同時，北延段土洞發(fā)育且在較大的范圍內(nèi)存在土洞形成的條件和可能。隧道在土層通過，盡可能地避開了溶洞的影響，但土洞的發(fā)育將對運(yùn)營的安全形成隱患。 ⑶在石灰?guī)r地區(qū)需采用多種勘察方法，各種方法相互結(jié)合和驗證。在下一階段的工作中，應(yīng)盡快采用物探的手段，進(jìn)一步查明土洞、溶洞的分布范圍、規(guī)模及連通性。 ⑷石灰?guī)r分布范圍地下水的作用至關(guān)重要，應(yīng)加強(qiáng)對這一地區(qū)地下水分布規(guī)律、埋藏條件、賦存及滲流特征等的研究。【參考文獻(xiàn)】⑴《廣州市軌道交通二、八號線拆解工程總體設(shè)計》，廣州市地下鐵道設(shè)計研究院、鐵道第四勘察設(shè)計院，（2005.4）⑵《廣州市軌道交通二號線工程北延段初步勘察階段比選方案巖土工程勘察報告》，廣州地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，2005.4⑶《廣州市地下鐵道二號線首期工程三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報告》，廣州市地下鐵道設(shè)計研究院、廣東省地質(zhì)物探工程勘察院，2000.4⑷《廣州市地下鐵道二號線首期工程三元里折返線石灰?guī)r分布段施工階段工程物探勘察報告》，廣州地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司、廣東省地質(zhì)科學(xué)研究所，2001.10⑸《廣州地鐵二號線首期工程三元里折返線石灰?guī)r分布段物探工程勘察成果檢驗報告》，廣州市地下鐵道設(shè)計研究院、廣東省重工建筑設(shè)計院，2001年12月
三元里至新市段初勘共揭示到溶洞47個（圖3、圖4和圖5），均分布在石炭系中上統(tǒng)壺天群石灰?guī)r發(fā)育范圍。其中，溶蝕底板埋深在15～30m范圍內(nèi)的溶洞有45個，約占溶洞總數(shù)的95.7%；溶蝕底板埋深超過30m的有2個，約占溶洞總數(shù)的4.3%。有18個溶洞的頂板距巖面1m以內(nèi)。 溶蝕底板埋深超過30m的2個溶洞中，一個位于三遠(yuǎn)區(qū)間環(huán)城高速路北側(cè)，溶蝕底板埋深37.5m（圖3），洞高0.7m，無填充物。另一個位于新市站范圍（圖5），溶蝕底板埋深41.0m，洞高14.80m，填充物為粉質(zhì)粘土，形成溶蝕深槽。 綜上分析可以看出，本段大部分溶洞發(fā)育的深度較淺，結(jié)合巖面的埋深、起伏情況來看，溶洞主要分布在巖層表層和上部。深部發(fā)育的溶洞數(shù)量較少且規(guī)模小；局部地段形成溶蝕深槽。3.2洞體高度特征 揭示到的47個溶洞中，洞體高度小于0.5m的有8個，洞體高度在0.5～1.5m的有30個，洞體高度在2～3m的有7個，另有1個洞體高度6.5m，發(fā)育在遠(yuǎn)景站附近（圖4），1個洞體高度14.80m，位于新市站范圍（圖5）。 洞體高度小于1.5m的溶洞共38個，占總數(shù)的80.9%，說明本段大部分溶洞洞體高度較小。3.3填充物特征 47個溶洞中有30個中填充了流塑～軟塑狀粉質(zhì)粘土，部分夾灰?guī)r碎塊。另有17個為空洞，除有1個空洞洞體高度達(dá)2.4m外，其余洞高均小于1.5m。空洞埋深主要為15.0～20.0m，少部分在25.0～28.0m，個別埋深在37.5m。洞體高度2.4m的空洞底板埋深為17.5m。綜上所述，本段大部分溶洞有填充物，部分溶洞溶蝕形成空洞，空洞洞體小，埋深較淺。4土洞特征 當(dāng)上覆有適宜被沖蝕的土體，下有排泄、儲存沖蝕物的通道和空間，地表水向下滲透或地下水位在巖土交界附近作頻繁升降運(yùn)動，因水對土層的潛蝕作用，就形成土洞。初勘揭示了2個土洞（圖5），分布在白云新城至新市區(qū)間和新市站后。 白云新城至新市區(qū)間土洞所在處為一風(fēng)化深槽，主要由灰?guī)r風(fēng)化殘積而成的可塑～硬塑狀粉質(zhì)粘土組成，殘積層厚23.0m，槽底埋深為37.5m。土洞發(fā)育深度在30.5～37.5m，洞高7m，無填充物。 新市站后發(fā)育的土洞深度在21.0～26.0m，洞高5m，由流塑狀粉質(zhì)粘土填充。 從勘察揭示的情況來看，目前本段土洞發(fā)育的數(shù)量少，埋藏較深。但土洞洞體較高，為空洞或被易沖蝕的粉質(zhì)粘土填充，由于地下水的潛蝕作用，土洞存在進(jìn)一步發(fā)展的可能。 另從溶洞的分布特征來看，有18個溶洞的頂板距巖面1m以內(nèi)，說明這18個溶洞與第四系土層之間只有不到1m厚的巖層，隨著溶蝕程度的加深，這些幾十厘米厚的灰?guī)r或被溶蝕或塌落，隨著溶蝕作用的持續(xù)進(jìn)行，土層亦被溶蝕而成土洞。由此可見，三元里至新市段在較大的范圍內(nèi)存在土洞形成的條件和可能。 目前，三元里至新市段隧道及車站均為潛埋（圖3、圖4和圖5），隧道結(jié)構(gòu)底板埋深最深約17m，結(jié)合線路縱斷面來看，所揭示到的2個土洞均距隧道底板超過10m。隧道結(jié)構(gòu)底板之下10m范圍內(nèi)的發(fā)育溶洞有30個，其中，洞體高度小于1.5m的有26個，洞體高度在2～3m的有3個，有1個洞體高度6.5m。30個溶洞中有13個無填充物，且其中有12個洞高小于1.5m，1個洞高為2.4m。綜上分析可以看出，在隧道底板之下10m范圍內(nèi)溶洞較發(fā)育，溶洞洞體高度較小。部分溶洞無填充物，但洞體高度也較小。5巖溶洞穴的影響5.1對線路的影響 二號線北延段位于灰?guī)r分布的范圍，巖溶土洞溶洞十分發(fā)育，從工程地質(zhì)條件來看，本段線路采用地下線敷設(shè)方式的地質(zhì)適應(yīng)性較差，較宜于采用地面線或高架線。對于地下線而言，由于大部分范圍發(fā)育的土層較厚，線路可選擇淺埋，從土層中穿過，盡量避開巖溶洞穴或使得隧道結(jié)構(gòu)底板與之保持一定的距離。5.2對施工的影響 三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間，受地面條件的制約，線路需采用地下線。從三元里站后至廣園西路北側(cè)，線路右線（左線已施工完畢）從白堊系紅層和土層中穿過。本段長約125m，可考慮暗挖法施工；自廣園西路北側(cè)至遠(yuǎn)景站，地面分布有民房、河涌，線路同時下穿機(jī)場路，隧道結(jié)構(gòu)底板基本上在壺天群灰?guī)r巖層、三元里斷裂中穿過。既有施工經(jīng)驗證明，本段巖溶發(fā)育，地下水豐富，采用暗挖法施工存在一定的風(fēng)險，可能造成地面沉陷、隧道突水等事故，而明挖法面臨拆遷房屋、遷改河涌及疏解機(jī)場路交通等問題，協(xié)調(diào)量大，費用亦較高。本段需進(jìn)行較詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較工作，合理選擇較適宜的工法。 遠(yuǎn)景至新市段，線路位于舊白云機(jī)場范圍，地面平坦開闊，隧道結(jié)構(gòu)底板基本在土層穿過，局部（白云新城前后區(qū)間）穿過巖層，對于淺埋的隧道而言，本段較適宜采用明挖法。 無論是采用何種施工方法，對于巖溶發(fā)育的區(qū)段，在隧道結(jié)構(gòu)底板之下一定深度（10m）、隧道兩側(cè)一定距離范圍的巖溶洞穴需進(jìn)行填充和加固，以確保施工和運(yùn)營的安全。5.3對運(yùn)營的影響 從巖溶洞穴的發(fā)育特征及其對線路、工法的影響來看，只要采用一定的技術(shù)手段和處理措施，在本段修建地下線是可行的。然而地鐵的主體結(jié)構(gòu)工程設(shè)計使用年限為100年，對巖溶洞穴的處理，不僅要保障施工的安全，更要保證長期運(yùn)營的安全。 在施工過程中，隧道的挖掘、車站結(jié)構(gòu)的修建可能造成水文地質(zhì)條件變化。巖溶裂隙水賦存條件受巖溶發(fā)育程度、形態(tài)特征、規(guī)模大小以及裂隙充填情況等因素影響，富水性和滲透性及涌水量變化較大。地下水賦存及滲流條件的改變，可能會加速溶蝕，促使巖溶洞穴進(jìn)一步發(fā)展。 另一方面，三元里至新市段部分巖溶距巖面較淺，加之風(fēng)化深槽較發(fā)育，溶洞的發(fā)展易形成土洞，若土洞未進(jìn)行處理，土洞的發(fā)展將給運(yùn)營的安全帶來重大影響。本段發(fā)育的土洞是運(yùn)營安全的一大隱患。 總之，巖溶洞穴的發(fā)育對線路敷設(shè)方式形成制約，造成工程投資增大，增加施工難度和風(fēng)險，并對運(yùn)營形成隱患。6結(jié)語 ⑴地鐵線路的選擇應(yīng)綜合考慮客流、規(guī)劃、城市周邊環(huán)境和工程地質(zhì)條件。二號線北延段三元里至新市段為石灰?guī)r分布區(qū)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，在本區(qū)段修建地下線路存在較大的工程風(fēng)險，應(yīng)精心設(shè)計，精心施工。 ⑵通過對巖溶洞穴的分析表明，采用潛埋線路、明挖工法等手段，可在一定程度上降低工程風(fēng)險。但三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間地面條件復(fù)雜，明挖法協(xié)調(diào)困難，暗挖法風(fēng)險較大，本區(qū)間是二號線北延段施工的一個重點和難點地段。同時，北延段土洞發(fā)育且在較大的范圍內(nèi)存在土洞形成的條件和可能。隧道在土層通過，盡可能地避開了溶洞的影響，但土洞的發(fā)育將對運(yùn)營的安全形成隱患。 ⑶在石灰?guī)r地區(qū)需采用多種勘察方法，各種方法相互結(jié)合和驗證。在下一階段的工作中，應(yīng)盡快采用物探的手段，進(jìn)一步查明土洞、溶洞的分布范圍、規(guī)模及連通性。 ⑷石灰?guī)r分布范圍地下水的作用至關(guān)重要，應(yīng)加強(qiáng)對這一地區(qū)地下水分布規(guī)律、埋藏條件、賦存及滲流特征等的研究。【參考文獻(xiàn)】⑴《廣州市軌道交通二、八號線拆解工程總體設(shè)計》，廣州市地下鐵道設(shè)計研究院、鐵道第四勘察設(shè)計院，（2005.4）⑵《廣州市軌道交通二號線工程北延段初步勘察階段比選方案巖土工程勘察報告》，廣州地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，2005.4⑶《廣州市地下鐵道二號線首期工程三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報告》，廣州市地下鐵道設(shè)計研究院、廣東省地質(zhì)物探工程勘察院，2000.4⑷《廣州市地下鐵道二號線首期工程三元里折返線石灰?guī)r分布段施工階段工程物探勘察報告》，廣州地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司、廣東省地質(zhì)科學(xué)研究所，2001.10⑸《廣州地鐵二號線首期工程三元里折返線石灰?guī)r分布段物探工程勘察成果檢驗報告》，廣州市地下鐵道設(shè)計研究院、廣東省重工建筑設(shè)計院，2001年12月
