無錫地鐵4號線巖溶地段地質問題分析

史曉忠

（無錫市政設計研究院有限公司，江蘇 無錫 214000）

0 引言

無錫地區存在較多的灰巖地層，且地層界面起伏較大，存在石芽、古溝壑，埋藏型巖溶發育比較普遍[1]。近年來，無錫經濟迅猛發展，推動了多個高層建筑和軌道交通的建設。而在巖溶地區進行地鐵建設很容易發生地面塌陷、隧道突泥突水等地質災害[2]。巖溶的規模及其與隧道底板的位置關系嚴重影響著地鐵建設的安全。擬建的無錫地鐵4號線位于無錫市中部，從北向南依次跨越北塘區、南長區和濱湖區。線路全長43.34 km，共設30座車站，皆為地下車站，包括6座換乘站。其中四院站到河埒口站區間為盾構施工段，在初勘階段發現巖溶比較發育，是控制線路方案的主要影響因素。本文在野外勘察的基礎上，通過物探、跨孔地震CT等方法，查明了區間內的巖溶發育規模及其分布特征，分析了地鐵建設過程中可能出現的地質問題，并據此提出可行的處理方案，為地鐵結構的設計和盾構施工提供依據。

1 工程概況

擬建的無錫地鐵4號線是無錫地鐵集團有限公司根據國家及江蘇省發展和改革委員會文件精神擬投資建設的一項惠民工程。工程整體呈半環形，北起梁溪區劉潭站（與1號線換乘），南至濱湖區震澤路商務中心站，而后轉向東至新吳區查橋站。3號標段是指惠山古鎮站（不含）至隱秀路站（含），總計5站5區間。本文研究區間位于整條線路的中間位置，如圖1所示。線路主要沿惠河路、英俊路和蠡溪路布置，同時下穿青祁路高架、產業新村及上蔣巷居民區。經初步勘察，巖溶主要發育在場地的濱湖交警大隊和上蔣巷居民區區域。

圖1 無錫地鐵四號線擬建線路圖

該場地地貌單元屬長江三角洲沖積平原。無錫市位于揚子準地臺下揚子至錢塘褶皺帶東端[3]。印支運動使該區褶皺上升成陸，燕山運動發生，使地殼進一步褶皺斷裂，并伴之強烈的巖漿侵入和火山噴發。白堊紀晚世，漸趨寧靜，該區構造格架基本定型，新生代以來，地殼運動總的特點是山區緩慢上升、平原區持續緩慢下降。在近場區范圍內共有兩條較大規模的斷裂，如圖2所示，即蘇錫常斷裂、和橋-陽山斷裂。

蘇錫常斷裂是無錫-宿遷斷裂的南延段延伸部分，呈北西走向，傾向南東，傾角約60°。主要活動時期是第四紀早、中更新世，晚更新世以來無活動跡象。在近場區蘇錫常斷裂由不連續的若干條斷裂組成，其主體被第四系所覆蓋。斷裂基本上沿京杭運河展布，與無錫地鐵4號線相交。

圖2 場區地質構造簡圖

和橋-陽山斷裂又名張渚-洛社斷裂，走向北東，傾向北西，傾角約65°。整個斷裂被北西向斷裂切割為幾段，主要活動時期是第四紀早、中更新世。近場區地層隸屬江南地層區蘇州-長興地層小區，地層發育較齊全[1]。

區內大部分地區被第四系地層覆蓋，基巖裸露區基本分布在江陰復式褶皺和太湖北岸。在該工程區揭露的基巖為石炭系黃龍組地層，主要以微晶灰巖為主，夾有少量白云巖團塊，塊狀構造。自下而上分別為微風化灰巖、中等風化灰巖、強風化灰巖。區域資料顯示，地層層面向南東傾，傾角較緩，大部分在10°～20°。巖體中裂隙較發育。場區基巖埋深較大，巖體受上部巖土體自重應力作用，結構面閉合度一般。

2 巖溶分布特征

2.1 研究方法

根據前期勘察和地質分析，場區內巖溶主要發育在市交警大隊和上蔣巷居民區區域。該次巖溶勘察采用現在比較常用的跨孔地震CT法對溶洞和巖體破碎位置進行探測，即在一個鉆孔內發射，另一個鉆孔內接收。跨孔地震勘探數據記錄系統采用具有高靈敏度、性能穩定的瑞典RAS24便攜式數字地震儀，檢波器采用重慶地質儀器廠生產的檢波器（主頻100 Hz），震源選擇湖南奧成科技有限公司生產的電火花震源，激發電壓最高達10 kV。井孔深度一般40 m。井內布置一串12個檢波器接收，道間距1 m，記錄長度0.2 s，采樣間隔0.125 ms；激發孔內炮點間距為0.5 m。場地內共布孔17個，測線26條，如圖3所示。

圖3 場區測線布置圖

2.2 巖溶分布特征

根據鉆孔資料顯示，8個鉆孔揭露灰巖地層，其中揭露溶洞的鉆孔有5個，鉆孔見洞隙率為62.5%，洞頂埋藏深度在27.50～44.30 m，標高在-38.35～-20.75 m，溶洞高 0.40～12.10 m，局部呈串珠狀產出。溶洞的填充情況不一，存在全填充、半填充及未填充三種情況：全填充的填充物為硬塑狀的黏土；半填充的填充物為軟塑至流塑狀的粉質黏土、含碎石粉質黏土。根據跨孔地震CT探測解譯結果顯示，場區內存在溶洞或大的裂隙共46個，見表1。

從探測的結果看，整個場地巖溶比較發育，并分布有多處巖層破碎帶。根據場地不同區域巖溶的發育程度以及對盾構施工的技術要求需要，將標高 -21～-22 m、-24～-25 m、-27～-28 m、-30～-31 m的CT探測解譯波速繪制成平面等值線云圖，如圖4所示。從圖中可以看出，巖溶在場地的右上角，即交警大隊附近發育較多，建議在此處多打幾個鉆孔，驗證一下巖溶的發育情況。

3 地質問題分析與處理

地鐵工程對地基的依賴性很強，對工程勘察、設計、施工和監測的要求較高[4]。當隧道穿越巖溶發育區時，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，這些溶洞的存在將給隧道的施工和圍巖的穩定帶來不同程度的風險，并且容易引發地面塌陷、突泥突水等地質災害問題[5]。如果處理不當，將會造成不可磨滅的損失。

（1）根據探測結果，區內巖溶多沿層面和裂隙發育，受地殼升降運動影響，巖溶現象具多期性，在垂向上有一定的分帶性，且溶洞大部分位于隧道底板的下方，溶洞的充填物絕大部分來自上覆土層。而且場區內巖溶發育位置大部分集中在灰巖層面以及斷層破碎帶，巖溶發育的方向主要受斷層的走向控制。為了防止施工過程中發生意外，建議在盾構施工前對場區內溶洞進行灌注水泥砂漿處理。

表1 場區溶洞匯總表

圖4 波速平面等值線云圖

（2）該區間隧道由于縱坡的需要，埋深深淺有一定變化，同時線路范圍內土層有一定起伏，故盾構段隧道掘進涉及土層較多，分別有粉質黏土、黏土、碎石、含碎石粉質黏土、殘積土、中等風化灰巖和微風化灰巖。這些巖土層力學性能差異較大，受荷載作用后，變形特征也有一定差異，在施工運營階段可能會產生不均勻沉降，建議對其過渡地段采取相應的結構措施，并在施工過程中進行長期的變形監控。

（3）擬建線路位于市區，四周建筑較多，巖溶發育，盾構施工過程中容易發生地面塌陷等地質問題。尤其是該隧道下穿多個建筑物，包括沿青祁路的輔助用房、青祁路高架的橋墩、玉蘭苑一棟7層住宅樓、產山新村一棟5層住宅樓、上嚴巷榮院宿舍、上蔣巷住宅樓、市交通警察支隊濱湖大隊和已運營的2號線河埒口站。對這些建筑物采取相應的保護措施，控制地表變形，減輕施工對周圍建筑及管線的影響。在進行結構設計時要對其進行專門的變形驗算，以確保工程安全及順利實施。

另外，根據管線探測資料顯示，惠河路、英俊路、青祁路路中及兩側地下管線種類多、數量大、情況復雜。在施工前要弄清管線的分布情況，在施工過程中要盡可能進行避讓。

4 結語

要有效解決巖溶給地鐵建設施工帶來的問題，首先應該從前期的勘察設計階段入手，利用物探、跨孔地震CT技術查明巖溶的形態及分布情況，注重對巖溶發育特征的分析，尤其是鉆探中發現的溶洞，要查明其分布規模和分布位置。對于在跨孔地震CT解譯中發現的地質異常地段，應選擇有代表性的部位布置驗證性鉆孔。由于地鐵全部采用地下隧道式，在結構設計階段要充分考慮地鐵建設對周圍建筑物及埋深范圍內管線的影響。同時應采用科學的施工和檢測方法：在盾構施工前，應盡早對埋藏型巖溶進行注漿處理；在盾構施工過程中，要時刻監測盾構機的阻力、姿態、水壓等，防止意外發生。施工中應盡可能配備具有超前地質探測的設備，掌握掘進面的地質不良情況，指導設計和施工參數選擇。

[1]黃新強.無錫某大廈深層溶洞地基處理設計與施工方法[J].地質學刊，2017，41（2）:347-351.

[2]曾建軍.廣州地鐵巖溶地段工程建設風險探討[J].城市軌道交通研究，2012，15（4）:82-85.

[3]李肖南，閻長虹，許寶田，等.無錫某地基埋藏型巖溶發育特征及充填物來源[J].中國巖溶，2015，34（1）:79-85.

[4]蔡晶晶,閻長虹，王寧，等.高密度電法在地鐵巖溶勘察中的應用[J].工程地質學報，2011，19（6）:935-940.

[5]張志亮.黔張常鐵路巖溶發育規律研究 [J].鐵道標準設計，2013（12）:15-18.