地下洞穴對(duì)地鐵線路選擇的影響

1、地下洞穴對(duì)地鐵線路選擇的影響摘要：廣州地鐵二號(hào)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，巖溶洞穴非常發(fā)育。本文介紹了三元里至新市段工程地質(zhì)條件，通過(guò)對(duì)該段石灰?guī)r洞穴分布特征的分析，指出其對(duì)線路敷設(shè)方式、施工及運(yùn)營(yíng)可能產(chǎn)生的影響，并對(duì)下階段的工作提出了建議。關(guān)鍵詞：二號(hào)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(hào)線北延段三元里至新市段線路長(zhǎng)約4k，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(chē)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(chǎng)路，路段交通非常繁忙；北環(huán)高速公路與機(jī)場(chǎng)路之間長(zhǎng)

2、約300的線路需穿越房屋、小河涌，過(guò)機(jī)場(chǎng)路后線路進(jìn)入舊白云機(jī)場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)范圍管線密集，跑道混凝土厚6080。三元里至新市段原始地貌形態(tài)屬?gòu)V花凹陷沖積盆地，第四系地層以沖洪積砂層、土層及殘坡積堆積為主，基巖地層為石炭系中上統(tǒng)壺天群石灰?guī)r和二迭系下統(tǒng)棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r，巖層層面上下起伏，巖溶溶洞、土洞本文統(tǒng)稱為巖溶洞穴非常發(fā)育，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)本段土建工程設(shè)計(jì)和施工的平安性以及對(duì)地面交通運(yùn)營(yíng)、建(構(gòu))筑物的平安保障提出了很高的要求。2工程地質(zhì)條件2.1區(qū)域地質(zhì)對(duì)照廣州市基巖地質(zhì)圖圖2，三元里至新市段位于廣從斷裂以西，新市-嘉禾斷裂組以東區(qū)域，南端在三遠(yuǎn)區(qū)間與東西向的三元里斷裂近垂直相交。線路出三元里過(guò)

3、一小段二迭系下統(tǒng)棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r后，即進(jìn)入壺天群灰?guī)r分布范圍。從圖中可以看出，遠(yuǎn)景站前后區(qū)間線路與棲霞組灰?guī)r和壺天群灰?guī)r的巖性分界限幾近重疊，在白云新城站后局部經(jīng)過(guò)棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r。實(shí)際勘察提醒的結(jié)果與基巖地質(zhì)圖根本相符，只是在遠(yuǎn)景站前后區(qū)間提醒的是壺天群灰?guī)r，分析原因是基巖地質(zhì)圖存在一定誤差，棲霞組灰?guī)r和壺天群灰?guī)r巖性分界限應(yīng)向西偏移。2.2地層巖性三元里至新市段沿線穿越的地層由新至老依次為第四系、白堊系上統(tǒng)、二迭系下統(tǒng)及石炭系中上統(tǒng)。第四系(Q)由人工填土層、河湖相淤泥質(zhì)土層、沖積-洪積砂層及殘積土層組成。白堊系上統(tǒng)大朗山組三元里段(K2d1)主要為含礫粉砂巖、含礫粗砂巖、含礫細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂

4、巖等，褐紅色，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度較好。二迭系下統(tǒng)棲霞組(P1q)巖性為泥炭質(zhì)灰?guī)r，炭質(zhì)灰?guī)r及深灰色石灰?guī)r，局部裂隙發(fā)育。石炭系中上統(tǒng)壺天群2+3ht巖性為灰色、淺灰色石灰?guī)r，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖溶發(fā)育。3溶洞特征3.1埋深特征轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.三元里至新市段初勘共提醒到溶洞47個(gè)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1530范圍內(nèi)的溶洞有45個(gè)，約占溶洞總數(shù)的95.7%；溶蝕底板埋深超過(guò)30的有2個(gè)，約占溶洞總數(shù)的4.3%。有18個(gè)溶洞的頂板距巖面1以內(nèi)。溶蝕底板埋深超過(guò)30的2個(gè)溶洞中，一個(gè)位于三遠(yuǎn)區(qū)間環(huán)城高速路北側(cè)，溶蝕底板埋深37.5圖3，洞高

5、0.7，無(wú)填充物。另一個(gè)位于新市站范圍圖5，溶蝕底板埋深41.0，洞高14.80，填充物為粉質(zhì)粘土，形成溶蝕深槽。綜上分析可以看出，本段大局部溶洞發(fā)育的深度較淺，結(jié)合巖面的埋深、起伏情況來(lái)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。3.2洞體高度特征提醒到的47個(gè)溶洞中，洞體高度小于0.5的有8個(gè)，洞體高度在0.51.5的有30個(gè)，洞體高度在23的有7個(gè)，另有1個(gè)洞體高度6.5，發(fā)育在遠(yuǎn)景站附近圖4，1個(gè)洞體高度14.80，位于新市站范圍圖5。洞體高度小于1.5的溶洞共38個(gè)，占總數(shù)的80.9%，說(shuō)明本段大局部溶洞洞體高度較校3.3填充物特征47個(gè)溶

6、洞中有30個(gè)中填充了流塑軟塑狀粉質(zhì)粘土，局部夾灰?guī)r碎塊。另有17個(gè)為空洞，除有1個(gè)空洞洞體高度達(dá)2.4外，其余洞高均小于1.5?？斩绰裆钪饕獮?5.020.0，少局部在25.028.0，個(gè)別埋深在37.5。洞體高度2.4的空洞底板埋深為17.5。綜上所述，本段大局部溶洞有填充物，局部溶洞溶蝕形成空洞，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(chǔ)存沖蝕物的通道和空間，地表水向下浸透或地下水位在巖土交界附近作頻繁升降運(yùn)動(dòng)，因水對(duì)土層的潛蝕作用，就形成土洞。初勘提醒了2個(gè)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

7、積而成的可塑硬塑狀粉質(zhì)粘土組成，殘積層厚23.0，槽底埋深為37.5。土洞發(fā)育深度在30.537.5，洞高7，無(wú)填充物。新市站后發(fā)育的土洞深度在21.026.0，洞高5，由流塑狀粉質(zhì)粘土填充。從勘察提醒的情況來(lái)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)一步開(kāi)展的可能。另從溶洞的分布特征來(lái)看，有18個(gè)溶洞的頂板距巖面1以內(nèi)，說(shuō)明這18個(gè)溶洞與第四系土層之間只有不到1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)展，土層亦被溶蝕而成土洞。由此可見(jiàn)，三元里至新市段在較大的范圍內(nèi)存在土

8、洞形成的條件和可能。目前，三元里至新市段隧道及車(chē)站均為潛埋圖3、圖4和圖5，隧道構(gòu)造底板埋深最深約17，結(jié)合線路縱斷面來(lái)看，所提醒到的2個(gè)土洞均距隧道底板超過(guò)10。隧道構(gòu)造底板之下10范圍內(nèi)的發(fā)育溶洞有30個(gè)，其中，洞體高度小于1.5的有26個(gè)，洞體高度在23的有3個(gè)，有1個(gè)洞體高度6.5。30個(gè)溶洞中有13個(gè)無(wú)填充物，且其中有12個(gè)洞高小于1.5，1個(gè)洞高為2.4。綜上分析可以看出，在隧道底板之下10范圍內(nèi)溶洞較發(fā)育，溶洞洞體高度較校局部溶洞無(wú)填充物，但洞體高度也較校5巖溶洞穴的影響5.1對(duì)線路的影響二號(hào)線北延段位于灰?guī)r分布的范圍，巖溶土洞溶洞非常發(fā)育，從工程地質(zhì)條件來(lái)看，本段線路采用地下線

9、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(duì)于地下線而言，由于大局部范圍發(fā)育的土層較厚，線路可選擇淺埋，從土層中穿過(guò)，盡量避開(kāi)巖溶洞穴或使得隧道構(gòu)造底板與之保持一定的間隔 。5.2對(duì)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(guò)。本段長(zhǎng)約125，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(shí)下穿機(jī)場(chǎng)路，隧道構(gòu)造底板根本上在壺天群灰?guī)r巖層、三元里斷裂中穿過(guò)。既有施工經(jīng)歷證明，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(xiǎn)，可能造成地面沉陷、隧道突水等事故，而明挖

10、法面臨拆遷房屋、遷改河涌及疏解機(jī)場(chǎng)路交通等問(wèn)題，協(xié)調(diào)量大，費(fèi)用亦較高。本段需進(jìn)展較詳細(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(chǎng)范圍，地面平坦開(kāi)闊，隧道構(gòu)造底板根本在土層穿過(guò)，局部白云新城前后區(qū)間穿過(guò)巖層，對(duì)于淺埋的隧道而言，本段較適宜采用明挖法。無(wú)論是采用何種施工方法，對(duì)于巖溶發(fā)育的區(qū)段，在隧道構(gòu)造底板之下一定深度10、隧道兩側(cè)一定間隔 范圍的巖溶洞穴需進(jìn)展填充和加固，以確保施工和運(yùn)營(yíng)的平安。5.3對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響從巖溶洞穴的發(fā)育特征及其對(duì)線路、工法的影響來(lái)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。然而地鐵的主體構(gòu)造工程設(shè)計(jì)使用年限為100年

11、，對(duì)巖溶洞穴的處理，不僅要保障施工的平安，更要保證長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的平安。在施工過(guò)程中，隧道的挖掘、車(chē)站構(gòu)造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，富水性和浸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(huì)加速溶蝕，促使巖溶洞穴進(jìn)一步開(kāi)展。另一方面，三元里至新市段局部巖溶距巖面較淺，加之風(fēng)化深槽較發(fā)育，溶洞的開(kāi)展易形成土洞，假設(shè)土洞未進(jìn)展處理，土洞的開(kāi)展將給運(yùn)營(yíng)的平安帶來(lái)重大影響。本段發(fā)育的土洞是運(yùn)營(yíng)平安的一大隱患?？傊瑤r溶洞穴的發(fā)育對(duì)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(xiǎn)，并對(duì)運(yùn)營(yíng)形成隱患。6結(jié)語(yǔ)地

12、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(hào)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(xiǎn)，應(yīng)精心設(shè)計(jì)，精心施工。通過(guò)對(duì)巖溶洞穴的分析說(shuō)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(xiǎn)。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(xiǎn)較大，本區(qū)間是二號(hào)線北延段施工的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)地段。同時(shí)，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(guò)，盡可能地避開(kāi)了溶洞的影響，但土洞的發(fā)育將對(duì)運(yùn)營(yíng)的平安形成隱患。在石灰?guī)r地區(qū)需采用多種勘察方法，各種方法互相結(jié)合和驗(yàn)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。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(duì)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?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】?廣州市軌道交通二、八號(hào)線拆解工程總體設(shè)計(jì)?，廣州市地下鐵道設(shè)計(jì)研究院、鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院，2022.4?廣州市軌道交通二號(hào)線工程北延段初步勘察階段比選方案巖土工程勘察報(bào)告?，廣州地質(zhì)勘察根底工程公司，2022.4?廣州市地下鐵道二號(hào)線首期工程三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間詳