當(dāng)?shù)罔F建設(shè)的熱潮席卷中國(guó)大城市時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)城市的地下千差萬(wàn)別，有的地層修建地鐵相對(duì)容易，有的卻很難。廣州的5 號(hào)線地鐵就穿越了極端復(fù)雜的地層，但是為了解決不堪重負(fù)的城市交通，地鐵建設(shè)必須克服無(wú)法避免的艱險(xiǎn)。

如果你習(xí)慣了北京、西安那樣嚴(yán)整的城市街道，遇到了廣州不規(guī)則的交叉路口，很可能會(huì)摸不著頭緒。但是少有人知道的是，埋在廣州城之下的地層，是一片更險(xiǎn)峻的峰林迷宮。廣州剛剛貫通的地鐵5 號(hào)線隧道，就在這片看不見(jiàn)的地層叢林中穿行，它的修建難度遠(yuǎn)大于其它城市的地鐵。

災(zāi)害有時(shí)無(wú)法避免

“隧道內(nèi)涌出高壓地下水， 盾構(gòu)機(jī)尾部擊穿!”2007 年10 月一天深夜，地鐵建設(shè)總部5 號(hào)線土建工程負(fù)責(zé)人黃鐘暉剛剛?cè)胨?，忽然接到了施工現(xiàn)場(chǎng)的電話。這是非常嚴(yán)重的險(xiǎn)情，碗口粗的地下水正在涌入，盾構(gòu)機(jī)和里面的工人都可能被淹沒(méi)。5 號(hào)線的修建過(guò)程一直伴隨著各種困難，但這一次完全出乎黃鐘暉的預(yù)料。

這里本不該出現(xiàn)地下水。這段隧道屬于火車站至西村站區(qū)間，早在施工之前就已經(jīng)打了間隔25~30 米的地質(zhì)鉆孔，探明了這里的地下是“紅層”。紅層是一種廣泛分布于中國(guó)南方的巖層，形成于侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)之間，而廣州這一片紅層屬于白堊紀(jì)，那個(gè)年代的氣候炎熱干燥，使得沉積的巖層呈現(xiàn)氧化鐵的褐紅色，因此被稱為紅層。這種巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后沒(méi)有發(fā)達(dá)的裂隙，很難儲(chǔ)存地下水。但是這一段隧道卻遇到了富含水的空洞，這種情況非常罕見(jiàn)。

“大自然的力量是很強(qiáng)的。有時(shí)候其實(shí)災(zāi)害不可避免?！秉S鐘暉回憶時(shí)這樣說(shuō)道。密封盾構(gòu)機(jī)的機(jī)尾剎最多能承受3.5 巴(bar)的壓力，相當(dāng)于35 米的水深。但是事發(fā)處是在深達(dá)39 米的隧道，機(jī)尾無(wú)法承受壓力而被擊穿。涌水量很快達(dá)到了每小時(shí)200 立方米，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)1/3 已經(jīng)被淹沒(méi)。除了人員和機(jī)器受到威脅，地下水大量涌出還會(huì)造成地面沉降，上面的房屋橋梁也會(huì)跟著沉。遇到這樣的緊急意外，只能依靠經(jīng)驗(yàn)當(dāng)機(jī)立斷。由于水勢(shì)過(guò)大，涌水點(diǎn)早已被淹沒(méi)。黃鐘暉安排人員一方面快速抽水，一方面用快凝水泥將其他被擊穿的位置一一堵住，唯獨(dú)留下涌水點(diǎn)，通過(guò)一個(gè)帶閥的導(dǎo)管導(dǎo)水，讓壓力得到釋放，以防止機(jī)器再次被擊穿。盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的水漸漸少了。

可是盾構(gòu)機(jī)外土層中的水怎么辦?唯一的方法是在地面鉆孔，向土層中注入水泥漿取代水的位置，把水排擠到盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)范圍之外?？墒嵌軜?gòu)機(jī)還在土層中，如果直接注漿，勢(shì)必把盾構(gòu)機(jī)卡死在土層中。緊急關(guān)頭，黃鐘暉想到了聚氨酯，這是一種經(jīng)常用來(lái)作填充的泡沫材料，質(zhì)地比較松軟。在注入泥漿之前，先用聚氨酯給盾構(gòu)機(jī)“穿一件衣服”，于是既保護(hù)了盾構(gòu)機(jī)，又充填了水道。經(jīng)過(guò)事后的勘測(cè)，認(rèn)為這次涌水的原因是地下的一個(gè)次生斷裂。斷裂附近破碎的巖層中填充著灰?guī)r塊，在其中形成了溶洞。所幸這個(gè)斷裂在數(shù)萬(wàn)年間都沒(méi)有繼續(xù)活動(dòng)的跡象，對(duì)地鐵隧道設(shè)計(jì)應(yīng)該不會(huì)造成影響。

每個(gè)城市的地下都不一樣

給5 號(hào)線地鐵修建帶來(lái)巨大困難的，主要是廣州復(fù)雜的地下?tīng)顩r。中國(guó)大城市都在競(jìng)相投入地鐵建設(shè)，但是建地鐵的難易程度各不相同，因?yàn)樗鼈兊牡叵率遣煌氖澜?。上海的地層最?jiǎn)單，這個(gè)城市建立在長(zhǎng)三角沖積平原之上，地下基本上是淤泥和沙層，打到80 米都見(jiàn)不到巖石，對(duì)地鐵的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)來(lái)說(shuō)是最容易的，只需要控制好沉降，其他都不用擔(dān)心。北京和西安的地下情況也類似，地下文物保護(hù)的問(wèn)題也并不嚴(yán)重，因?yàn)槿祟惿钤诘谒南档臏\表地層，而地鐵隧道的挖掘是在幾十米深處，已經(jīng)遠(yuǎn)超出了人類活動(dòng)層。山城重慶的地貌看起來(lái)非常復(fù)雜，但是大多是單一的巖石，而且重慶大量使用了高架輕軌，問(wèn)題也不難解決。地層最復(fù)雜的還是要數(shù)廣州。

大約6000 年前，廣州市所在的地方還處于海岸附近。那時(shí)全新世的冰期已經(jīng)過(guò)去，冰川消融，海水上漲淹沒(méi)了曾經(jīng)的河谷，形成一個(gè)寬闊的海灣，地質(zhì)上稱為溺谷灣，今天在七星崗還能見(jiàn)到當(dāng)年海浪沖刷的海蝕遺跡。而珠江水深河寬，約有3~4 千米寬。到了秦漢之際，泥沙逐漸淤積，珠江兩岸才逐漸收窄。泥沙沉積慢慢掩埋了巖石，但是還有一些山丘聳立在泥沙之上，既有沉積巖形成的丘陵，也有火成巖形成的孤峰。而今天的廣州地鐵就要穿越這些迷宮一樣的巖層和泥沙。

紅層、花崗巖地層、灰?guī)r地層、混合巖地層、淤泥砂層、溶洞、斷裂帶。廣州的地質(zhì)層不僅復(fù)雜多樣，被稱為“地質(zhì)博物館”，而且變化很大，有時(shí)候相隔兩米，巖石的起伏方向就不一樣。地鐵技術(shù)人員對(duì)于單獨(dú)某一種地層的性質(zhì)，例如壓力、抗壓強(qiáng)度等都比較清楚，但是有時(shí)需要臨時(shí)應(yīng)變。

正在施工的地鐵3 號(hào)線北延段，遇到的困難是地下密集的孤石。它們的學(xué)名是花崗巖球狀風(fēng)化?；◢弾r在風(fēng)化成泥土的過(guò)程中，就像洋蔥一樣層層剝落，只剩下堅(jiān)硬的巖芯成為了孤石，有的七八米高，有些兩三米。這些孤石成了盾構(gòu)機(jī)的噩夢(mèng)，就像按不住的螺母，盾構(gòu)機(jī)無(wú)法發(fā)力，刀盤(pán)一直轉(zhuǎn)，就是掘進(jìn)不了。而且由于孤石群位于南方醫(yī)院住院部大樓旁，不能采取沖孔或者爆破這樣震動(dòng)較大的方法，只能通過(guò)地面挖孔，再切割爆破，有時(shí)也能通過(guò)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)倉(cāng)處理。這些孤石在確定地鐵線路時(shí)并未發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)進(jìn)行的初步勘測(cè)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)孤石，直到2007 年底在施工前的詳細(xì)勘測(cè)，才發(fā)現(xiàn)這一帶地下遍布的孤石群。

勘測(cè)不是萬(wàn)能的

為什么地質(zhì)災(zāi)害無(wú)法在施工之前就勘測(cè)出來(lái)?地下施工屢屢遇到意外，有人認(rèn)為是廣東地質(zhì)調(diào)查的不足，導(dǎo)致如廣州地鐵、新白云機(jī)場(chǎng)等大型項(xiàng)目開(kāi)工前根本無(wú)地質(zhì)數(shù)據(jù)可依，結(jié)果往往選在地質(zhì)災(zāi)害區(qū)，開(kāi)工后麻煩不斷。但是黃鐘暉認(rèn)為，勘探只能以點(diǎn)蓋面，總是會(huì)遇到意外的，例如前文所述的紅層涌水事件就是如此。

按照地鐵施工規(guī)定，施工前必須進(jìn)行每25~30米1 孔的地質(zhì)鉆孔勘測(cè)，每往下打1 米需要花費(fèi)300 元。在勘測(cè)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)含水層，但是要想高密度地打孔摸清楚地下情況，又是不現(xiàn)實(shí)的。一個(gè)隧道的直徑是6 米，影響的范圍可達(dá)18 米，而廣州地鐵五號(hào)線全長(zhǎng)32 千米，如果每隔1 米鉆1 個(gè)勘測(cè)孔，要耗費(fèi)60 多億元巨資。而且很多地面條件不允許打孔，比如居民區(qū)、道路、管線、橋梁。雖然廣州在2006 年就啟動(dòng)了針對(duì)全市的地質(zhì)調(diào)查工作，并且將于2009 年底制作成廣州地下三維圖，但那也只能是對(duì)地層的普遍特性、分布、形成年代、成因等作一個(gè)大致描述，而對(duì)一些斷裂，尤其是比較細(xì)小的次生斷裂，還無(wú)法作出細(xì)致入微的調(diào)查。只有在將來(lái)地質(zhì)鉆孔越來(lái)越密的時(shí)候，它才能接近真實(shí)的變化中的地質(zhì)狀況。

地質(zhì)勘測(cè)詳盡與否，更大程度上取決于工程師主觀的經(jīng)驗(yàn)判斷，如果事先感覺(jué)到地層復(fù)雜，就會(huì)有意地加密勘測(cè)。5 號(hào)線經(jīng)過(guò)草暖公園時(shí)，在預(yù)先的勘探中知道了那一片是石灰?guī)r地層，有十幾米高的溶洞，于是黃鐘暉帶領(lǐng)施工人員針對(duì)性地增加了勘測(cè)鉆孔，做到每1.5 米一個(gè)孔，并且就像醫(yī)院的CT 掃描那樣，用反射波探測(cè)溶洞的分布情況。雖然這是國(guó)內(nèi)地鐵首次遇到大規(guī)模溶洞群，盾構(gòu)機(jī)還是順利地通過(guò)了。

地質(zhì)勘探并不是萬(wàn)能的，地鐵建設(shè)正是在這個(gè)前提下為城市交通承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。地鐵線路是規(guī)劃局在詳細(xì)勘探工作之前就定下來(lái)的，除非會(huì)遇到重大地質(zhì)災(zāi)害，例如穿越活動(dòng)斷層，地層錯(cuò)動(dòng)可能讓建好的隧道遭受毀壞，否則線路不會(huì)更改。而地鐵工程屬于市政項(xiàng)目，社會(huì)效益是其主要目標(biāo)。廣州地鐵5 號(hào)線大部分是穿越廣州老城區(qū)，能緩解老城區(qū)地面交通負(fù)擔(dān)，在每千米約5 億元的造價(jià)下，盈利的可能性不大。“一切為規(guī)劃服務(wù)，再難我們也得上。”黃鐘暉這樣描述他們的工作。