劉秀麗

廣東省地質(zhì)物探工程勘察院 廣東 廣州 510800

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)和城市建設(shè)的高速發(fā)展，地下工程建設(shè)的需求日益增多，隨著地下空間的開(kāi)發(fā)，在巖溶區(qū)進(jìn)行城市地下車站建設(shè)已成為不可避免的問(wèn)題。當(dāng)城市地鐵車站建設(shè)在巖溶發(fā)育區(qū)，施工過(guò)程中極易發(fā)生基坑坍塌、涌水、支護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水、基底突涌等風(fēng)險(xiǎn)，繼而引發(fā)地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，如果巖溶區(qū)上覆第四系土層為深厚砂層時(shí)，更為復(fù)雜的地質(zhì)條件使車站深基坑及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工難度加大，安全風(fēng)險(xiǎn)更高。一旦處理措施不當(dāng)極可能發(fā)生嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故，造成重大的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。為避免和減少巖溶區(qū)地下車站建設(shè)引發(fā)的安全和地質(zhì)問(wèn)題，本文依托廣州地鐵八號(hào)線北延段擬建江府站地下車站工程，分析巖溶區(qū)上覆深厚砂層進(jìn)行地下明挖車站的工程風(fēng)險(xiǎn)。

廣州地鐵八號(hào)線北延段位于廣花凹陷構(gòu)造區(qū)，沿線發(fā)育多條斷裂，受花縣復(fù)向斜構(gòu)造控制，沿線不良地質(zhì)作用主要有巖溶、斷裂和風(fēng)化深槽，地層種類繁多、巖體破碎、巖面起伏變化，且?guī)r溶強(qiáng)烈發(fā)育，局部揭露砂層厚度達(dá)28m，整體地質(zhì)條件復(fù)雜。沿線主要沿既有市政道路敷設(shè)，地下管線密集，周邊多高層住宅等敏感建筑物，局部下穿鐵路、河流等，工程環(huán)境周邊條件復(fù)雜。面對(duì)如此復(fù)雜的地質(zhì)條件、場(chǎng)地條件，如何確保地鐵建設(shè)的安全，對(duì)勘察和施工都是巨大的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。

1 工程概況

江府站位于廣州市廣花三路與江府路交叉路口北側(cè)，沿廣花三路南北向敷設(shè)，周邊為國(guó)道、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)等。江府站為單柱雙島四線車站，全長(zhǎng)362m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為45.7m，車站底板埋深18.35m。車站采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm連續(xù)墻+內(nèi)支撐的體系。車站共設(shè)4個(gè)出入口和2組風(fēng)亭。車站平面位置及結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 車站平面結(jié)構(gòu)示意圖

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)區(qū)位于廣花凹陷構(gòu)造區(qū)。主體構(gòu)造是北東向，由上古生界及其褶皺和伴生的斷裂以及二疊系和古近系向斜盆地構(gòu)成。本區(qū)第四系地層主要由上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)人工填土、沖洪積砂層、沖洪坡積土層和殘積層組成，下伏基巖主要為石炭系、二疊系、三疊系和古近系碎屑巖和碳酸鹽巖，巖性有灰?guī)r、泥灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖或頁(yè)巖、砂巖、泥巖、礫巖、灰質(zhì)礫巖等。本構(gòu)造區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)作用主要有巖溶、斷裂和風(fēng)化深槽。根據(jù)《廣州市斷裂構(gòu)造圖》（1：50000）、《廣州市基巖地質(zhì)圖》（1：50000）以及《廣花盆地基巖地質(zhì)圖》（1：50000）等相關(guān)區(qū)域地質(zhì)資料，本場(chǎng)地附近發(fā)育的斷裂構(gòu)造主要為北東向斷裂F3，場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 場(chǎng)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造示意圖

F3斷裂為唐閣斷裂組次級(jí)斷裂，分隔三疊系小坪組及石炭系測(cè)水組。唐閣斷裂組在區(qū)域上為礌崗斷裂，礌崗斷裂屬?gòu)V從斷裂的分支斷裂。形成于印支期燕山期，早期為逆斷層晚期為平移正斷層。斷裂北段主要發(fā)育于石炭紀(jì)地層中，測(cè)水組與壺天群灰?guī)r呈斷層接觸，在唐閣一帶見(jiàn)測(cè)水組與第三紀(jì)莘莊組呈斷層接觸。斷面舒緩波狀，發(fā)育構(gòu)造角礫巖、碎裂巖及硅化巖等。南段多為第四系覆蓋，地表零星出露。在廣三斷裂以北地段，大賽壩組與測(cè)水組呈斷層接觸，其兩側(cè)巖石破碎，揉皺強(qiáng)烈，見(jiàn)擠壓透鏡體。廣三斷裂以南，斷裂主要發(fā)育于白堊系中，在礌崗一帶，見(jiàn)測(cè)水組與第三紀(jì)白鶴洞組呈斷層接觸。破碎帶中以發(fā)育硅化構(gòu)造角礫巖、硅化巖及碎裂巖等為特征。

F3斷裂未直接與江府站相交，且距離車站最南端約305m，斷裂對(duì)車站的影響較小。

2.2 地層特征

根據(jù)勘察揭露，場(chǎng)區(qū)自上而下地層依次為人工填土層，沖洪積砂層、粉質(zhì)黏土層；基坑底板位于沖洪積砂層、粉質(zhì)黏土層，如圖3所示。場(chǎng)區(qū)基巖為石炭系壺天群灰?guī)r，基巖埋深較大，巖溶見(jiàn)洞率約54.9%，線巖溶率為27.0%，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。本次勘察揭露巖溶洞隙大部分呈無(wú)充填狀態(tài)，部分全充填或半充填。大部分鉆孔揭露巖溶為空洞，無(wú)充填物，在鉆探中出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，嚴(yán)重漏水。其余鉆孔充填物主要為流塑-可塑狀粉質(zhì)黏土、砂礫以及灰?guī)r塊，鉆探中表現(xiàn)為漏水，地層軟弱，鉆具自重下沉現(xiàn)象。

圖3 代表性工程地質(zhì)斷面

本場(chǎng)地內(nèi)砂層廣泛發(fā)育，主要為粗砂、礫砂，在水平方向和垂直方向上均連續(xù)分布。場(chǎng)地砂層松散、地下水豐富、自穩(wěn)性差、流動(dòng)性強(qiáng)、震動(dòng)條件下易液化，開(kāi)挖過(guò)程極易出現(xiàn)突水涌砂和坍塌等。

2.3 水文特征

車站北端30m分布一條河涌，場(chǎng)地砂層連續(xù)發(fā)育，地表水和地下水有一定的水力聯(lián)系。

本場(chǎng)地范圍內(nèi)砂層廣泛連續(xù)發(fā)育，且多為顆粒較大的粗砂、礫砂等，平均厚度約20m，主要分布在車站側(cè)壁及底板以下，受大氣降水和地表水補(bǔ)給，主要為潛水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，巖溶的滲透系數(shù)約為4～12m/d，砂層的滲透系數(shù)為17～27m/d，抽水試驗(yàn)成果見(jiàn)表1，可知巖溶裂隙含水層的透水性中等～強(qiáng)，砂層含水層的透水性強(qiáng)。基底下砂層承壓水沖破頂板發(fā)生滲流、管涌的可能性較大。底板下巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，巖溶裂隙水的水量中等～豐富，具有承壓型，在基坑施工時(shí)發(fā)生突涌的可能性大?；佑克繛閭?cè)壁及底部砂層涌水量之和，總計(jì)為15933m3/d。第四系孔隙水和巖溶水存在一定的水力聯(lián)系，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

表1 巖溶裂隙及砂層含水層現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)成果

3 工程風(fēng)險(xiǎn)

3.1 周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

場(chǎng)地位于廣花三路與江府路交叉路口北側(cè)，周邊為中高層建筑、加油站、廠房等（見(jiàn)圖4），多棟建筑物均為樁基礎(chǔ)，距離車站有一定的距離。車站基坑開(kāi)挖、降水等施工過(guò)程若引起周邊地下水位變化或周邊地表大面積沉降，將會(huì)導(dǎo)致周邊房屋建筑發(fā)生沉降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題。

圖4 場(chǎng)地周邊環(huán)境

場(chǎng)地地下管線密集，主要為廣花三路、江府路兩側(cè)地下敷設(shè)的電信、給水、雨水、污水、燃?xì)饧半娏芫€等。對(duì)于車站影響較大的管線主要有雨水管、污水管、排水渠、排水渠及緊鄰本車站東側(cè)的在建地下市政綜合管廊?；娱_(kāi)挖施工時(shí)若措施不當(dāng)，極易引起基坑變形、失穩(wěn)、基底突涌等，引發(fā)地面沉降，甚至地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，直接影響場(chǎng)地附近建筑物及重要管線的安全。場(chǎng)地位于巖溶區(qū)，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，基坑開(kāi)挖或樁基施工過(guò)程中遇到巖溶土洞，發(fā)生地面塌陷，引起小范圍的地震，對(duì)周邊環(huán)境造成破壞。

3.2 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

場(chǎng)地總體上砂層發(fā)育，在富水條件下的細(xì)粒徑砂土層，一旦產(chǎn)生涌水，極可能因地層中產(chǎn)生水路通道在水的滲透力作用下使鄰近細(xì)粒徑泥砂被帶出形成涌砂，甚至進(jìn)一步形成地層空洞，造成地表塌陷及地下管線破壞[1]。

場(chǎng)地巖溶強(qiáng)發(fā)育，大部分呈無(wú)充填狀態(tài)，在鉆探中出現(xiàn)掉鉆和嚴(yán)重漏水現(xiàn)象。溶洞頂面埋深28.10～53.90m，洞高0.20～19.30m。不穩(wěn)定洞體、水力聯(lián)系復(fù)雜的洞體對(duì)車站基坑的穩(wěn)定性很不利，對(duì)樁基、連續(xù)墻施工影響很大，可能造成地面沉陷、突水等工程事故。本場(chǎng)地巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，樁基成樁容易出現(xiàn)偏樁、掉鉆、塌孔等風(fēng)險(xiǎn)。受巖溶的影響，地連墻成槽時(shí)可能引發(fā)塌陷、跑漿、墻體傾斜等現(xiàn)象理。

場(chǎng)地砂層水水量豐富，巖溶水具承壓性、水量豐富，地下水沿分界面滲流，水動(dòng)力條件較復(fù)雜，滲漏通道較多。在地下連續(xù)墻或樁基施工可能連通砂層與灰?guī)r的地下水，并誘發(fā)巖土體的快速流失，導(dǎo)致基坑外發(fā)生地面沉降、地面塌陷的工程風(fēng)險(xiǎn)大，并危及周邊路面交通或民房地基的穩(wěn)定性。

3.3 工程風(fēng)險(xiǎn)

場(chǎng)地位于灰?guī)r區(qū)，受巖溶影響，部分區(qū)域巖土體溶蝕，導(dǎo)致巖土體力學(xué)性質(zhì)變差，受水文地質(zhì)或人類生產(chǎn)生活影響，可能形成溶洞、土洞或巖溶塌陷[2]。江府站范圍巖溶發(fā)育，砂層較厚，地下水豐富。巖層的涌水量和透水性主要由其裂隙發(fā)育程度所控制，存在明顯的不均勻性，因此局部有較大涌水量的可能。

對(duì)于未能探測(cè)到的溶洞無(wú)法進(jìn)行處理，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工與土方開(kāi)挖過(guò)程中可能會(huì)激活溶洞，發(fā)生巖溶塌陷，引起周邊道路和建筑物沉降。另外，車站側(cè)壁分布深厚富水砂層，基坑開(kāi)挖時(shí)可能發(fā)生側(cè)壁漏水和坑底管涌，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)也將遇到富水性強(qiáng)的砂礫層，其強(qiáng)透水性和松散易垮塌的特點(diǎn)對(duì)樁基和成槽有不利影響。

基坑降水時(shí)使周邊土層產(chǎn)生的沉降成漏斗分布，建筑物距基坑越近，沉降越大[3]。如基坑周邊土體地下水位下降過(guò)快，則土層將失水壓密，導(dǎo)致周圍鄰近建（構(gòu)）筑物發(fā)生不均勻沉降或開(kāi)裂，危及周邊建（構(gòu)）筑物的安全。

4 風(fēng)險(xiǎn)防控措施

（1）巖溶的風(fēng)險(xiǎn)防控措施

在巖溶區(qū)進(jìn)行地下車站建設(shè)前，須對(duì)巖溶區(qū)進(jìn)行勘察，詳細(xì)查明勘察范圍可溶巖地層分布、地層年代、巖性成分、地層厚度、裂隙發(fā)育程度等工程地質(zhì)特征，查明地下水類型、滲透性、水力聯(lián)系等水文地質(zhì)特征，結(jié)合勘察資料分析、預(yù)測(cè)場(chǎng)地巖溶塌陷的可能性及對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響。在施工階段還應(yīng)采取探邊、物探等手段進(jìn)一步查明巖溶的發(fā)育情況。對(duì)樁基、連續(xù)墻槽段盡可能做到“一樁一孔、一槽兩孔”的地質(zhì)超前鉆探。

當(dāng)溶洞未經(jīng)處理或處理不當(dāng)，可能會(huì)引發(fā)圍護(hù)結(jié)構(gòu)坍塌、地面塌陷、基坑底部突涌等工程事故，因此在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開(kāi)挖前需要對(duì)勘察揭露的溶洞進(jìn)行處理，才能滿足基底及結(jié)構(gòu)的承載力和變形要求，同時(shí)能降低因巖溶引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的可能性。根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，在已探明的溶洞直接注漿充填是溶洞處理較常采用也是最主要的方法。注漿加固后的土體應(yīng)具有較好的均勻性和密閉性，加固效果的檢驗(yàn)更是保證基坑穩(wěn)定性的關(guān)鍵[4]，因此注漿處理施工完畢后，須按照相關(guān)檢測(cè)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地基承載力、基底地層注漿處理質(zhì)量檢測(cè)，確保注漿效果。

對(duì)于埋深較大的車站，特別是溶洞較發(fā)育的車站，基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)較大，應(yīng)加大連續(xù)墻的深度，且止水帷幕應(yīng)進(jìn)入隔水層足夠深度，以防止基坑內(nèi)外通過(guò)墻底溶洞或裂隙形成涌水通道，待將溶洞大小、類型進(jìn)行區(qū)域劃分后，再進(jìn)行有針對(duì)性的處理，做好各自風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施及緊急應(yīng)預(yù)案，將施工風(fēng)險(xiǎn)控制在較小影響范圍內(nèi)。

（2）深厚砂層的風(fēng)險(xiǎn)防控措施

江府站環(huán)境復(fù)雜，周邊建（構(gòu)）筑物密集，鄰近市政道路交通繁忙，東側(cè)緊鄰在建地下綜合管廊，工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件復(fù)雜。車站范圍內(nèi)存在深厚砂層，部分砂層直接覆蓋在微風(fēng)化灰?guī)r之上。江村站為明挖車站，存在基坑開(kāi)挖，基坑降水時(shí)如基坑周邊土體地下水位下降過(guò)快，則土層將失水壓密，導(dǎo)致周圍鄰近建（構(gòu)）筑物發(fā)生不均勻沉降或開(kāi)裂，危及周邊建（構(gòu)）筑物的安全。

基底砂層極發(fā)育，為防止基底砂層發(fā)生涌水、突水等事故，且軟弱土層不滿足下臥層承載力要求，建議對(duì)基底土層進(jìn)行注漿等預(yù)處理措施。注漿處理施工完畢后，須按照相關(guān)檢測(cè)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地基承載力、基底地層注漿處理質(zhì)量檢測(cè)，確保注漿效果。同時(shí)可考慮沿車站主體結(jié)構(gòu)周邊靠近重要建（構(gòu)）筑物或管線附件布置回灌井。當(dāng)砂層厚度小于5m時(shí)，回灌井底挖至砂層底；砂層厚度大于5m時(shí)，回灌井底挖至砂層頂面以下不小于5m。

5 結(jié)論

江府站位于巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)，部分鉆孔揭露大溶洞，同時(shí)上覆連續(xù)發(fā)育深厚砂層，巖溶裂隙及砂層含水層透水性中等～強(qiáng)，工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地下車站明挖施工存在巨大的工程風(fēng)險(xiǎn)，基坑降水可能造成地面沉降、巖溶塌陷等事故。針對(duì)巖溶的風(fēng)險(xiǎn)，本文建議應(yīng)開(kāi)展巖溶專項(xiàng)勘察工作，建議采用鉆探與物探相結(jié)合的方法，進(jìn)一步查明場(chǎng)地溶洞、土洞的分布、規(guī)模、充填物情況等，重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)底板位于巖溶發(fā)育區(qū)地段，并進(jìn)行場(chǎng)地安全性、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，以指導(dǎo)巖溶區(qū)地基處理。條件許可時(shí)，應(yīng)做好巖溶施工前的超前預(yù)報(bào)。對(duì)已查明的溶洞進(jìn)行有效注漿充填，并按有關(guān)規(guī)范檢測(cè)注漿效果。對(duì)于深厚砂層的風(fēng)險(xiǎn)，則建議對(duì)基底影響范圍內(nèi)的砂層進(jìn)行注漿充填，同時(shí)考慮在圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊布置回灌井。