地下洞穴對地鐵線路選擇的影響

1、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4k，擬為地下線，沿線設(shè)三元里已建、遠景、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)高速公路和機場路，路段交通非常繁忙；北環(huán)高速公路與機場路之間長

2、約300的線路需穿越房屋、小河涌，過機場路后線路進入舊白云機場，機場范圍管線密集，跑道混凝土厚6080。三元里至新市段原始地貌形態(tài)屬廣花凹陷沖積盆地，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)條件復雜，對本段土建工程設(shè)計和施工的平安性以及對地面交通運營、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

3、一小段二迭系下統(tǒng)棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r后，即進入壺天群灰?guī)r分布范圍。從圖中可以看出，遠景站前后區(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)過棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r。實際勘察提醒的結(jié)果與基巖地質(zhì)圖根本相符，只是在遠景站前后區(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，約占溶洞總數(shù)的95.7%；溶蝕底板埋深超過30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1以內(nèi)。溶蝕底板埋深超過30的2個溶洞中，一個位于三遠區(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，無填充物。另一個位于新市站范圍圖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??；局部地段形成溶蝕深槽。3.2洞體高度特征提醒到的47個溶洞中，洞體高度小于0.5的有8個，洞體高度在0.51.5的有30個，洞體高度在23的有7個，另有1個洞體高度6.5，發(fā)育在遠景站附近圖4，1個洞體高度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，占總數(shù)的80.9%，說明本段大局部溶洞洞體高度較校3.3填充物特征47個溶

6、洞中有30個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個為空洞，除有1個空洞洞體高度達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，地表水向下浸透或地下水位在巖土交界附近作頻繁升降運動，因水對土層的潛蝕作用，就形成土洞。初勘提醒了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化深槽，主要由灰?guī)r風化殘

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，土洞存在進一步開展的可能。另從溶洞的分布特征來看，有18個溶洞的頂板距巖面1以內(nèi)，說明這18個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)進展，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

8、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，隧道構(gòu)造底板埋深最深約17，結(jié)合線路縱斷面來看，所提醒到的2個土洞均距隧道底板超過10。隧道構(gòu)造底板之下10范圍內(nèi)的發(fā)育溶洞有30個，其中，洞體高度小于1.5的有26個，洞體高度在23的有3個，有1個洞體高度6.5。30個溶洞中有13個無填充物，且其中有12個洞高小于1.5，1個洞高為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填充物，但洞體高度也較校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，巖溶土洞溶洞非常發(fā)育，從工程地質(zhì)條件來看，本段線路采用地下線

9、敷設(shè)方式的地質(zhì)適應性較差，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，盡量避開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對施工的影響三元里至遠景區(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125，可考慮暗挖法施工；自廣園西路北側(cè)至遠景站，地面分布有民房、河涌，線路同時下穿機場路，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。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險，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、遷改河涌及疏解機場路交通等問題，協(xié)調(diào)量大，費用亦較高。本段需進展較詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較工作，合理選擇較適宜的工法。遠景至新市段，線路位于舊白云機場范圍，地面平坦開闊，隧道構(gòu)造底板根本在土層穿過，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展填充和加固，以確保施工和運營的平安。5.3對運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。然而地鐵的主體構(gòu)造工程設(shè)計使用年限為100年

11、，對巖溶洞穴的處理，不僅要保障施工的平安，更要保證長期運營的平安。在施工過程中，隧道的挖掘、車站構(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，可能會加速溶蝕，促使巖溶洞穴進一步開展。另一方面，三元里至新市段局部巖溶距巖面較淺，加之風化深槽較發(fā)育，溶洞的開展易形成土洞，假設(shè)土洞未進展處理，土洞的開展將給運營的平安帶來重大影響。本段發(fā)育的土洞是運營平安的一大隱患?？傊?，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，增加施工難度和風險，并對運營形成隱患。6結(jié)語地

12、鐵線路的選擇應綜合考慮客流、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)條件復雜，在本區(qū)段修建地下線路存在較大的工程風險，應精心設(shè)計，精心施工。通過對巖溶洞穴的分析說明，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險。但三元里至遠景區(qū)間地面條件復雜，明挖法協(xié)調(diào)困難，暗挖法風險較大，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)育將對運營的平安形成隱患。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)合和驗證。在下一階段的工作中，應盡快采用物探的手段，進一步查明土洞、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，應加強對這一地區(qū)地下水分布規(guī)律、埋藏條件、賦存及滲流特征等的研究?！緟⒖嘉墨I】?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，2022.4?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)勘察根底工程公司，2022.4?廣州市地下鐵道二號線首期工程三元里至遠景區(qū)間詳