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1勘察方法選擇及布置

1.1鉆探

鉆孔主要用于揭示地層結(jié)構(gòu)、溶洞及其充填物情況、物探測(cè)試工作(如進(jìn)行孔間高能電磁波CT掃描、鉆孔彩色電視錄像等)以及進(jìn)行地下水長期觀測(cè)，以達(dá)到一孔多用。在雙線隧道兩側(cè)及兩隧道中間交叉布置勘探孔，鉆孔間距15～20m。鉆孔一般布置在暗挖結(jié)構(gòu)邊緣外側(cè)2～5m的位置，車站按建筑物的周邊線網(wǎng)狀布置勘探孔，勘探孔間距一般為20m左右。對(duì)于鉆孔揭示位于地鐵區(qū)間或車站底板以下10m范圍內(nèi)，且高度≥0．5倍洞徑(3m)的溶洞，原則上在原鉆孔周邊以梅花型式布置4個(gè)孔，以進(jìn)一步了解溶洞規(guī)模與形態(tài);對(duì)于可溶巖與非可溶巖界線，按垂直已知巖層走向方向10m左右間距逐次縮小間距布孔探查確定。

1.2物探

場地主要為灰?guī)r，具巖體完整、強(qiáng)度高的特征，相應(yīng)彈性波速度、電阻率高，對(duì)電磁波低吸收;當(dāng)巖體存在溶隙、溶洞、破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)體時(shí)，物性特征會(huì)因其影響程度不同而發(fā)生相應(yīng)變化，其主要的地球物理響應(yīng)則為:彈性波速度降低，電阻率下降，對(duì)電磁波高吸收。這些規(guī)律是場地最主要的、最基本的地質(zhì)、地球物理特征。測(cè)區(qū)具備電法勘探、彈性波勘探等物性條件。根據(jù)本場地區(qū)的巖土體地球物理特征，先選擇高密度電法、超高密度電法、瞬變電磁法、彈性波CT、電磁波CT等物探方法，分別在石炭—二疊系高水位區(qū)和三疊系低水位區(qū)選擇一對(duì)鉆孔進(jìn)行物探方法試驗(yàn)研究，并得出以下結(jié)論:(1)在探測(cè)巖溶分辨率上，井中方法優(yōu)于地面方法，即彈性波CT、電磁波CT、井中超高密度電法探測(cè)巖溶效果優(yōu)于高密度電法、地面超高密度電法、地面瞬變電磁法方法。原因在于地面方法“觀測(cè)的角度”有限，縱向上存在1∶10的分辨率關(guān)系;橫向上要保證探測(cè)分辨率，必須減少測(cè)點(diǎn)間距，而測(cè)點(diǎn)間距的減小又無法保證探測(cè)深度;此外，城市環(huán)境條件下各種環(huán)境因素的影響也是不可忽視的因素。而井中方法可以對(duì)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行“多角度觀測(cè)”，分辨率較高，地下干擾因素也較小。(2)井中方法探測(cè)巖溶效果，彈性波CT最佳，電磁波CT次之，井間超高密度電法也有明顯的效果。原因在于，彈性波CT、電磁波CT是以“射線勘探”為理論基礎(chǔ)，井間超高密度電法是以“體積勘探”為理論基礎(chǔ)，所以彈性波CT、電磁波CT分辨率優(yōu)于井間超高密度電法;CT探測(cè)利用的彈性波波長小于電磁波波長，因而彈性波CT探測(cè)效果優(yōu)于電磁波CT。通過試驗(yàn)，選定石炭—二疊系地層地下水位較高地段，以彈性波CT為主、電磁波CT為輔，三疊系地層地下水位較低地段采用電磁波CT進(jìn)行探測(cè)。所有鉆孔均與相鄰鉆孔組成跨孔電磁波CT剖面，鉆孔彩色電視錄像一般選擇代表性地段進(jìn)行。物探資料解釋工作完畢后，首先根據(jù)已有鉆孔揭露的溶洞對(duì)物探異常進(jìn)行符合性檢驗(yàn);其次，對(duì)隧道底板以下10m范圍內(nèi)的物探異常，選擇性地用鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。

1.3水位觀測(cè)與試驗(yàn)

1.3.1水位觀測(cè)

場地地下水按賦存或埋藏條件主要分為雜填土上層滯水、砂層孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水四種類型。砂層孔隙水和巖溶水均具承壓性，第四系更新統(tǒng)粘土層為其隔水頂板。隧道通過巖溶區(qū)，是否存在地下水及水位情況如何，對(duì)施工安全及隧道防水設(shè)計(jì)至關(guān)重要。鉆孔分層水位觀測(cè)方法如下:①揭穿人工填土層后，觀測(cè)上層滯水水位;②繼續(xù)鉆進(jìn)至粘性土后，下套管止水;采用提水或抽水方式檢驗(yàn)止水效果后鉆至砂層后觀測(cè)砂層地下水位，直至進(jìn)入基巖面后再次下套管止水;③同樣方式確認(rèn)止水效果良好后，再鉆至進(jìn)入基巖，觀測(cè)巖溶水水位。在Ⅰ級(jí)階地區(qū)，下伏巖溶地下水水頭若低于上覆松散砂層孔隙水水頭時(shí)，孔隙水將向下補(bǔ)給巖溶水，其含水介質(zhì)(砂粒)將被水流不斷潛蝕帶走，易誘發(fā)巖溶地面塌陷?；诖?，需查明砂層孔隙水與巖溶水水位及長江水位關(guān)系、三者動(dòng)態(tài)變化關(guān)系。由于在同一鉆孔中無法同時(shí)觀測(cè)各層水位變化，故在沿線不同水文地質(zhì)單元布置多組長期水位觀測(cè)孔，進(jìn)行分層地下水位觀測(cè)。每組設(shè)主孔、副孔各1個(gè)，兩孔相距2．5～5．0m。主孔進(jìn)入灰?guī)r一般12～42718m，觀測(cè)巖溶水水位變化情況;副孔進(jìn)入砂層一般10～15m，觀測(cè)砂層孔隙水水位變化情況。

1.3.2室內(nèi)試驗(yàn)

對(duì)各地層時(shí)代灰?guī)r進(jìn)行化學(xué)成分分析和礦物成分薄片鑒定，以了解灰?guī)r的可溶性特征。對(duì)不同水文地質(zhì)單元的地下水取樣進(jìn)行水質(zhì)分析，通過比較主要離子含量變化和水化學(xué)類型不同，以進(jìn)一步驗(yàn)證水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐值臏?zhǔn)確性和地下水補(bǔ)排關(guān)系。地鐵工程基礎(chǔ)選型、地基或溶洞處理設(shè)計(jì)方案選擇，有時(shí)取決于充填物狀態(tài)，必須對(duì)各代表性充填物取樣進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。武昌、漢陽地區(qū)長江Ⅰ級(jí)階地，因存在“上部砂層與下伏可溶巖直接接觸”的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，為巖溶地面塌陷易發(fā)區(qū)。為預(yù)測(cè)巖溶塌陷發(fā)生后的地面影響范圍和塌陷坑規(guī)模，對(duì)沿線各類砂層取樣進(jìn)行了水下休止角試驗(yàn)，并就巖溶塌陷對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生直接破壞和偏壓影響及最小安全距離進(jìn)行了分析。

1.3.3水文地質(zhì)試驗(yàn)

為綜合研究工程區(qū)巖溶水賦存條件、透水性、補(bǔ)排徑流關(guān)系和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為有效預(yù)防地鐵隧洞開挖過程中的涌水突泥，車站基坑降水與抗浮設(shè)計(jì)等提供可靠的水文地質(zhì)參數(shù)，專門在不同水文地質(zhì)單元布置多組帶、多個(gè)觀測(cè)孔的抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)分別布置一條平行巖層走向(預(yù)測(cè)強(qiáng)透水方向)和垂直巖層走向(預(yù)測(cè)弱透水方向)的觀測(cè)線。為初步了解單井涌水量、透水性，并選定合適的主抽水孔和觀測(cè)孔，在進(jìn)行正式抽水試驗(yàn)前進(jìn)行了簡易鉆孔抽水試驗(yàn)。

2施工地質(zhì)

基于以下原因，巖溶地區(qū)礦山法隧道施工過程中必須進(jìn)行施工地質(zhì)工作。(1)巖溶發(fā)育非常復(fù)雜，埋藏型巖溶更難以查明溶洞分布;(2)按規(guī)程、規(guī)范要求所有鉆孔均不在洞身范圍內(nèi)，鉆探揭露的溶洞不在隧道部位，其揭示的地層巖性界線和溶洞發(fā)育位置等地質(zhì)內(nèi)容與隧道洞身軸線實(shí)際地質(zhì)情況有一定差異;(3)物探異常具有多解性。通過施工期地質(zhì)巡視、地質(zhì)編錄、地質(zhì)觀測(cè)、取樣試驗(yàn)、超前鉆探(物探、地質(zhì)雷達(dá))及專項(xiàng)勘察等工作，整合變形監(jiān)測(cè)、安全預(yù)警等信息成果，對(duì)地鐵隧道工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行深入細(xì)致分析，可達(dá)到以下效果:(1)對(duì)于突水涌泥、超淺埋隧洞圍巖穩(wěn)定等地質(zhì)問題進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào);(2)施工階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程性能較差、分布極不均一的雜填土、紅粘土等特殊土;(3)及時(shí)檢驗(yàn)工程開挖尤其爆破施工對(duì)圍巖和周邊環(huán)境的影響;(4)及時(shí)了解其它工程施工如深基坑工程對(duì)地鐵隧道原有地質(zhì)條件的改變?？傊ㄟ^施工地質(zhì)工作，對(duì)施工過程中潛在和出現(xiàn)的地質(zhì)等問題及時(shí)分析并提出相應(yīng)處理措施建議，指導(dǎo)施工安全、順利進(jìn)行。武漢地鐵二號(hào)線建設(shè)中開展的地鐵隧道礦山法施工地質(zhì)及相關(guān)科研工作，是國內(nèi)地鐵建設(shè)史上首次嘗試，對(duì)確保在復(fù)雜地質(zhì)條件下的礦山法地鐵隧道建設(shè)的安全施工與運(yùn)行，具有重要意義。

3結(jié)語

通過對(duì)武漢地鐵的巖溶專題研究，系統(tǒng)分析了武漢城市巖溶形成時(shí)期、發(fā)育規(guī)律和特點(diǎn)等。認(rèn)為武漢巖溶主要形成于中更新世以前，自上而下主要分為表層巖溶帶、包氣帶、季節(jié)變化帶和水平循環(huán)帶。與地鐵工程關(guān)系密切的為表層巖溶帶，大致位于基巖頂板以下0～5m，相應(yīng)－15～－5m高程段，其巖溶形態(tài)多為“溶溝、溶槽”、陡立溶隙和小型溶洞，水平方向連通性差。中更新世及以后，基巖面以上接受第四紀(jì)沉積，地下水循環(huán)減弱，溶洞、溶隙大部分被充填，致其連通性更差。根據(jù)巖溶發(fā)育研究成果，結(jié)合溶洞與地鐵隧道的位置關(guān)系，通?？蓜澐指唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以針對(duì)性選擇地面注漿、洞內(nèi)回填等治理措施，或僅采取應(yīng)急防護(hù)和永久性結(jié)構(gòu)措施。

作者：張三定馬貴生羅小杰殷先松粟玉英宋婧單位：長江水利委員會(huì)長江巖土工程總公司