广花城际铁路岩溶区岩土工程勘察探析

刁仁辉

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 引言

岩土工程勘察主要是运用各种设备以及技术手段对项目施工区域的地质情况进行勘察，收集地质、水文等相关资料，评估地质条件是否满足施工要求，并提出合理的建议措施[1]。广州东至花都天贵城际铁路（以下简称广花城际）方石站至线路终点段属岩溶区，受广花复式向斜影响，区域地质构造较为复杂，加之近年来该区域白云机场、武广铁路、地铁、高速公路等各种大型工程建设，使地质环境变得脆弱，因工程建设引起的岩溶地面塌陷、地面沉降等地质灾害频发。因此，做好广花城际铁路项目岩土工程勘察工作必须要重点关注岩溶问题，对场地稳定性以及适宜性做出客观、准确的判断，并给出合理的措施建议。

2 项目概况

2.1 概述

广花城际线路起于广州东站，止于花城街站，正线全线长约39.6 km，采用地下敷设。新建7座车站，分别为京溪路站、白云东平站、白云城市中心站、方石站、凤凰南路站、马鞍山公园站、花城街站。新建应湖线路所1座。线路设计速度160 km/h，与芳村至白云机场城际跨线运营。线路下穿有武广高铁、京九铁路、新白广城际和地铁9号线，沿线地表建（构）筑物较多。

2.2 地质条件

项目岩溶区沿线经过地段总体地势较为平坦，现状地面高程5.90~17.96 m，地貌类型为广花冲、洪积平原，基岩以石炭系（C）石灰岩、炭质灰岩、砂岩、泥质粉砂岩为主。区域内断裂以北东向为主，大部分断裂被第四系覆盖。根据区域地质资料及初勘钻探揭露情况，区域内断层总共有3条与线路相交：分别为F107（白坭塘断裂）、F105（莲塘断裂）及凤马区间新揭露断裂（F3），均属于北东向雅吉岭断裂组[2]。

2.3 水文条件

场地范围内地表水发育，沿线下穿多处鱼塘、新街河及雅瑶涌；场地地下水包括松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩岩溶水。松散层类孔隙水赋存于第四系砂卵石层中，属孔隙潜水，由于地层渗透性的差异，局部具承压性。基岩裂隙水赋存于基岩风化裂隙和构造裂隙中。岩溶水主要赋存于石炭系灰岩中，以裂隙岩溶水、溶洞水为主。局部砂层和基岩直接接触，水文地质情况复杂。

3 项目岩土工程勘察任务及勘察方法

3.1 勘察任务

本次初步勘察阶段岩土工程勘察的目的是初步查明沿线工程地质条件和水文地质条件，分析、评价沿线区域地质稳定性与适宜性，预测可能出现的岩土工程问题，提出下一阶段岩土工程勘察工作的建议。对岩溶区应重点关注以下3点：（1）初步查明岩溶洞隙及其伴生土洞和塌陷的分布、发育程度和发育规律，对拟采取施工方案进行初步分析评价。（2）初步查明岩溶、土洞的分布范围和特征，重点查明贮水构造、岩体溶蚀程度、填充特征等。（3）评价岩溶的危害及可能带来的工程风险，提出岩溶处理建议及下阶段岩溶发育区勘察建议[3]。

3.2 勘察方法

本次勘察工作采用地质调绘、钻探与取样、原位测试（包括标准贯入试验、动力触探试验、波速测试、电阻率测、土壤氡浓度测试等）、水文地质试验、室内试验等多种勘探手段相结合的综合勘察方法。

4 项目岩溶区域地质稳定性与适宜性评价分析

4.1 岩溶发育特征

本次勘察结果显示：揭露可溶岩钻孔476个，揭露到溶、土洞的钻孔有239个；钻孔见洞隙率为50.2%，整体属于岩溶强烈发育等级。岩溶发育规律具体如下。

4.1.1 平面发育特征

在本次勘察中，岩溶主要分布区域为里程YCK89+250~YCK90+800、YCK91+900~YCK93+300、YCK95+100~YCK95+900、YCK98+600~YCK99+200、YCK101+400~YCK101+700以及广清联络线YCK4+100~YCK7+600。具体来说表现出3个特点：（1）在褶皱轴部及其周围区域岩溶强烈发育。本次勘察区域处于广花复式向斜内，岩石节理裂隙密集，尤其褶皱轴部裂隙更加破碎、开阔，透水性强，有利于溶蚀和岩溶发育。背斜顶部张裂隙宽度较大，分布深，岩溶以垂直形态为主。向斜轴部、下部也有张裂隙，且易积水。因此，在褶皱区岩溶多具沿褶皱走向发育的特点，尤其在轴部部位岩溶更发育。（2）区间流溪河古河道范围岩溶强烈发育，古河道范围分布着深厚的砂层，并且与灰岩直接接触，地表水与地下水丰富且联系密切，加剧溶蚀破坏。（3）断裂带周围区域岩溶较为发育，断层周围区域裂隙密集，是地下水的良好通道，整体环境有利于岩溶发育[4]。

4.1.2 竖向发育特征

本次勘察共揭露溶、土洞456个，岩溶高度0.2~26.7 m，其中洞高＜2 m的占55.9%，洞高2~5 m的占29.7%，洞高5~10 m的占10.7%，洞高＞10 m的占3.7%。揭露到两层及以上溶、土洞的113个孔，占揭露溶洞钻孔总数的47.3%。揭露溶洞共430个：全充填溶洞156个，占比36.3%；半充填溶洞92个，占比21.4%；无充填溶洞182个，占比42.3%。揭露土洞共26个，其中，全充填土洞18个，占比69.2%；半充填土洞3个，占比11.6%；无充填土洞5个，占比19.2%。

揭露埋深浅于20 m的溶、土洞共89个，占19.02%，埋深在20~40 m的溶、土洞共310个，占66.24%，埋深＞40 m的溶、土洞共69个，占14.74%。溶、土洞数量与埋深关系如图1所示。

图1 溶、土洞数量随埋深分布图

从本次勘察结果来看，溶洞充填情况主要与溶洞的埋深和高度有关，若溶洞的高度较高，则其充填率也高；若溶洞的高度较低，则其充填率也较小。规模较大的溶洞中，地下水过水断面较大，流速较缓，导致水中携带的物质大量沉淀，因此，其充填率较高；而规模较小的溶洞则充填率偏低。影响溶洞富水性的决定性因素是溶洞充填物的类型以及充填率。通常情况下，若充填物为黏土则富水性较小，充填物为砂性土次之，无充填物或者充填物少的溶洞富水性较高。岩溶发育受地下水动力影响较大，通常情况下，埋深＜45 m的区域地下水活动的特征为垂直运动，因此，岩溶发育特征也以垂直为主；埋深＞45 m的区域地下水活动的特征为水平运动，因此，岩溶发育特征也以水平为主。在本次勘察活动中，靠近地表的区域水动力较大，因此，该区域内岩溶强烈发育；而地表深处水动力较小，因此，岩溶较为发育。

4.2 岩溶地面塌陷

本次勘察工作发现，岩溶地面塌陷灾害主要集中在浅覆盖型岩溶区。造成塌陷的主要因素是工程施工活动抽排水导致地下水位变化，水力坡度增加，打破了原有的径流平衡以及岩溶水的状态，对土层结构造成了一定影响，进而导致地下水渗透率增加，加剧了潜蚀、吸蚀以及冲刷作用，造成水土流失，最终导致地面塌陷[5]。从勘察结果来看，项目沿线岩溶区域溶洞、溶沟、基岩裂隙、土洞以及溶槽等相互连通，地质条件、水文条件复杂，若后续施工过程中处理不当，出现地面塌陷灾害的风险性较高，比如，钻孔施工、机械振动等均可能引发地面塌陷。

需要注意的是，在本项目后续施工中在穿越土洞、溶洞以及溶沟等岩溶发育地段前，必须要提前做好加固措施，可采用注浆填充、搅拌桩加固、冷冻法等方式，否则可能会造成地面塌陷、基坑突涌、盾构机栽头等安全事故。

4.3 场地稳定性、适宜性评价

本次勘察揭示项目沿线区域岩溶、土洞分布较为广泛，部分区域分布有深厚的砂层，初步评估项目沿线区域为岩溶地面塌陷地质灾害高发区。岩溶塌陷的主要是浅部岩溶、土洞发育导致。岩溶区受人为施工活动影响，原本脆弱的水土平衡被破坏，加之机械振动等外部因素扰动影响，造成岩溶地面塌陷。

经过综合评估认为，沿线岩溶区整体属于易塌陷区域，稳定性较差，施工过程中造成经济损失的风险性高，并且一旦发生塌陷会对附近区域的建（构）筑物、既有铁路、市政道路、管线以及车辆行人造成严重威胁，岩溶地面塌陷对于本项目潜在的危险性以及危害性较大。除此之外，岩溶地面塌陷事故还可能威胁到后续勘察、施工作业人员人身及设备安全。总体而言，岩溶区场地适宜性差，后续应在进一步查明岩溶的分布范围、发育特征的基础上，采取针对性强、经济合理有效的措施预防岩溶地面塌陷等地质灾害。场地属稳定性差场地，但经治理后仍可作为建设用地。

5 关于项目后续地质勘察工作的建议

1）综合本次勘察结果，为了确保后续勘察、施工活动的顺利进行，建议针对岩溶区域进行专项勘察。具体可以采用钻探、物探、原位测试等手段，对岩溶区域进行综合勘探，尤其对明挖基坑、暗挖联络通道的位置及其下穿道路、建筑物以及铁路区域等风险较大的区域。

2）详勘钻孔布置间距建议为15~20 m，车站沿围护结构及立柱桩布置，区间沿隧道两侧梅花形交错布置[6]。

3）施工勘察中，建议根据各工点见洞率布置不同密度的施工勘察钻孔；基坑工程建议按面积密度控制呈方格网布置；隧道工程建议按长度布置在隧道中心线。施工补勘钻孔布置应结合既有初勘、详勘钻孔进行综合考虑。断裂和地层分界线附近岩溶一般较为发育，可在施工勘察过程中根据钻探揭示岩溶发育情况进行适当加密。施工勘察钻孔布置建议见表1。

表1 施工勘察钻孔布置建议

4）施工前应综合考虑各类风险防范措施，制订岩溶地面塌陷专项应急预案。

6 结语

岩溶对于地质稳定性的影响较大，可引发地面塌陷、地面沉降等多种地质灾害，对于勘察工作以及建设施工活动会产生较大不良影响。广花城际铁路沿线区域岩溶分布广泛，并且岩溶发育强烈，尤其在褶皱轴部及其周围区域、流溪河古河道区域以及断裂带周围区域，整体上稳定性较差，属于易塌陷区域，因此，后续地质勘察工作仍需对岩溶区域开展进一步的加密勘察和专项勘察，同时，在项目后续施工活动中，针对岩溶区域必须采取针对性的处理措施，最大限度降低岩溶塌陷的风险，保障施工活动安全、顺利进行。