刘秀丽

广东省地质物探工程勘察院 广东 广州 510800

随着经济社会和城市建设的高速发展，地下工程建设的需求日益增多，随着地下空间的开发，在岩溶区进行城市地下车站建设已成为不可避免的问题。当城市地铁车站建设在岩溶发育区，施工过程中极易发生基坑坍塌、涌水、支护结构渗漏水、基底突涌等风险，继而引发地面沉降、地面塌陷等地质灾害，如果岩溶区上覆第四系土层为深厚砂层时，更为复杂的地质条件使车站深基坑及围护结构的施工难度加大，安全风险更高。一旦处理措施不当极可能发生严重的安全生产事故，造成重大的社会影响和经济损失。为避免和减少岩溶区地下车站建设引发的安全和地质问题，本文依托广州地铁八号线北延段拟建江府站地下车站工程，分析岩溶区上覆深厚砂层进行地下明挖车站的工程风险。

广州地铁八号线北延段位于广花凹陷构造区，沿线发育多条断裂，受花县复向斜构造控制，沿线不良地质作用主要有岩溶、断裂和风化深槽，地层种类繁多、岩体破碎、岩面起伏变化，且岩溶强烈发育，局部揭露砂层厚度达28m，整体地质条件复杂。沿线主要沿既有市政道路敷设，地下管线密集，周边多高层住宅等敏感建筑物，局部下穿铁路、河流等，工程环境周边条件复杂。面对如此复杂的地质条件、场地条件，如何确保地铁建设的安全，对勘察和施工都是巨大的考验和挑战。

1 工程概况

江府站位于广州市广花三路与江府路交叉路口北侧，沿广花三路南北向敷设，周边为国道、住宅区、商业区等。江府站为单柱双岛四线车站，全长362m，标准段宽为45.7m，车站底板埋深18.35m。车站采用明挖法施工，围护结构采用800mm连续墙+内支撑的体系。车站共设4个出入口和2组风亭。车站平面位置及结构示意图见图1。

图1 车站平面结构示意图

2 工程地质条件

2.1 地质构造

场区位于广花凹陷构造区。主体构造是北东向，由上古生界及其褶皱和伴生的断裂以及二叠系和古近系向斜盆地构成。本区第四系地层主要由上更新统和全新统人工填土、冲洪积砂层、冲洪坡积土层和残积层组成，下伏基岩主要为石炭系、二叠系、三叠系和古近系碎屑岩和碳酸盐岩，岩性有灰岩、泥灰岩、炭质灰岩、炭质泥岩或页岩、砂岩、泥岩、砾岩、灰质砾岩等。本构造区内不良地质作用主要有岩溶、断裂和风化深槽。根据《广州市断裂构造图》（1：50000）、《广州市基岩地质图》（1：50000）以及《广花盆地基岩地质图》（1：50000）等相关区域地质资料，本场地附近发育的断裂构造主要为北东向断裂F3，场地地质构造示意图见图2。

图2 场区地质构造示意图

F3断裂为唐阁断裂组次级断裂，分隔三叠系小坪组及石炭系测水组。唐阁断裂组在区域上为礌岗断裂，礌岗断裂属广从断裂的分支断裂。形成于印支期燕山期，早期为逆断层晚期为平移正断层。断裂北段主要发育于石炭纪地层中，测水组与壶天群灰岩呈断层接触，在唐阁一带见测水组与第三纪莘庄组呈断层接触。断面舒缓波状，发育构造角砾岩、碎裂岩及硅化岩等。南段多为第四系覆盖，地表零星出露。在广三断裂以北地段，大赛坝组与测水组呈断层接触，其两侧岩石破碎，揉皱强烈，见挤压透镜体。广三断裂以南，断裂主要发育于白垩系中，在礌岗一带，见测水组与第三纪白鹤洞组呈断层接触。破碎带中以发育硅化构造角砾岩、硅化岩及碎裂岩等为特征。

F3断裂未直接与江府站相交，且距离车站最南端约305m，断裂对车站的影响较小。

2.2 地层特征

根据勘察揭露，场区自上而下地层依次为人工填土层，冲洪积砂层、粉质黏土层；基坑底板位于冲洪积砂层、粉质黏土层，如图3所示。场区基岩为石炭系壶天群灰岩，基岩埋深较大，岩溶见洞率约54.9%，线岩溶率为27.0%，岩溶强烈发育。本次勘察揭露岩溶洞隙大部分呈无充填状态，部分全充填或半充填。大部分钻孔揭露岩溶为空洞，无充填物，在钻探中出现掉钻现象，严重漏水。其余钻孔充填物主要为流塑-可塑状粉质黏土、砂砾以及灰岩块，钻探中表现为漏水，地层软弱，钻具自重下沉现象。

图3 代表性工程地质断面

本场地内砂层广泛发育，主要为粗砂、砾砂，在水平方向和垂直方向上均连续分布。场地砂层松散、地下水丰富、自稳性差、流动性强、震动条件下易液化，开挖过程极易出现突水涌砂和坍塌等。

2.3 水文特征

车站北端30m分布一条河涌，场地砂层连续发育，地表水和地下水有一定的水力联系。

本场地范围内砂层广泛连续发育，且多为颗粒较大的粗砂、砾砂等，平均厚度约20m，主要分布在车站侧壁及底板以下，受大气降水和地表水补给，主要为潜水。根据现场抽水试验，岩溶的渗透系数约为4～12m/d，砂层的渗透系数为17～27m/d，抽水试验成果见表1，可知岩溶裂隙含水层的透水性中等～强，砂层含水层的透水性强。基底下砂层承压水冲破顶板发生渗流、管涌的可能性较大。底板下岩溶强烈发育，岩溶裂隙水的水量中等～丰富，具有承压型，在基坑施工时发生突涌的可能性大。基坑涌水量为侧壁及底部砂层涌水量之和，总计为15933m3/d。第四系孔隙水和岩溶水存在一定的水力联系，水文地质条件复杂。

表1 岩溶裂隙及砂层含水层现场抽水试验成果

3 工程风险

3.1 周边环境风险

场地位于广花三路与江府路交叉路口北侧，周边为中高层建筑、加油站、厂房等（见图4），多栋建筑物均为桩基础，距离车站有一定的距离。车站基坑开挖、降水等施工过程若引起周边地下水位变化或周边地表大面积沉降，将会导致周边房屋建筑发生沉降，严重时会出现安全问题。

图4 场地周边环境

场地地下管线密集，主要为广花三路、江府路两侧地下敷设的电信、给水、雨水、污水、燃气及电力管线等。对于车站影响较大的管线主要有雨水管、污水管、排水渠、排水渠及紧邻本车站东侧的在建地下市政综合管廊。基坑开挖施工时若措施不当，极易引起基坑变形、失稳、基底突涌等，引发地面沉降，甚至地面塌陷等地质灾害，直接影响场地附近建筑物及重要管线的安全。场地位于岩溶区，岩溶发育强烈，基坑开挖或桩基施工过程中遇到岩溶土洞，发生地面塌陷，引起小范围的地震，对周边环境造成破坏。

3.2 地质风险

场地总体上砂层发育，在富水条件下的细粒径砂土层，一旦产生涌水，极可能因地层中产生水路通道在水的渗透力作用下使邻近细粒径泥砂被带出形成涌砂，甚至进一步形成地层空洞，造成地表塌陷及地下管线破坏[1]。

场地岩溶强发育，大部分呈无充填状态，在钻探中出现掉钻和严重漏水现象。溶洞顶面埋深28.10～53.90m，洞高0.20～19.30m。不稳定洞体、水力联系复杂的洞体对车站基坑的稳定性很不利，对桩基、连续墙施工影响很大，可能造成地面沉陷、突水等工程事故。本场地岩溶强烈发育，桩基成桩容易出现偏桩、掉钻、塌孔等风险。受岩溶的影响，地连墙成槽时可能引发塌陷、跑浆、墙体倾斜等现象理。

场地砂层水水量丰富，岩溶水具承压性、水量丰富，地下水沿分界面渗流，水动力条件较复杂，渗漏通道较多。在地下连续墙或桩基施工可能连通砂层与灰岩的地下水，并诱发岩土体的快速流失，导致基坑外发生地面沉降、地面塌陷的工程风险大，并危及周边路面交通或民房地基的稳定性。

3.3 工程风险

场地位于灰岩区，受岩溶影响，部分区域岩土体溶蚀，导致岩土体力学性质变差，受水文地质或人类生产生活影响，可能形成溶洞、土洞或岩溶塌陷[2]。江府站范围岩溶发育，砂层较厚，地下水丰富。岩层的涌水量和透水性主要由其裂隙发育程度所控制，存在明显的不均匀性，因此局部有较大涌水量的可能。

对于未能探测到的溶洞无法进行处理，基坑围护结构施工与土方开挖过程中可能会激活溶洞，发生岩溶塌陷，引起周边道路和建筑物沉降。另外，车站侧壁分布深厚富水砂层，基坑开挖时可能发生侧壁漏水和坑底管涌，围护结构施工时也将遇到富水性强的砂砾层，其强透水性和松散易垮塌的特点对桩基和成槽有不利影响。

基坑降水时使周边土层产生的沉降成漏斗分布，建筑物距基坑越近，沉降越大[3]。如基坑周边土体地下水位下降过快，则土层将失水压密，导致周围邻近建（构）筑物发生不均匀沉降或开裂，危及周边建（构）筑物的安全。

4 风险防控措施

（1）岩溶的风险防控措施

在岩溶区进行地下车站建设前，须对岩溶区进行勘察，详细查明勘察范围可溶岩地层分布、地层年代、岩性成分、地层厚度、裂隙发育程度等工程地质特征，查明地下水类型、渗透性、水力联系等水文地质特征，结合勘察资料分析、预测场地岩溶塌陷的可能性及对周边建（构）筑物的影响。在施工阶段还应采取探边、物探等手段进一步查明岩溶的发育情况。对桩基、连续墙槽段尽可能做到“一桩一孔、一槽两孔”的地质超前钻探。

当溶洞未经处理或处理不当，可能会引发围护结构坍塌、地面塌陷、基坑底部突涌等工程事故，因此在围护结构施工及基坑开挖前需要对勘察揭露的溶洞进行处理，才能满足基底及结构的承载力和变形要求，同时能降低因岩溶引发风险的可能性。根据已有经验，在已探明的溶洞直接注浆充填是溶洞处理较常采用也是最主要的方法。注浆加固后的土体应具有较好的均匀性和密闭性，加固效果的检验更是保证基坑稳定性的关键[4]，因此注浆处理施工完毕后，须按照相关检测规范和设计要求进行地基承载力、基底地层注浆处理质量检测，确保注浆效果。

对于埋深较大的车站，特别是溶洞较发育的车站，基坑开挖风险较大，应加大连续墙的深度，且止水帷幕应进入隔水层足够深度，以防止基坑内外通过墙底溶洞或裂隙形成涌水通道，待将溶洞大小、类型进行区域划分后，再进行有针对性的处理，做好各自风险应对措施及紧急应预案，将施工风险控制在较小影响范围内。

（2）深厚砂层的风险防控措施

江府站环境复杂，周边建（构）筑物密集，邻近市政道路交通繁忙，东侧紧邻在建地下综合管廊，工程地质条件及水文地质条件复杂。车站范围内存在深厚砂层，部分砂层直接覆盖在微风化灰岩之上。江村站为明挖车站，存在基坑开挖，基坑降水时如基坑周边土体地下水位下降过快，则土层将失水压密，导致周围邻近建（构）筑物发生不均匀沉降或开裂，危及周边建（构）筑物的安全。

基底砂层极发育，为防止基底砂层发生涌水、突水等事故，且软弱土层不满足下卧层承载力要求，建议对基底土层进行注浆等预处理措施。注浆处理施工完毕后，须按照相关检测规范和设计要求进行地基承载力、基底地层注浆处理质量检测，确保注浆效果。同时可考虑沿车站主体结构周边靠近重要建（构）筑物或管线附件布置回灌井。当砂层厚度小于5m时，回灌井底挖至砂层底；砂层厚度大于5m时，回灌井底挖至砂层顶面以下不小于5m。

5 结论

江府站位于岩溶强发育区，部分钻孔揭露大溶洞，同时上覆连续发育深厚砂层，岩溶裂隙及砂层含水层透水性中等～强，工程地质条件和水文地质条件十分复杂，地下车站明挖施工存在巨大的工程风险，基坑降水可能造成地面沉降、岩溶塌陷等事故。针对岩溶的风险，本文建议应开展岩溶专项勘察工作，建议采用钻探与物探相结合的方法，进一步查明场地溶洞、土洞的分布、规模、充填物情况等，重点是结构底板位于岩溶发育区地段，并进行场地安全性、稳定性评价，以指导岩溶区地基处理。条件许可时，应做好岩溶施工前的超前预报。对已查明的溶洞进行有效注浆充填，并按有关规范检测注浆效果。对于深厚砂层的风险，则建议对基底影响范围内的砂层进行注浆充填，同时考虑在围护结构周边布置回灌井。