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摘要：二号线北延段岩溶发育，为此采用了多种物探勘察手段进一步查明基岩面起伏、岩溶、土洞分布等，以期进一步指导线路选择和建设，本文在二号线北延段所采用的多种物探勘察手段的基础上，分析总结了地铁工程物探方法、测线布置、物探成果的验收标准等，以期对其他线路建设或外地项目建设物探手段的应用起到指导性作用。
关键词：岩溶；物探方法；测线布置；验收标准
Abstract: the line 2 at north delay period of karst development, therefore have used many geophysical exploration methods bedrock surface wave and further find out, karst, holes distribution, etc, so as to further direct line selection and construction, the paper in line 2 at the north delay period of geophysical exploration methods, and on the basis of the analysis of the subway engineering geophysical exploration methods, measuring line layout, geophysical exploration achievements of check and accept a standard to wait, in order to other line construction project construction or elsewhere the application of geophysical exploration methods play a guiding role.
Keywords: karst; Geophysical exploration methods; The line layout; Acceptance standard
中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
广州地铁二号线北延段工程三元里～嘉禾线路段位于广从断裂以西，新市-嘉禾断裂以东区域，南端在远景村附近被东西向的三元里温泉断裂切断，主要以北东向和东西向断裂组及其交接复合为主要构造骨架。第四系地层以冲洪积砂层、土层及残坡积、堆积为主，基岩地层为石炭系中上统壶天群（C2+3ht）的灰白色、深灰色灰岩、硅质灰岩，以及二迭系下统栖霞组（P1q）灰黑色炭质灰岩夹炭质页岩，岩层层面高低起伏，岩溶发育，多溶蚀沟槽。未查明本线路段的石灰岩发育情况，为选线、设计、施工提供参考依据，二号线北延段采用了多种物探手段。
2 物探测线的布置及完成情况
（1）三元里折返线石灰岩分布段施工阶段跨孔CT电磁波物探（2001年10月）
工作目的：三元里折返线北竖井施工中C2+3ht石灰岩发育段发生突水现象，拟在既有勘察成果的基础上，进一步查明勘察范围C2+3ht石灰岩中的溶蚀现象（规模大于长1m×宽1m×高0.5m的洞穴、溶蚀槽等），及其在垂直方向和水平方向的分布，为三元里折返线的施工提供更详细的岩土资料。
测线布置：以线路左线中心线为中心，分左右两侧间隔9m共布置3列钻孔，每列布置9个钻孔，在长80米，宽18米范围内形成10*9m测线网。
根据钻探及物探成果，场地共发现溶洞34个，其中19个为CT探测发现，16个为钻孔揭露，其中R34溶洞规模最大，最大延伸30m，推测洞高为2～5m或大于5m，基本延展到了折返线范围内整个区域。CT探测发现的19个溶洞最大延伸范围在0.9～5.5m，洞体高度在0.6～1.8m。
（2）三元里～新市段（旧机场范围）浅层地震横波反射波法和面波法物探（2005年9月）
工作目的：①查明溶洞、土洞在垂直方向和水平方向的分布、連通性及其特征；②查明石灰岩岩面的起伏情况，揭示隧道底板之下10m范围内的土洞和溶洞。
测线布置：二号线北延段三元里～新市段里程右线YCK22+720～26+700，长3980m，左线ZCK22+732～26+700，长3968m，从左线左6m至右线右6m的平面范围以及地表至隧道底板之下10m的垂直范围。
根据物探解释成果图，本次探测共解释岩溶发育区76个，解释土洞2个；76个岩溶发育区中，23个为初勘阶段钻孔揭露溶洞，53个为物探推断解释。
（3）嘉禾车辆段浅层地震纵波反射波法&瞬变电磁法地面物探（2006年8月）
工作目的：①查明岩溶发育带、土洞发育带的发育和分布情况、连通性及其特征。②查明石灰岩岩面的起伏情况。③查明场地内发育的土洞。查明埋深小于30m～40m（库内及试车线）的岩溶形态特征等。
二号线北延段嘉禾车辆段约31.5公顷征地范围内，浅层地震纵波反射波法共布置29条测线，总长20.205km（共有反射法测点121230检波点·炮）。瞬变电磁法完成探测剖面58条，剖面总长29650m，测点11918个。
浅层地震纵波反射波法根据可连续追踪的中微风化基岩顶面反射波组，结合钻孔揭露的岩土分层情况，物探范围内岩土划分为覆盖土层和基岩（中、微风化层）2个物理分层。同时根据浅层反射波法资料分析，结合钻孔资料，圈定了两个相对集中的溶蚀风化深槽A、B和两个溶蚀风化深坑C、D。物探还推断解释了4个土洞发育区。
瞬变电磁法在平面图上圈定10个强岩溶发育区，19个弱岩溶发育区，3个土洞发育区，同时圈定了非岩溶发育区。
（5）三元里～远景区间详细勘察阶段跨孔CT物探（2006年11月）
工作目的：①在垂直方向上，探测隧道现设计结构顶板上1m至底板下10m的范围，规模大于1m×1m×0.50m（长×宽×高）的洞穴。②当结构底板之下10m仍未能达到灰岩岩面时，应加大探测深度至灰岩岩面下3m，以揭示灰岩岩面的起伏状况。③当探测深度至结构底板之下20m仍未能达到灰岩岩面，应与设计单位、业主协商继续探测的深度。
完成钻孔318个，完成物探CT探测剖面864对（其中声波CT剖面516 对，电磁波CT剖面348对，地震波CT剖面348对）。
结合钻孔揭露的岩土分层情况，物探范围内岩土划分为覆盖土层和基岩（中、微风化层）2个物理分层；揭示了基岩顶面起伏形态，对溶沟、溶槽分布范围进行了圈定；物探CT探测资料解释土洞15个（总共44个，钻探揭露29个）；物探CT探测圈定溶洞1374个，其中钻孔揭露210个。
3 物探成果分析总结
（1）物探工作布置：线路段测线宜布置在左线左10m-右线右10m范围内，当左右线中心线线间距≤13m时，宜分3排布置；当左右线中心线间距>13m时，测线宜分4排布置，为保证测试精度，剖面宜多次交叉重叠；车辆段内测线布置可结合勘察布孔，呈网格状布置，测线间距宜在20m范围内，以保证实施的有效性，垂直范围内宜探查结构底板下10m范围内地层情况。
（2）线路段物探成果的验收标准：
物探成果完成后，应采用第三方进行钻探验证评价，以钻探成果对物探解释的溶洞、土洞的平面位置、埋深、高度等数据进行全面检验，以溶洞、土洞探测的总体准确率为指标，总体准确率在80%以上为合格，50%以下为不合格，50%-80%为部分合格。准确率的计算方法如下：
1）总体准确率为单孔准确率的平均值；
2）单孔准确率的计算只考虑高度大于0.5米的溶洞和土洞；
3）钻探有溶洞或土洞而物探未发现或物探有溶洞或土洞而验证钻探未见，单孔准确率为零；
4）钻探与物探均无溶洞或土洞，单孔准确率为100%；
5）钻探与物探均有溶洞或土洞时，单孔准确率基数为100%，洞顶、底面的深度或高度误差1米时扣减5%，误差2米时扣减50%，误差超过3米时单孔准确率为零，考虑到物探解析方面的多解性，允许计算时根据误差高度采用内插法计算准确率，水平方向误差计算类比相同。
（3）岩溶发育区分级标准
以“见洞率”来评价岩溶发育情况，见洞率为：在某区域进行钻探验证时，在探测深度范围内揭示大于1m的溶洞（或土洞）的钻孔数量与该区域内总验证钻孔的数量之比。
岩溶的发育程度分级为：见洞率>60%的为强岩溶发育区，在30%～60%间的为中岩溶发育区，<30%为弱岩溶发育区。
（4）车辆段物探成果的验收标准
车辆段占地面积大，在进行物探工作时，主要成果在圈定岩溶、土洞的发育区域，并进行分级，以期指导下一步钻探工作，在对车辆段物探成果进行验证时，宜参考岩溶见洞率的分级标准，考虑到物探的多解性，评判标准较之分级标准适当放宽，即物探成果中划分的非岩溶发育区见洞率须小于30%，且无大于3m的土洞和溶洞；弱岩溶发育区见洞率须大于50%且不大于70%；强岩溶发育区见洞率须大于70%。
（5）物探探查中微风化岩面起伏、溶洞土洞的分布有一定的效果，但无法查明地下岩溶的连通性。
（6）跨孔电磁波CT层析成像技术对于远离岩面的小溶洞的探测效果比较好，对于岩面以上的目的体（土洞、岩土分层）、岩面起伏、岩面附近的溶洞和大溶洞的探测效果较差。
（7）跨孔CT作为孔中物探方法，相比地面物探，具有干扰小、准确性高、垂直方向剖面重叠次数多，但三种跨孔层析成像方法的分辨能力和勘探精度均受钻孔间距、成像区域形状的影响。一般地，要求成像区域高度（测试段高度）与宽度（钻孔间距）之比大于2，造价相对较高，不宜在选线阶段使用，可有针对性的在施工阶段局部使用或详勘阶段结合详勘钻孔实施。
（8）地震反射波法在地面物探中應用较广，根据波的类型，又分为横波反射波和纵波反射波，其中横波反射法具有分辨率高、分层能力强的优点，但存在激发困难、勘探深度浅、信噪比低的缺点；纵波反射法具有信噪比高、勘探深度大、激发容易的优点，但存在分辨率低、分层能力差的缺点，应用时应根据实际需要综合选用合理方法。
参考资料：
广州市地下铁道二号线首期工程三元里折返线石灰岩分布段施工阶段工程物探勘察报告；
广州市轨道交通二号线北延段三元里～新市段（旧机场范围）溶洞、土洞地面物探项目勘察报告；
广州市轨道交通二号线北延段嘉禾车辆段岩溶勘察地面物探项目地震勘察报告；
广州市轨道交通二号线北延段嘉禾车辆段瞬变电磁法地面物探报告；
广州市轨道交通二号线北延段三元里～远景区间详细勘察阶段工程物探项目勘察报告。
关键词：岩溶；物探方法；测线布置；验收标准
Abstract: the line 2 at north delay period of karst development, therefore have used many geophysical exploration methods bedrock surface wave and further find out, karst, holes distribution, etc, so as to further direct line selection and construction, the paper in line 2 at the north delay period of geophysical exploration methods, and on the basis of the analysis of the subway engineering geophysical exploration methods, measuring line layout, geophysical exploration achievements of check and accept a standard to wait, in order to other line construction project construction or elsewhere the application of geophysical exploration methods play a guiding role.
Keywords: karst; Geophysical exploration methods; The line layout; Acceptance standard
中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
广州地铁二号线北延段工程三元里～嘉禾线路段位于广从断裂以西，新市-嘉禾断裂以东区域，南端在远景村附近被东西向的三元里温泉断裂切断，主要以北东向和东西向断裂组及其交接复合为主要构造骨架。第四系地层以冲洪积砂层、土层及残坡积、堆积为主，基岩地层为石炭系中上统壶天群（C2+3ht）的灰白色、深灰色灰岩、硅质灰岩，以及二迭系下统栖霞组（P1q）灰黑色炭质灰岩夹炭质页岩，岩层层面高低起伏，岩溶发育，多溶蚀沟槽。未查明本线路段的石灰岩发育情况，为选线、设计、施工提供参考依据，二号线北延段采用了多种物探手段。
2 物探测线的布置及完成情况
（1）三元里折返线石灰岩分布段施工阶段跨孔CT电磁波物探（2001年10月）
工作目的：三元里折返线北竖井施工中C2+3ht石灰岩发育段发生突水现象，拟在既有勘察成果的基础上，进一步查明勘察范围C2+3ht石灰岩中的溶蚀现象（规模大于长1m×宽1m×高0.5m的洞穴、溶蚀槽等），及其在垂直方向和水平方向的分布，为三元里折返线的施工提供更详细的岩土资料。
测线布置：以线路左线中心线为中心，分左右两侧间隔9m共布置3列钻孔，每列布置9个钻孔，在长80米，宽18米范围内形成10*9m测线网。
根据钻探及物探成果，场地共发现溶洞34个，其中19个为CT探测发现，16个为钻孔揭露，其中R34溶洞规模最大，最大延伸30m，推测洞高为2～5m或大于5m，基本延展到了折返线范围内整个区域。CT探测发现的19个溶洞最大延伸范围在0.9～5.5m，洞体高度在0.6～1.8m。
（2）三元里～新市段（旧机场范围）浅层地震横波反射波法和面波法物探（2005年9月）
工作目的：①查明溶洞、土洞在垂直方向和水平方向的分布、連通性及其特征；②查明石灰岩岩面的起伏情况，揭示隧道底板之下10m范围内的土洞和溶洞。
测线布置：二号线北延段三元里～新市段里程右线YCK22+720～26+700，长3980m，左线ZCK22+732～26+700，长3968m，从左线左6m至右线右6m的平面范围以及地表至隧道底板之下10m的垂直范围。
根据物探解释成果图，本次探测共解释岩溶发育区76个，解释土洞2个；76个岩溶发育区中，23个为初勘阶段钻孔揭露溶洞，53个为物探推断解释。
（3）嘉禾车辆段浅层地震纵波反射波法&瞬变电磁法地面物探（2006年8月）
工作目的：①查明岩溶发育带、土洞发育带的发育和分布情况、连通性及其特征。②查明石灰岩岩面的起伏情况。③查明场地内发育的土洞。查明埋深小于30m～40m（库内及试车线）的岩溶形态特征等。
二号线北延段嘉禾车辆段约31.5公顷征地范围内，浅层地震纵波反射波法共布置29条测线，总长20.205km（共有反射法测点121230检波点·炮）。瞬变电磁法完成探测剖面58条，剖面总长29650m，测点11918个。
浅层地震纵波反射波法根据可连续追踪的中微风化基岩顶面反射波组，结合钻孔揭露的岩土分层情况，物探范围内岩土划分为覆盖土层和基岩（中、微风化层）2个物理分层。同时根据浅层反射波法资料分析，结合钻孔资料，圈定了两个相对集中的溶蚀风化深槽A、B和两个溶蚀风化深坑C、D。物探还推断解释了4个土洞发育区。
瞬变电磁法在平面图上圈定10个强岩溶发育区，19个弱岩溶发育区，3个土洞发育区，同时圈定了非岩溶发育区。
（5）三元里～远景区间详细勘察阶段跨孔CT物探（2006年11月）
工作目的：①在垂直方向上，探测隧道现设计结构顶板上1m至底板下10m的范围，规模大于1m×1m×0.50m（长×宽×高）的洞穴。②当结构底板之下10m仍未能达到灰岩岩面时，应加大探测深度至灰岩岩面下3m，以揭示灰岩岩面的起伏状况。③当探测深度至结构底板之下20m仍未能达到灰岩岩面，应与设计单位、业主协商继续探测的深度。
完成钻孔318个，完成物探CT探测剖面864对（其中声波CT剖面516 对，电磁波CT剖面348对，地震波CT剖面348对）。
结合钻孔揭露的岩土分层情况，物探范围内岩土划分为覆盖土层和基岩（中、微风化层）2个物理分层；揭示了基岩顶面起伏形态，对溶沟、溶槽分布范围进行了圈定；物探CT探测资料解释土洞15个（总共44个，钻探揭露29个）；物探CT探测圈定溶洞1374个，其中钻孔揭露210个。
3 物探成果分析总结
（1）物探工作布置：线路段测线宜布置在左线左10m-右线右10m范围内，当左右线中心线线间距≤13m时，宜分3排布置；当左右线中心线间距>13m时，测线宜分4排布置，为保证测试精度，剖面宜多次交叉重叠；车辆段内测线布置可结合勘察布孔，呈网格状布置，测线间距宜在20m范围内，以保证实施的有效性，垂直范围内宜探查结构底板下10m范围内地层情况。
（2）线路段物探成果的验收标准：
物探成果完成后，应采用第三方进行钻探验证评价，以钻探成果对物探解释的溶洞、土洞的平面位置、埋深、高度等数据进行全面检验，以溶洞、土洞探测的总体准确率为指标，总体准确率在80%以上为合格，50%以下为不合格，50%-80%为部分合格。准确率的计算方法如下：
1）总体准确率为单孔准确率的平均值；
2）单孔准确率的计算只考虑高度大于0.5米的溶洞和土洞；
3）钻探有溶洞或土洞而物探未发现或物探有溶洞或土洞而验证钻探未见，单孔准确率为零；
4）钻探与物探均无溶洞或土洞，单孔准确率为100%；
5）钻探与物探均有溶洞或土洞时，单孔准确率基数为100%，洞顶、底面的深度或高度误差1米时扣减5%，误差2米时扣减50%，误差超过3米时单孔准确率为零，考虑到物探解析方面的多解性，允许计算时根据误差高度采用内插法计算准确率，水平方向误差计算类比相同。
（3）岩溶发育区分级标准
以“见洞率”来评价岩溶发育情况，见洞率为：在某区域进行钻探验证时，在探测深度范围内揭示大于1m的溶洞（或土洞）的钻孔数量与该区域内总验证钻孔的数量之比。
岩溶的发育程度分级为：见洞率>60%的为强岩溶发育区，在30%～60%间的为中岩溶发育区，<30%为弱岩溶发育区。
（4）车辆段物探成果的验收标准
车辆段占地面积大，在进行物探工作时，主要成果在圈定岩溶、土洞的发育区域，并进行分级，以期指导下一步钻探工作，在对车辆段物探成果进行验证时，宜参考岩溶见洞率的分级标准，考虑到物探的多解性，评判标准较之分级标准适当放宽，即物探成果中划分的非岩溶发育区见洞率须小于30%，且无大于3m的土洞和溶洞；弱岩溶发育区见洞率须大于50%且不大于70%；强岩溶发育区见洞率须大于70%。
（5）物探探查中微风化岩面起伏、溶洞土洞的分布有一定的效果，但无法查明地下岩溶的连通性。
（6）跨孔电磁波CT层析成像技术对于远离岩面的小溶洞的探测效果比较好，对于岩面以上的目的体（土洞、岩土分层）、岩面起伏、岩面附近的溶洞和大溶洞的探测效果较差。
（7）跨孔CT作为孔中物探方法，相比地面物探，具有干扰小、准确性高、垂直方向剖面重叠次数多，但三种跨孔层析成像方法的分辨能力和勘探精度均受钻孔间距、成像区域形状的影响。一般地，要求成像区域高度（测试段高度）与宽度（钻孔间距）之比大于2，造价相对较高，不宜在选线阶段使用，可有针对性的在施工阶段局部使用或详勘阶段结合详勘钻孔实施。
（8）地震反射波法在地面物探中應用较广，根据波的类型，又分为横波反射波和纵波反射波，其中横波反射法具有分辨率高、分层能力强的优点，但存在激发困难、勘探深度浅、信噪比低的缺点；纵波反射法具有信噪比高、勘探深度大、激发容易的优点，但存在分辨率低、分层能力差的缺点，应用时应根据实际需要综合选用合理方法。
参考资料：
广州市地下铁道二号线首期工程三元里折返线石灰岩分布段施工阶段工程物探勘察报告；
广州市轨道交通二号线北延段三元里～新市段（旧机场范围）溶洞、土洞地面物探项目勘察报告；
广州市轨道交通二号线北延段嘉禾车辆段岩溶勘察地面物探项目地震勘察报告；
广州市轨道交通二号线北延段嘉禾车辆段瞬变电磁法地面物探报告；
广州市轨道交通二号线北延段三元里～远景区间详细勘察阶段工程物探项目勘察报告。