随着国民经济的持续快速发展以及城市化进程的不断加快,城市基础设计特别是城市交通设施与城市化发展的矛盾逐渐凸显。轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠、准点舒适的优势逐渐成为各大城市主要的公共交通工具,同时轨道交通在当前城市结构和城市发展模式的改变过程中发挥着重要的诱导作用,随着轨道交通的快速发展,其社会效应和经济效益会更加明显,截至目前已有近50个城市获批修建地铁。而轨道交通建设以地下工程为主,施工的环境和安全风险极大,同时也会带来工期、质量和成本的风险。本文主要通过室内试验、现场试验、理论推导、设备研发相结合的研究方法,依托济南地铁工程,对地铁隧道岩溶区溶洞精细化探测及新型材料充填治理进行了研究,主要研究内容如下:(1)从电阻率法和地震波法的正演以及反演研究出发,利用交叉梯度理论将两者有机结合起来,通过对结果开展联合反演研究来获取更为精确的地质模型和探测结果。最后针对济南地铁岩溶探测情况提出了探测方案,基于现场数据采集,通过电阻率法和地震波法的联合反演结果给出了地下构造的分布概况,验证了基于交叉梯度函数的地表综合探测之联合反演理论的准确性。(2)不同波长激光随复杂水介质浑浊度的增大呈线性增大,且不同介质对应的衰减系数增大速率不同即拟合曲线斜率不同;浑浊度较低时,建议选用激光波长为450nm时,激光衰减系数随浑浊度的增大衰减速率最小;浑浊度较大时,较适用于650nm的波长激光,其他波长衰减方面不具有优势。(3)针对不同类型的溶洞,分别对不同类型的充填材料进行了比选,分析各种充填材料的适用范围及优缺点。针对非过水溶洞提出充填、半充填及未充填溶洞的治理方法,并根据济南地铁任腊段区间治理进行阐述。针对过水溶洞提出采用水泥-水玻璃为充填材料的治理方法,并对水泥-水玻璃的凝结时间与入水时间关系进行了研究,研究表明,水泥-水玻璃初凝时间附近注入溶洞效果最佳。