第四章 第四节 万年溶洞做“CT”

　　平川沃野，水网密布，这是故土水乡的湿润记忆。
　　远山如黛，层峦叠嶂，这是江南丘陵的葱郁铺陈。
　　殊不知，在这四季如画的灵秀吴地，岁月的冲刷，亘古的演变，让这片土地的深处，隐着一个个不为人知的岩溶深洞，纵横交错，呈现出特有的地质结构。谁能想到，惠山之麓，产山脚下，分布着大大小小的数百个溶洞，大自然的神奇造化，绝不是一句“沧海桑田”所能概括的。
　　当地铁遇到溶洞，又会怎样？
　　4号线一期北起刘潭站，南至博览中心站，途经青山湾地区，采用盾构法施工。按惯例，在做工程初步设计前，需要进行初步勘察，根据初勘结果进行初步设计。承担初勘任务的是无锡市政设计院，2015年底在初勘过程中发现四院至河埒口区间存在岩溶现象，作为分管勘测院工作的院长史晓忠，立即召开分析会，并将情况迅速报勘察监理和地铁集团。
　　这是在无锡第一次出现岩溶分布，对于史晓忠来说，也是他多年从事勘察工作的新发现，高度的职业敏感，让他在脑海里一瞬间就闪出溶洞对地铁安全造成的巨大风险。也就是说，如果遇到地层沉降、坍陷，或者盾构机落到洞里，都会产生安全事故，如果地基不牢，即使通车也会对运营带来极大危害，要防患于未然，就必须把所有的防范工作做在前面，消除每一个安全隐患。
　　从区域地形上看，无锡境内以平原为主，西南部地势走高，地貌雏形成于中生代华夏系构造。距今约2500万年的喜马拉雅运动，强化了东西间褶皱和断裂，从而使江阴宜兴一线以东形成了以太湖为中心的坳陷盆地。光阴的流逝，地质的演变，使得这片地方渐显差异，分为构造剥蚀、冲积湖平原、湖沼积平原三个不同的区块。地铁4号线惠山古镇站至河埒口站就毗邻丘陵构造剥蚀区的边缘，也是机缘巧合。
　　是不是避开这片区域？不能，这里修建地铁很有必要。轨道交通首先考虑的是为市民出行服务，在荣院站到河埒口区间，就集中了成片的小区，东有胜利新村、江宁家舍、锡景苑等，南有紫金英郡、产山新村、荣院家舍，西有上里东，荣御华府、青松新村，紫金伴山，北有荣院宿舍、粮科院家舍等，周围还有团结新村、梁溪警苑、西太湖花园等新老小区。同时，万达广场、学校、银行、江南附属医院北院、荣军医院等机构，数十万人口的集聚量，对地铁4号线的需求，是多么的迫切。居民们等了多少年，盼星星盼月亮，终于盼来了4号线。要让改革的成果更多惠及老百姓，民有所求，政有所应，建立轨道上的城市，不能忽略这块特殊的片区。在建地铁的过程中，遇到了地下溶洞，没有别的选择，知难而上。
　　随遇而“安”。
　　遇到了也不可怕，关键是能化危为安，安全地铁始终排第一位。
　　按计划，初勘报告通过专家组评审，随后进入详细勘察阶段。鉴于前期发现的岩溶现象，设计单位铁四院认为，岩溶问题能否解决是4号线顺利建设的关键一环，务必查明岩溶发育程度、规律，以及溶洞的分布、形态、深度，还有洞内填充物等，只有调查得清清楚楚，才能推动建设，有备无患。
　　而作为勘察单位，市政设计院在反复论证后也认为，常规的勘察手段和钻孔间距，很难达到岩溶专项勘察的深度，综合分析，对于岩溶地貌而言，传统钻探不仅工作量繁重、耗资大，而且面对复杂的岩溶发育情况，极难达到预期效果。针对河埒口区间是岩溶强发育场地，市政设计院提出进行岩溶专项勘察，通过特殊方式，进一步查明岩溶的实际情况。
　　专项勘察是通过地球物理探测方式，通过地下的波在不同的介质传播速度的快慢—介质是泥土或岩层等—实施跨孔CT实验，以一个钻孔为发射孔，另一个钻孔为接收孔，在发射孔设置激发点，在接收孔设置接收点。地下通过电压爆破产生震动波，另一孔接收信号。其地质流程为，先对钻探资料及波速影像图进行分析对比，确定岩土层的波速范围及特征；再根据波速范围和特征进行岩土层分类，最终根据岩土层分类对波速影像进行地质解释。
　　出专项勘察方案，才能操作和具体实施，是当务之急。方案明确，采用数量钻孔结合跨孔CT法，跨孔CT主要会对岩溶区地层进行勘察，机钻孔布置的间距不大于30米，在原有钻孔的基础上，另布置机钻孔。为此，市政设计院组织召开勘察方案专家评审会，按照专家组意见进行了细化和局部修改，并由勘察监理单位、业主批准后实施。
　　由于场地的建筑物密集，主要在产山新新、上蒋巷，有的等拆迁，属于复杂场地，周全考虑，在隧道结构外侧3至5米范围布置3条勘探线，在原在钻孔的基础上新布置30个机钻孔，设计孔深为40—50米。跨孔CT选26个钻孔做试验，试验深度为20至40米，每半米设一个测点，与此同时，选择部分钻孔开展水文地质试验。
　　7个月后，市政设计院提交了岩溶专项勘察报告送审稿。
　　无锡地铁集团组织了南京、无锡的5名专家，对勘察报告进行了评审，提出增加两个验证孔。随即市政院实施加孔加验，验证结果为，物探解释异常点与钻孔揭露溶洞范围基本一致，但溶洞的顶板、底板埋深有差别，跨孔CY解释成果基本符合实际地质情况。
　　从2017年开始，到2019年的高考时期，CT试验才结束。在此期间，为了确保实施跨孔CT的高质量，市政设计院与南京大学合作，产学研协作，依托南京大学的科研实力，共同解决岩溶难题。而承担这项工作的是南京大学地球科学与工程学院，这个学院历史悠久，是中国最早建立的地质学系，南京大学地质学科始于1921年成立的国立东南大学地学系，首任系主任是竺可桢先生。后更名为中央大学，1949年以后又更名为南京大学，拥有“地质学”一级国家重点学科和“水文学与水资源”专业国家重点学科培育点。
　　接受无锡岩溶检测任务的阎长虹教授，是南京大学教授、博导，长期从事岩土工程和环境地质、水文地质工程地质等方面的教学，曾经承担多项地下工程、特大型桥梁等项目的科研工作，获省部级科技进步奖多项；主要研究方向是区域稳定性、环境岩土工程、地基处理等，先后承担了苏通大桥、南京地铁、宁宿徐高速公路等重大工程项目的工程地质论证和技术难题的研究，主持了浙江、安徽、山东等地区多个滑坡地质灾害的评价与科研工作。他带领一批博士生、硕士生来到无锡，迅速投入工作，深入施工现场，进行跨孔试验，那些蹲在地上埋头干活的年轻人都是博士，对于他们来讲，这是理论与实践结合的较好载体，在摸索问题中提升理论素养，提高动手能力。早晨，走进弄堂，在一只只孔洞之间接受信息波；傍晚，带着一串串记录数据回去演算。
　　第一次跨孔做完后，根据实验报告做设计，在设计中遇到了问题，详细分析，研讨论证；再进行第二次跨孔实验，再设计，再实验，反反复复，先后做了四次跨孔实验，并与全断面有芯、标准贯入试验、重型动力触探试验、物探成果验证、室内试验相结合，力求科学精准，一丝不苟，准确客观地反映场地工程地质特征。春去夏来，秋去冬至，跨孔试验前后共做了三年左右，在南京大学的团队中，有的人从硕士一直到博士，都在参与，有的博士论文就是以岩溶为主题展开，在实践中不断提升理论水平。而领衔团队的阎长虹教授更是亲力亲为，经常跑无锡，一直坚守在跨孔实验第一线，白天打孔，夜里研究，带着学生全力以赴投入，为的是早出地质结果。
　　在印支运动之前，无锡位于相对稳定的地壳下沉阶段，连续接受沉积，燕山运动使得区内构造错综复杂，褶皱形成的山体持续隆起，断裂作用下褶皱及两翼发生错移、跌落，形成抬升与凹陷相间的格局，伴有岩浆侵入。白垩纪晚期逐趋平静，体现为凹陷沉积为主，区域内构造基本定型。无锡正处于锡虞断褶带上，东南为荡山凹隐，北部是祝塘凹隐。新生代以来，地壳运动的总特质是丘陵缓慢上升，平原区持续下降，一升一降，奠定了特有的地理基础。相关的工程场地地震安全性评估判断，工程沿线场区位于苏锡常断裂、和桥—阳山断裂交会处，形成了不同体系的构造断裂面而相互交织的构造形态。
　　苏锡常断裂带由北向南沿横林、洛社、钱桥北、无锡市区、扬名、新安一带分布，恰巧与地铁4号线相交，因此，其间出现岩溶分布是完全符合区域地质特征的。
　　岩溶的前世今生，由此有了简明清晰的逻辑路径。
　　跨孔CT，就如人做CT一样，对一个地质躯体进行诊断，在知根知底后为地铁建设对症下药，无疑，阎长虹和他的团队犹如名医团，用科学手段把脉。当然，任何一种诊断都需要相互印证，就像人看病，除了做CT，验血、B超都是互为支撑的方式，形成完整的证据链，才能最终定位。一系列互验措施应运而生。
　　钻探。钻探采孔采用回转钻进、全孔取芯的钻探方式，个别钻孔采用套管护壁。钻孔达到设计孔深后，先由项目部自检，合格后报请勘察监理验收备案后终孔。所有岩芯进行包装和标识，岩芯装箱验收合格后，逐孔分箱拍摄彩照装订成册。岩芯采取率，黏性土、粉土采取率不小于90%，砂土采取率不小于70%，碎石土采取率不小于50%。封孔回填采用孔底返浆法进行封孔。
　　重型动力触探试验。根据圆锥动力触探试验指标和地区经验，进行力学分层，评定土的均匀性的物理性质、土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力等。以重63.5公斤的穿心锤提升76厘米自动脱钩，自由下落，贯入过程连续，锤击速率每分钟15—30击，通过锤击数确定岩土层的承载力、场地土的均匀性。
　　水文地质试验。根据区域地质资料分析，岩溶地下水的补给排泄总量较小，径流长度较大，因此，主要测量地下水的水位、流向及渗透参数。其中渗透系数采用注水试验，考虑到产山新村区域民房密布，规避了抽水试验，防范风险。注水试验是很好的连通试验的方法之一，这个连通试验的目的是追索隐伏洞隙的联系。
　　多处并举，科学实施，勘察结果显示，此处岩溶发育程度为岩溶强发育。
　　这次探测共完成32个物探钻孔、53条CT物探剖面，基岩埋深21米至32米，土岩界面起伏较大，存在古沟壑。大部分钻孔见有溶洞或溶蚀现象，共发现85处溶洞，还有串珠状溶洞，一洞接一洞，大洞套小洞。很难想象，在一座现代化城市的地下，隐匿着如此多的溶洞，在地面繁华商业发达的河埒口地下深处，静静地排着大大小小的地洞，只是这些特殊的地质构造早在亿万年前就应运而生了，大自然的鬼斧神工催促着人类的认知提高。这些隐藏的溶洞守在产山脚下，等了多少个世纪，也没人理睬，终于有一天，它们与人类有了跨越时空的呼应。
　　因为地铁，它们与人类有了一次对话的机会。因为城市建设，我们有了一次稍稍揭开地球奥秘的探索。
　　不可忽视的是，区间发现的最靠上的岩溶距离隧道顶板标高仅2.7米，不能再靠近了，距离产生美。为确保施工中的安全和地铁长期运行的安全，市政设计院建议，合理进行线路平纵断面设计，尽量减小穿越建筑物数量，要从上下两个层面协同。上，就上部建筑而言，适当加大埋深以减小对地面建设影响；下，就地下岩溶来讲，尽量浅埋隧道，远离岩溶发育区，在盾构掘进前采用灌注水泥砂浆的处理方式。对岩溶发育面垂直距离隧道底板大于5米的，掘进中采用加固措施等方法。同时，在盾构施工中，要做好监测，施工单位严格控制盾构参数，做好同步注浆及二次注浆，精在细微处，保证高质量。
　　对此，无锡地铁集团组织参建各方对岩溶处理方案进行了严密论证，结合地面钻孔和跨孔CT取得的成果，对区间纵断面方案实施优化调整，确定了地面注浆填充处理与洞内处理相结合的最优方案。上下联动，对具备地面处理条件的溶洞，进行地面注浆填充，使洞不成为洞。对建筑物下方的岩溶，控制盾构掘进参数，减少对地层的扰动，轻轻地来，轻轻地走。
　　一切都在进行之中，一切都在有序推进之中。4号线开通的那一天，上蒋巷、产山新村等周边小区的居民们纷纷走向河埒口站，有的乘车上班，有的上学，有的去惠山古镇，踏上整洁漂亮的地铁车厢，享受着地下速度。他们没想到，昔日鱼塘密布的家门口，今天能有地铁穿行；也没有想到，世代居住的地下深处，存在那些溶洞奇观；更没想到，为了早日能通上地铁，有一群人盯住问题攻坚克难，花数年时间解决地下大事。那些鲜为人知的故事，在时光的隧道中，渐渐模糊，或许，会被后人淡忘，或许，在陈年档案里，还留有只言片语的记述。这些，都不重要，对于地铁人和所有参建地铁的人来讲，只是默默践行着一句话——功成不必在我，建功必定有我！