1、doi:10.3969/j.issn.1007-1903.2023.02.014Vol.18 No.02 June,2023第 18 卷 第2期 2023 年 6 月http:/ 广州 510010）摘 要：随着广州市城市轨道交通迅速发展，多处轨道交通设计线路穿越下穿住宅区、工业园区、城中村等房屋密集区。对于勘察实施中受场地协调或建筑物、构筑物影响等限制钻孔稀疏区域，开展物探探测来弥补无法利用钻探获取的局部地层信息，这对后期城市轨道交通设计、安全施工具有重要意义。选择广州市城中村3个实例，采用微动勘探法、弹性波CT法获取不同房屋密集区地下浅层信息，分析不同物探方法适用条件及应用环境。结果表明：
2、1）地面微动探测法在房屋密集区施工方便，在地层分层、软硬夹层、溶蚀发育区、断裂破碎带等地质条件下探测效果良好。2）跨孔弹性波CT在对溶洞以及孤石的划分，有较高的精度；在探测结果上，可与微动探测法相互印证，提高解释准确度。关键词：广州轨道交通；房屋密集区；微动勘探法；弹性波CTSelection and application of geophysical prospecting methods in dense housing area along Guangzhou metro linesLI Kailang,LIU Hongbing（Guangzhou Metro Design&Resea
3、rch Institute Co.,Ltd.,Guangzhou 510010,Guangdong,China）Abstract:With the rapid development of urban rail transit in Guangzhou,many subway lines pass through under residential ar-eas,industrial parks,urban villages and other dense housing areas.For areas where sparse drilling is restricted by site c
4、oordination or building and structure conditions,geophysical exploration can complete the formation information that otherwise cannot be obtained by drilling.This is of great significance to the safety of urban rail transit design and construction.In this paper,three geo-physical examples of urban v
5、illages in Guangzhou were selected,where the micro-motion exploration method and elastic wave CT method were used to obtain the underground shallow information in the dense housing area.By analyzing the applicable con-ditions and application environments of different geophysical methods,the followin
6、g conclusions are obtained:1)The micro-tremor exploration is convenient to operate in dense housing areas,and has good detection effect under geological conditions such as strata stratification,soft and hard interlayer,dissolution development area,fault fracture zone and so on;2)Cross-hole elastic w
7、ave CT has high accuracy in the division of caves and solitary stones.It can verify the detected results by the micro-motion detection method and improve the interpretation accuracy.Keywords:Guangzhou Metro;dense housing area;microtremor exploration;elastic wave CT收稿日期：2023-02-25；修回日期：2023-04-23第一作者
8、简介：李开朗(1990-)，男，本科，工程师，主要从事工程物探、检测、勘察工作。E-mail：引用格式：李开朗，刘红兵，2023.广州市轨道交通穿越房屋密集区物探方法的选择与应用J.城市地质，18（2）：225-231225第 18 卷 第2期 2023 年 6 月近年来，随着深化粤港澳大湾区一体化协同发展的有序推进（李建平，2017），广州市城市轨道交通迎来快速发展期。根据广州市轨道交通线网规划（20182035年），广州市将构建高速地铁、快速地铁、普速地铁组成的城市轨道交通系统，总规模达到53条，总长约2 029 km，这将进一步巩固提升广州国际综合交通枢纽能级（叶树峰等，2022）。越来
9、越密集的地铁线路网将包围天河、海珠、越秀等交通最频繁的中心城区。轨道交通穿越广州中心城区，不仅加密了对中心城区大客流走廊的覆盖，而且解决了现有线路客流瓶颈问题（王俊，2022）。但轨道交通工程建设面临诸多问题，特别是中心城区“城中村”等房屋密集区（万小乐，2022）。不仅需要考虑轨道交通线路和建（构）筑物之间的影响，还需要评价所在区域地质条件以及对设计线路的影响。这些工程难题对城市轨道交通勘察工作提出了更高的要求。城市轨道交通设计线路往往下穿住宅区、工业园区等建筑密集区域，勘察钻孔实施中受场地协调或建筑物、构筑物影响等限制，部分设计钻孔未能实施，这将导致钻孔间距偏大或钻孔偏移量较大，缺少局部地
10、层信息，从而对工程设计、施工带来一定的不确定性和地质风险。为降低工程施工过程中的地质风险，完善沿线地层信息，根据场地条件，需要对钻孔稀疏的区域开展物探探测工作，为详细勘察中缺失地层信息段提供物探补充成果。本文通过广州轨道交通线路3个案例，分析了房屋密集区的场地环境，描述了微动勘探和弹性波CT的应用效果，说明2种方法在房屋密集区的有效性及其优势特点。1 场地环境现状广州城市轨道交通所涉及的建筑房屋密集区，一般包括工业厂区、住宅区以及本文着重讨论的“城中村”等。城中村是中国城市化进程的产物之一（崔成等，2022），具有建筑密度高、内部空间混乱等特点。广州有138个城中村，城市规划滞后，私搭乱建现象
11、严重，“一线天”“握手楼”“贴面楼”大量存在（图1）。管线杂乱无章、街巷狭窄拥挤，普遍宽度不足2.5 m，钻机不具备施工作业条件。目前多条规划线路需下穿城中村区域，如在建的广州地铁18号线北延段（广州东花都天贵城际）白云东平白云城市中心区间下穿东平村、东平农贸市场、八一科技园等房屋密集区；在建的广州地铁22号线北延段（芳村白云机场）白云站夏茅站区间下穿夏茅村；在建的广州市中心城区地下综合管廊（沿轨道交通十一号线）下穿大坦沙岛坦尾村房屋密集区。这些场地的工程勘察受条件限制，相应地段设计钻孔往往无法施工，需及时进行物探补充勘察，以完善相关地质信息。2 物探方法特点与选择2.1 城市工程物探方法简介
12、在城市工程地质勘察中，工程物探是一种重要的勘察手段（李初志，2023），具有探测速度快，数据丰富等特点。城市工程物探方法的应用提高了工程地质勘察的准确度和精确度，解决了钻探方法中存在的诸多不足之处（熊恒康，2022）。然而，在城市复杂的环境背景下，不同物探方法的使用条件和适用范围各不相同（李文杰，2020），其特点如表1。2.2 方法选择选择合适的物探方法解决工程建设中的实际问题，要遵循3点原则：1）适宜开展探测工作的地形与环境；2）被探测对象与其周围介质间存在明显的物性差异；3）被探测对象的几何尺寸相对于埋藏深度或探测距离应具有一定的规模。房屋密集区物探工作面临的场地环境包括：建筑密集、空间
13、狭窄，道路硬化且曲折（接地类电法不适用），浅地表干扰源多且复杂，地下、地上金属管线、人文电磁干扰（电磁法、雷达不适用）。复杂的城市噪声干扰、安全隐患以及施工场地的条图1 广州城中村建筑物概况Fig.1 Overview of buildings in the urban village of Guangzhou226李开朗等 广州市轨道交通穿越房屋密集区物探方法的选择与应用http:/ m。微动探测方法，采用天然源，绿色环保，仪器设备轻便施工方便，仪器布置灵活，特别适用于城区强干扰环境下的地质勘察；同时在点位布设上，为提高解释准确性，从已知到未知，微动测点紧紧结合已施工钻孔位置，便于微动波速成
14、果和地层对照解释。在场地条件允许下，有时为提高物探成果浅部地层分辨率，对25 m以浅范围内地段天然场微动法加以人工源瞬态面波法辅助。不同物探方法的勘查成果存在多解性和不确定性。针对勘察中发现的岩溶发育区，为了详细查明岩溶发育范围和洞体大小，在房屋密集区，利用经后期协调而具备开展施工条件的详勘钻孔，实施跨孔弹性波CT探测，达到和地面微动成果以及瞬态面波相互印证的目的。3 方法原理简介3.1 面波勘探法微动法也称天然源面波法，工作原理是使用一定数量地震检波器，按固定或者非固定排列方式（内嵌三角型、十字型、圆形、直线型或任意形式），拾取一段连续时间内由人文活动、海浪等非地震引起的微弱震动信号（骆东德
15、等，2021）。这些微动信号频谱特性反映了微动在时间和空间上的变化，其携带有丰富的地球内部信息。从微动信号中提取瑞利面波的频散特性，通过对频散曲线反演推测地下的横波速度分布（程逢，2018；季进，2022）。其数据采集与处理流程见图2。瞬态面波法是人工源面波勘探的一种，在一个共炮点直线排列下，震源瞬态冲击力作为激发面波，通过地震检波器采集短时间内震源震动信号，获得一定深度范围内的面波频散特性，由频散曲线的反演计算，得到不同深度地层的横波速度值。3.2 跨孔弹性波CT跨孔弹性波CT是利用2个钻孔（图3），其中1个孔为发射孔，利用震源发射器激发弹性波，另1个孔为接收孔，使用水听器接收弹性波传输到地
16、震仪并记录。通过分析拾取直达波时间（又称初至）进行孔间弹性波场重建（周浩，2017）。波场重建又分为基于射线方程的图2 微动数据采集与处理流程Fig.2 Micro-motion data processing flow表1城市工程物探方法特点Tab.1Characteristics of engineering geophysical methods in city城市工程物探方法井中探测法（井间层析成像、钻孔全景光学成像、管波探测法）直流电法（高密度电法)电磁法（瞬变电磁、大地电磁等）浅层地震法（反射波法、面波法、微动勘探法）优势成果较精确可靠信息量大、经济、快速、便于分析感应类不接地，横向分辨率高，探测深度大，与探测地质体有最佳耦合分辨率高、探测深度大、对阻抗界面反应灵敏劣势需要依靠钻孔硬化路面施工受限制，易受地下管线影响，需要较大场地范围施工易受浅地表管线干扰、电磁干扰，浅地表有盲区，受体积效应影响易受人文活动干扰适用范围及特点钻孔中测定相关物性参数、岩体完整性，探查井壁及其周围构造，区分岩性、划分地层适用于稳定连续的地层。一般需要结合地质资料综合分析偏向于构造解释，一般需要辅