1. 前言
地铁开挖和衬砌之后，盾构施工时拱部管片背后未填实的空区和空洞，钻爆法开挖时初期支护的不良状态和初期支护与衬砌间的空区，一直是地铁界关注的问题。在1980年代初，欧洲有许多论文提出，采用盾构施工地铁区间隧道，管片背后的空区采用注浆的方式是不可能填实的，必须采用新的技术解决，并有多篇论文介绍了钢纤维压缩混凝土的试验资料。1984年后，钟世航和王振信先生曾在多个场合提到采用盾构施工不能避免地面下沉，其原因是衬砌背后的空区难以用普通的回填注浆方法充实。但当时由于只有上海地铁采用盾构，这些意见难以得到重视。2000年后我国地铁大量兴建，采用盾构施工的越来越多，地铁界对地铁区间隧道衬砌后的空区注浆充填十分重视，但也感到注浆效果不理想，并不能防止地面下沉，并感到有时浆液难以注入。但大家（包括作者）对运营之后会不会因这些空区引起更严重的灾害和地铁施工时出现坍方后可能对地面造成的影响，则缺少直观的认识，也缺少检测手段。
作者在北京地铁6号线穿过京哈铁路下方段施工后采用陆地声纳法衬砌背后空区探查、南京地铁四号线的探查两个实例，得到了衬砌后空区造成其上方土体的坍落、松动的资料，使得了解此情的人都感到吃惊和重视。
2. 陆地声纳法
陆地声纳法的全称为“极小震-检距超宽频带弹性波反射单点连续剖面法”，它的特点是：
（1）陆地声纳法是近于零震-检距的弹性波反射法，可避开直达波、折射波、面波的干扰，而且由于入射波和反射波几乎垂直界面，不存在转换波，不仅接收到的波形简单，而且大大增大了反射波的能量，用4磅锤可激震得到150m以上深的反射波。
（2）工作时不固定检波器，提高了现场采集效率。
（3）激发和采集10Hz～4000Hz的超宽频带反射波，可充分发挥和应用频谱的特点。
在探查溶洞方面，陆地声纳法的优势还在于：
a. 零震—检距的反射法，对溶洞等有限大小物体的反射同相轴为双曲线，易识别。
b. 0.5～3m直径的溶洞和顶部凹凸不平的暗河的最佳反射频率是1000～3000Hz,这正是陆地声纳法的最佳使用频段。
c. 城市闹市区的振动噪声频率在250Hz以下，陆地声纳法的最佳使用频段在500Hz～3500Hz，可避开城市振动噪声而在闹市区正常工作.
3. 北京地铁6号线穿过京哈铁路下方段施工后衬砌背后空区探查
探查任务是地铁6号线二期工程玉带河大街站～郝家府站区间，左测线里程为左K38+533～+598、右测线为右K38+513～+594段地铁衬砌拱顶背后上方隐患探查。探查段的区间隧道在地面下约21m，为盾构开挖。地面上填筑了4～5m高的铁路路基，路基上有道砟、轨枕、钢轨。地面以下是人工堆积、再下为第四纪沉积层。隧道拱部的人工堆积填土为房渣土、杂填土及粉土、细粉砂、中粉砂。
陆地声纳法设了3条测线，以约300角斜穿铁路从路基上穿过。其中右测线和左测线均在地铁区间隧道的拱顶上方沿隧道中线。测点距=震-检距=1m。陆地声纳法很好地探查了空区并确定了其位置。
例如，左测线的陆地声纳时间剖面在60m长的测线上可以看到3处较大的空区。它们的宽度从2m到4m，高度1～3m左右。从B空区还可见空区有向上发展的踪迹。从探查情况看，用盾构开挖，管片背后的空区还是比较严重的，在土质不好的情况下，这些未填实的空区还会导致其上方的土体垮落，使土体中的松散部分逐渐向上发展。
4. 南京地铁四号线的探查
在四号线鼓楼站前后区间附近段落的左线衬砌上方进行土体破坏情况探查。该区间地质条件变化频繁且暗藏多而杂乱的人工活动遗存。采用陆地声纳共做了两段：
（1）CK15+815～+858段共50m长。沿隧道中线设测线1，中线右1～1.5m设测线2，两测线平行。
（2）CK15+100～+125段的探查，是由于在开挖到约+112时掌子面出现了塌方，并有股水流入隧道，希望探查塌方的影响。测线在隧道拱顶上方沿中线布置。
5. 探查结果
（1） CK15+815～+858段
图1 南京地铁四号线左洞CK15+815～+858段地面探查测线1探查图像
本段地层为秦淮河故道冲淤积土层。采用盾构法施工。如图1测线的陆地声纳时间剖面图，有1～7和9等异常，异常表明，在区间隧道的拱顶上方都有明显的反映土体中的散乱的较强反射，这反映了隧道拱部衬砌后有未充填密实的空区和空区诱发其上方的土体冒落松动。其中2、3、5、8、9、等几处土体的松动已发展到地面沥青公路路面之下。查阅资料得知，异常8所处位置为施工时出现过坍方导致地面出现坍坑位置，异常8中那些整齐的水平反射同相轴反映了回填时层层夯实的填土层。
上述短短43m地段即出现如此多的隐患，确引人警思。
（2） CK15+100～+125段
本段地层为岗坡上土下岩组合结构，采用矿山法施工。CK15+100～+125段测线在隧道上方沿中线布置。从陆地声纳时间剖面图中可见坍方点约在CK15+110位置，这与地面下沉的中心的完全吻合，坍体上界约达地面下4～5m，而坍方引起土体松动的宽度则达到+105，松动土体上界达到地面公路沥青路面之下（约到+111～1112的位置）。在+107～108地面下约4m 深有明显的反映空洞的双曲线同相轴，这可能是旧地下防空洞坍垮后的痕迹。隧道在+110坍方后流出的黑水可能是旧人防中积存的废水。