北京地鐵11號線工程西段（冬奧支線）地質(zhì)風(fēng)險因素分析及勘察措施

劉 丹

（1.北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，北京 100101；2.城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點實驗室，北京100101）

1 工程概況

北京地鐵11號線西段（冬奧支線）工程沿石門路、金頂西街、北辛安路、規(guī)劃修理廠西路自北向南全地下敷設(shè)。線路全長約4 km，共設(shè)站4座（金頂街站、金安橋站、北辛安路站、首鋼站），區(qū)間5個，平均站間距0.97 km。金安橋站和首鋼站為兩個換乘車站，分別在阜石路附近與6號線、S1線以及在長安街西延北側(cè)附近與規(guī)劃R1線進行換乘。起點位于模式口西里居民區(qū)以北，終點位于鍍鋅板車間以北。

冬奧支線線路如圖1所示。

圖1 冬奧支線工程線路

2 沿線工程及水文地質(zhì)特點

擬建冬奧支線工程位于北京市城區(qū)的西部，北京市石景山區(qū)，永定河沖積扇的頂部，如圖2所示。

圖2 北京市平原地區(qū)地貌分布

根據(jù)北京市平原地區(qū)地貌分布，擬建北京軌道交通11號線西段（冬奧支線）工程沿線地形起伏較大，總體呈北高南低之勢，地面標高在78～140 m之間。大致可分為3個地貌單元，北部屬于低山丘陵地貌，中部屬于低山丘陵與平原過渡的山前坡麓地帶，南部屬于平原地貌。

（1）起點—金頂街站附近。

地貌上位于北京西山山前丘陵地貌。起點—金頂街站線路沿既有石門路下方敷設(shè)，此段兩邊是巖質(zhì)邊坡，山坡體表層主要為坡殘積土，覆蓋層較薄，可見不同風(fēng)化程度巖性為侏羅系南大嶺組玄武巖的基巖出露。地下水主要為基巖中的基巖裂隙水，在淺部填土中可能還分布上層滯水。

（2）金頂街站—金安橋站附近。

地貌上位于低山丘陵與永定河沖洪積平原的過渡地帶，稍有地形起伏（自西北向東南逐漸降低）。該段第四系地層具有低山丘陵地貌區(qū)的坡洪積地層和沖洪積平原地貌的沖洪積地層兩種成因地層。巖性為黏性土、黏性土與碎石的混合土為主，向南淺部逐漸有卵石層分布，黏性土層逐漸變薄尖滅。第四系地層下為侏羅紀基巖，以玄武巖為主，巖面起伏較大。深度40 m范圍內(nèi)主要賦存三層地下水，即潛水、承壓水和基巖裂隙水，局部可能淺部分布有上層滯水。潛水分布于埋深約10 m以上的碎石類土層，承壓水分布于埋深25 m左右以上的碎石類土層和混合土中，承壓水頭變化較大，最大能達約12 m?；鶐r裂隙水賦存于深部玄武巖中，受上覆地層影響，基巖裂隙水可能具有承壓性。

（3）金安橋附近—首鋼站（終點）。

地貌上位于永定河沖洪積平原，地層以巨厚層卵石層為主，地勢上該段從北向南逐漸降低，地面標高約75～80 m。該單元主要分布一層地下水，為潛水，主要分布于埋深約36 m的卵石地層中。

3 主要地質(zhì)風(fēng)險因素分析及相應(yīng)勘察措施

北京軌道交通11號線西段（冬奧支線）工程地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，綜合考慮沿線各工點的環(huán)境特點、地質(zhì)條件及施工方法，對可能引起事故產(chǎn)生的各種地質(zhì)風(fēng)險因素進行分析總結(jié)，并提出勘察措施。

3.1 低山丘陵及平原地貌過渡地帶復(fù)雜地質(zhì)條件探查問題

擬建線路起點—金安橋站段位于低山丘陵地貌和低山丘陵與平原過渡地帶，基巖起伏較大，風(fēng)化程度各異，還可能分布破碎帶，對暗挖隧道工法選擇和圍巖穩(wěn)定性影響較大，明挖基坑的穩(wěn)定性受上述因素控制。

基巖面上方第四系地層成分復(fù)雜，有黏性土、碎石土、碎石類混合土，厚度變化較大，規(guī)律性差，直接影響巖土工程參數(shù)的確定；基巖面還可能分布工程性質(zhì)較差的黏性土層，可能成為明挖基坑的軟弱滑動面。

（1）在金頂街站區(qū)域內(nèi)網(wǎng)狀布設(shè)高密度電法測線，平行和垂直線路布設(shè)高密度電法測線，利用鉆探手段進一步查明基巖起伏和風(fēng)化狀態(tài)，繪制基巖不同風(fēng)化程度的起始埋深等值線圖。

（2）沿線路方向布設(shè)淺層地震法和地微動探測法測線，在異常區(qū)域加密布設(shè)測線進行探測，查明覆蓋層厚度、巖石的位置、產(chǎn)狀和風(fēng)化狀態(tài)等，根據(jù)巖體的彈性波值對隧道圍巖風(fēng)化程度和等級進行劃分。

地微動探測基巖成果及反演地層剖面如圖3所示，淺層地震法探測基巖成果如圖4所示，高密度電法探測基巖成果如圖5所示。

圖3 地微動探測基巖成果及反演地層剖面

圖4 淺層地震法探測基巖成果

圖5 高密度電法探測基巖成果

3.2 低山丘陵及平原地貌過渡地帶復(fù)雜水文條件探查問題

擬建線路跨越3個水文地質(zhì)單元，水文地質(zhì)Ⅰ單元（起點—金頂街站附近）的基巖裂隙水徑流條件受基巖的裂隙發(fā)育程度、連通性及填充狀態(tài)制約?；鶐r的裂隙發(fā)育程度不一樣，且其透水性和富水性客觀存在明顯的差異性，基巖裂隙水分布無規(guī)律性，難以探查；水文地質(zhì)Ⅱ單元（金頂街站—金安橋附近）分布多層地下水，即潛水、承壓水和基巖裂隙水，局部可能淺部分布上層滯水。承壓水頭變化較大，最大達12 m，局部卻承壓性較小。

（1）布置水文試驗，分別對基巖采用注水試驗（或壓水試驗）、第四系含水混合土層進行抽水試驗等水文試驗，以準確測量低山丘陵及過渡地帶的地下水水位，獲取滲透系數(shù)、影響半徑等水文參數(shù)。

（2）采用調(diào)查水井、水文鉆探和電阻率測試，查明地層水文分布特征。

3.3 大粒徑高強度卵（漂石）的粒徑探查問題

擬建線路金安橋站以南線段分布的巨厚層卵石層粒徑大、強度高，局部還分布漂石。根據(jù)收集資料，最大粒徑可達600 mm。常規(guī)的鉆探方法難以查明卵石的粒徑，查明卵石的粒徑、漂石的分布是本工程的難題之一。

（1）通過調(diào)查沿線正在施工的開露基坑、地質(zhì)鉆探及人工探井等多種方式查明卵漂石地層空間分布特征。

（2）通過在永定河道內(nèi)各成分配比經(jīng)過多次調(diào)試試驗，采用植物膠護壁及硫鋁酸鹽地質(zhì)水泥+膨潤土+木屑混合膏狀泥漿護壁加上雙管單動鉆進工藝技術(shù)，通過原狀卵石進行取樣篩分和點載荷試驗，查明了卵漂石的粒徑、級配和粗顆粒物的強度數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

創(chuàng)新性將地震折射波層析法、高密度電阻率法及地微動探測法聯(lián)合應(yīng)用到基巖性狀和不良地質(zhì)探查中，可全面清晰查明基巖風(fēng)化狀態(tài)和破碎帶的位置。針對性布置水文試驗，分別對基巖采用注水試驗（或壓水試驗）、第四系含水混合土層進行抽水試驗等水文試驗，可準確測量低山丘陵及過渡地帶的地下水水位，獲取滲透系數(shù)、影響半徑等水文參數(shù)。植物膠護壁和硫鋁酸鹽地質(zhì)水泥+木屑混合膏狀泥漿護壁加上雙管單動鉆進工藝技術(shù)，采用金剛石鉆頭鉆進，有效解決了卵石層鉆探塌孔、采芯率及顆粒完整問題。通過調(diào)查擬建線路附近現(xiàn)有基坑，可直觀對卵（漂）石粒徑大小、級配、充填物情況進行現(xiàn)場描述。