北京地鐵11號線工程西段（冬奧支線）地質風險因素分析及勘察措施

劉 丹

（1.北京城建勘測設計研究院有限責任公司，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、規劃修理廠西路自北向南全地下敷設。線路全長約4 km，共設站4座（金頂街站、金安橋站、北辛安路站、首鋼站），區間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附近與規劃R1線進行換乘。起點位于模式口西里居民區以北，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特點

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

圖2 北京市平原地區地貌分布

根據北京市平原地區地貌分布，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，此段兩邊是巖質邊坡，山坡體表層主要為坡殘積土，覆蓋層較薄，可見不同風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。基巖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 主要地質風險因素分析及相應勘察措施

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

3.1 低山丘陵及平原地貌過渡地帶復雜地質條件探查問題

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定性影響較大，明挖基坑的穩定性受上述因素控制。

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

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

（2）沿線路方向布設淺層地震法和地微動探測法測線，在異常區域加密布設測線進行探測，查明覆蓋層厚度、巖石的位置、產狀和風化狀態等，根據巖體的彈性波值對隧道圍巖風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雜水文條件探查問題

擬建線路跨越3個水文地質單元，水文地質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育程度、連通性及填充狀態制約。基巖的裂隙發育程度不一樣，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律性，難以探查；水文地質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、影響半徑等水文參數。

（2）采用調查水井、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。根據收集資料，最大粒徑可達600 mm。常規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）通過調查沿線正在施工的開露基坑、地質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）通過在永定河道內各成分配比經過多次調試試驗，采用植物膠護壁及硫鋁酸鹽地質水泥+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，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據。

4 結語

創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合應用到基巖性狀和不良地質探查中，可全面清晰查明基巖風化狀態和破碎帶的位置。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、影響半徑等水文參數。植物膠護壁和硫鋁酸鹽地質水泥+木屑混合膏狀泥漿護壁加上雙管單動鉆進工藝技術，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。通過調查擬建線路附近現有基坑，可直觀對卵（漂）石粒徑大小、級配、充填物情況進行現場描述。