北京地铁11号线工程西段（冬奥支线）地质风险因素分析及勘察措施

刘 丹

（1.北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101；2.城市轨道交通深基坑岩土工程北京市重点实验室，北京100101）

1 工程概况

北京地铁11号线西段（冬奥支线）工程沿石门路、金顶西街、北辛安路、规划修理厂西路自北向南全地下敷设。线路全长约4 km，共设站4座（金顶街站、金安桥站、北辛安路站、首钢站），区间5个，平均站间距0.97 km。金安桥站和首钢站为两个换乘车站，分别在阜石路附近与6号线、S1线以及在长安街西延北侧附近与规划R1线进行换乘。起点位于模式口西里居民区以北，终点位于镀锌板车间以北。

冬奥支线线路如图1所示。

图1 冬奥支线工程线路

2 沿线工程及水文地质特点

拟建冬奥支线工程位于北京市城区的西部，北京市石景山区，永定河冲积扇的顶部，如图2所示。

图2 北京市平原地区地貌分布

根据北京市平原地区地貌分布，拟建北京轨道交通11号线西段（冬奥支线）工程沿线地形起伏较大，总体呈北高南低之势，地面标高在78～140 m之间。大致可分为3个地貌单元，北部属于低山丘陵地貌，中部属于低山丘陵与平原过渡的山前坡麓地带，南部属于平原地貌。

（1）起点—金顶街站附近。

地貌上位于北京西山山前丘陵地貌。起点—金顶街站线路沿既有石门路下方敷设，此段两边是岩质边坡，山坡体表层主要为坡残积土，覆盖层较薄，可见不同风化程度岩性为侏罗系南大岭组玄武岩的基岩出露。地下水主要为基岩中的基岩裂隙水，在浅部填土中可能还分布上层滞水。

（2）金顶街站—金安桥站附近。

地貌上位于低山丘陵与永定河冲洪积平原的过渡地带，稍有地形起伏（自西北向东南逐渐降低）。该段第四系地层具有低山丘陵地貌区的坡洪积地层和冲洪积平原地貌的冲洪积地层两种成因地层。岩性为黏性土、黏性土与碎石的混合土为主，向南浅部逐渐有卵石层分布，黏性土层逐渐变薄尖灭。第四系地层下为侏罗纪基岩，以玄武岩为主，岩面起伏较大。深度40 m范围内主要赋存三层地下水，即潜水、承压水和基岩裂隙水，局部可能浅部分布有上层滞水。潜水分布于埋深约10 m以上的碎石类土层，承压水分布于埋深25 m左右以上的碎石类土层和混合土中，承压水头变化较大，最大能达约12 m。基岩裂隙水赋存于深部玄武岩中，受上覆地层影响，基岩裂隙水可能具有承压性。

（3）金安桥附近—首钢站（终点）。

地貌上位于永定河冲洪积平原，地层以巨厚层卵石层为主，地势上该段从北向南逐渐降低，地面标高约75～80 m。该单元主要分布一层地下水，为潜水，主要分布于埋深约36 m的卵石地层中。

3 主要地质风险因素分析及相应勘察措施

北京轨道交通11号线西段（冬奥支线）工程地质环境十分复杂，综合考虑沿线各工点的环境特点、地质条件及施工方法，对可能引起事故产生的各种地质风险因素进行分析总结，并提出勘察措施。

3.1 低山丘陵及平原地貌过渡地带复杂地质条件探查问题

拟建线路起点—金安桥站段位于低山丘陵地貌和低山丘陵与平原过渡地带，基岩起伏较大，风化程度各异，还可能分布破碎带，对暗挖隧道工法选择和围岩稳定性影响较大，明挖基坑的稳定性受上述因素控制。

基岩面上方第四系地层成分复杂，有黏性土、碎石土、碎石类混合土，厚度变化较大，规律性差，直接影响岩土工程参数的确定；基岩面还可能分布工程性质较差的黏性土层，可能成为明挖基坑的软弱滑动面。

（1）在金顶街站区域内网状布设高密度电法测线，平行和垂直线路布设高密度电法测线，利用钻探手段进一步查明基岩起伏和风化状态，绘制基岩不同风化程度的起始埋深等值线图。

（2）沿线路方向布设浅层地震法和地微动探测法测线，在异常区域加密布设测线进行探测，查明覆盖层厚度、岩石的位置、产状和风化状态等，根据岩体的弹性波值对隧道围岩风化程度和等级进行划分。

地微动探测基岩成果及反演地层剖面如图3所示，浅层地震法探测基岩成果如图4所示，高密度电法探测基岩成果如图5所示。

图3 地微动探测基岩成果及反演地层剖面

图4 浅层地震法探测基岩成果

图5 高密度电法探测基岩成果

3.2 低山丘陵及平原地貌过渡地带复杂水文条件探查问题

拟建线路跨越3个水文地质单元，水文地质Ⅰ单元（起点—金顶街站附近）的基岩裂隙水径流条件受基岩的裂隙发育程度、连通性及填充状态制约。基岩的裂隙发育程度不一样，且其透水性和富水性客观存在明显的差异性，基岩裂隙水分布无规律性，难以探查；水文地质Ⅱ单元（金顶街站—金安桥附近）分布多层地下水，即潜水、承压水和基岩裂隙水，局部可能浅部分布上层滞水。承压水头变化较大，最大达12 m，局部却承压性较小。

（1）布置水文试验，分别对基岩采用注水试验（或压水试验）、第四系含水混合土层进行抽水试验等水文试验，以准确测量低山丘陵及过渡地带的地下水水位，获取渗透系数、影响半径等水文参数。

（2）采用调查水井、水文钻探和电阻率测试，查明地层水文分布特征。

3.3 大粒径高强度卵（漂石）的粒径探查问题

拟建线路金安桥站以南线段分布的巨厚层卵石层粒径大、强度高，局部还分布漂石。根据收集资料，最大粒径可达600 mm。常规的钻探方法难以查明卵石的粒径，查明卵石的粒径、漂石的分布是本工程的难题之一。

（1）通过调查沿线正在施工的开露基坑、地质钻探及人工探井等多种方式查明卵漂石地层空间分布特征。

（2）通过在永定河道内各成分配比经过多次调试试验，采用植物胶护壁及硫铝酸盐地质水泥+膨润土+木屑混合膏状泥浆护壁加上双管单动钻进工艺技术，通过原状卵石进行取样筛分和点载荷试验，查明了卵漂石的粒径、级配和粗颗粒物的强度数据。

4 结语

创新性将地震折射波层析法、高密度电阻率法及地微动探测法联合应用到基岩性状和不良地质探查中，可全面清晰查明基岩风化状态和破碎带的位置。针对性布置水文试验，分别对基岩采用注水试验（或压水试验）、第四系含水混合土层进行抽水试验等水文试验，可准确测量低山丘陵及过渡地带的地下水水位，获取渗透系数、影响半径等水文参数。植物胶护壁和硫铝酸盐地质水泥+木屑混合膏状泥浆护壁加上双管单动钻进工艺技术，采用金刚石钻头钻进，有效解决了卵石层钻探塌孔、采芯率及颗粒完整问题。通过调查拟建线路附近现有基坑，可直观对卵（漂）石粒径大小、级配、充填物情况进行现场描述。