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1、 北京市區(qū)地鐵、深基礎巖土工程特征及降水技術 侯景巖（國土資源部 教授級高級工程師） 摘要：本文由北京四環(huán)路以內(nèi)淺層（埋深30米以內(nèi)）土質(zhì)分區(qū)入手，介紹地鐵、深基礎施工中各區(qū)段的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并對與之相關的工程環(huán)境進行分區(qū)，同時介紹降水技術。 關鍵詞：北京市區(qū)、巖土分區(qū)、工程環(huán)境、降水 北京平原區(qū)是一個北部、西部靠山，東南部連接華北大平原，不甚完整的盆地地區(qū)，燕國建都以來已有3000年的城市建設歷史，由局部看，是一個西北高（標高70-90米）東南低（標高30米左右）的第四系沉積平原。北部為陰山山系，西部為太行山系。有五大河流（大清河、永定河、北運河、潮白河、泃錯

2、河）由西北向東南入海，各河流所攜帶的堆積土石是北京平原的主要組成物質(zhì)。河流相的砂、砂礫石、砂卵石以及各類粘性土，互層而生。地下水以不同埋藏形式，賦存其中，形成了北京平原工程地質(zhì)條件中的水文特點。本文擬以地鐵以及一些工程為對象，討論它的巖土工程環(huán)境，同時討論一些與之相關的工程分區(qū)問題。 圖一 北京的地形及河系 一、 北京市區(qū)的巖土工程特征 北京平原—即北京行政區(qū)所轄平原區(qū)16800Km2 ，而北京市區(qū)即東城、西城、崇文、宣武、朝陽、豐臺、海淀各區(qū)所屬的建成區(qū)只有400 Km2，地鐵工程及高大建筑物多分布在本區(qū)之內(nèi)，這也是本文的討論重點。 北京市區(qū)是北京平原的一個局部。就巖土工程條件看，

3、它有如下特點： （一）三大河系沉積物控制其成長發(fā)育：北京古地理及其沉積環(huán)境，是一個很復雜的問題，以將今比古的研究方法看，永定河、北運河和潮白河這三條河流是對北京市區(qū)影響最大的三條河系，也就是說以永定河為主的三條河流所帶來的沉積物構成了北京市區(qū)所屬范圍。特別是更新世晚期和全新世時期。其特征是山前幾個沖積扇相連；西部、中部以及西南部為永定河的堆積物；北部為北運河的現(xiàn)代堆積物；東部為潮白河的影響區(qū)。所形成的沉積物：第四系地層厚度西部復興門以西為30-40米、中部天安門一帶為70-80米、東部建國門以東為120-200米。巖土組成特征：西北巖土顆粒粗、東南巖土顆粒細；西北為單一的砂卵石含水層、東南為

4、砂礫石與粘性土互層；西北為單一潛水區(qū)、東南為潛水與承壓水并存區(qū)。 巖土物理力學性質(zhì)：因巖土顆粒組成、結構構造以及含水特性的不同而有所差異，相關指標各勘察資料均有記載，這里不一一贅述。 由地形上看，西部高、東部低、北部高、南部低。 圖二 市區(qū)階地分布及標高示意圖 作為其佐證，請看穿過市區(qū)南北向地鐵各站地面標高即可看出，各級階地和河漫灘，產(chǎn)生不同的地層結構。 （二）古老巖系控制了市區(qū)第四系地層巖土工程特性： 圖三 市區(qū)基底東西向剖面 由圖三“市區(qū)基底東西向剖面”可以看出，北京市區(qū)基底由三個部分組成，即西部古老巖系、東部大興隆起和中部北京凹陷。 1、西部古老巖系：

5、埋深20-40米，由煤系地層為主組成，下伏奧陶系石灰?guī)r，將西山雨水導入平原，對平原工程條件影響甚大。 2、中部北京凹陷：即著名的北京沉降帶，東西寬約30華里，（航天橋—高碑店），東北西南向分布，廣安門一帶厚約3000米。由不透水、半膠結的第三系紅灰色砂礫巖組成，天安門地面70米以下即為第三系，它控制了地下水的運動和分布，對全區(qū)工程、水文地質(zhì)要件有著重大影響。 3、東部大興隆起：實際是一個潛伏在地下的隆起帶，分布在通縣縣城和大興縣城的連線上，是由寒武、奧陶系灰?guī)r組成，巖溶發(fā)育，埋藏又較深，其供水方面的意義，大于工程地質(zhì)方面的影響。 二、市區(qū)淺層（30m以上）第四系地層的分布規(guī)律。 按本區(qū)

6、地層、巖性、富水性以及其它水理特性綜合分區(qū)為以下五區(qū)。 1、富水區(qū)（Ⅰ區(qū)）：淺層水井的單井出水量大于30m3/h。 本區(qū)主要分布在海淀區(qū)紫竹院、阜城門、天壇以西地區(qū)，巖性主要以砂礫石、砂卵石、粗中砂為主，粘性土多以夾層或透鏡體狀態(tài)分布，西部及北部含水層顆粒粗，東部及南部含水層顆料細，主要含水層水位埋深在19m上。 地區(qū)平均含水層厚度13 m左右，含水層滲透系數(shù)80-120m /d，平均水力坡度千分之二，局部有第三系地層隆起。 圖四 淺層（30m以上）第四系富水性分區(qū) 2、較富水區(qū)（Ⅱ區(qū)）：淺層水井的單井出水量20-30m 3/h。 本區(qū)主要分布在市中心地帶，以故宮為中心

7、，呈Y字型南北向的條形地帶，即五道口、阜城門、天壇公園以東、東直門、建國門、呂家營以西地。地面標高44m左右。地層分布主要以圓礫、砂礫卵石為主，一般有厚層的粘性土分布其間。表現(xiàn)出明顯的分層性，地層顆粒由北向南略有變細的趨勢，地層平均含水層厚度8-12m。地下水基本流向由西北向東南，地下水位比較混亂，水位埋深17-19m。含水層滲透系數(shù)50-80 m /d。平均水力坡度千分之1.5。 3、中等富水區(qū)（Ⅲ區(qū)）：淺層水井的單井出水量10-20m3/h。 共分兩個亞區(qū)，Ⅲ1區(qū)是在城區(qū)東部西壩河、東直門、建國門、呂家營以東，東四環(huán)以西地帶；Ⅲ2區(qū)，西北至西直門以北、東北至西壩河曙光里，南到北新橋、后

8、海的一個U字形地帶。地層主要為砂、砂礫與粘性土互層。平均滲透系數(shù)20-60m/d，地下水位埋深15-17m。 4、弱富水區(qū)（Ⅳ區(qū)）：淺層水井的單井出水量5-10 m3/h。 Ⅳ1區(qū)主要分布在北三環(huán)路安貞橋及馬甸橋以北的U字形地帶，西北至東升路、東北至太陽宮一帶。 Ⅳ2區(qū)主要分布在亞運村及安外小關地帶，為一個逐漸向北擴大的半圓形，向北又進入另一個富水區(qū)。 Ⅳ3區(qū)主要分布在玉淵潭以南，公主墳附近一個東西長、南北短的環(huán)形地帶。本區(qū)地層主要以砂質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土等粘性土為主，在粘性土之間夾部分中細砂或粉細砂層，地層巖性分層界限不清，淺層難以成井。不同的是Ⅳ3區(qū)是因第三系巖層隆起至使第四系地層變淺

9、而劃入第四區(qū)，出水量較Ⅳ1、Ⅳ2區(qū)為大，但不穩(wěn)定。本區(qū)滲透系數(shù)10-40m/d，水位埋深14-20m，Ⅳ3區(qū)水位較其他地區(qū)為深。 地質(zhì)學院 圖五 市區(qū)淺層南北向剖面 圖六 市區(qū)淺層東西向剖面 5、貧水區(qū)（V層）：淺層水井的單井出水量小于5m3/h。 共分2個亞區(qū)，V1區(qū)位于北京市北部中軸線，北三環(huán)路以北、亞運村南呈U字型分布。向西北及東北延伸，西北至地質(zhì)大學，東北至干楊樹附近。V2區(qū)分布在西部公主墳地區(qū)，范圍很小，只有1.2平方公里。本區(qū)地層主要以粘性土、砂質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土為主，中央有少量粉質(zhì)砂層及砂層透鏡體。V2區(qū)公主墳出水量不穩(wěn)定。 三、北京地鐵4#、5#、10#線各地鐵站

10、段巖土特性 就此三條地鐵線路第四系地層顆粒而論、西部粗、東部細。南北兩頭粗、中間細。 西部水位埋深大，東部水位埋深淺。 西部地層分層性差，東部地層分層性好。 可將各線按巖土工程條件概略的進行分段： 1、地鐵四號線：全線多砂礫類土含水層，顆粒較粗、水位埋深較深，可將其分為4段。 （1）新街口以南。屬砂礫類土與粘性土互層分布區(qū)，砂類土多。南部為永定河主影響區(qū)。 （2）新街口至黃莊。為較巨厚的砂礫卵石分布區(qū)。 （3）黃莊至成府路。上部為粉土質(zhì)地層，深部為砂卵石地層。 （4）園明圓至龍背村。淺層砂礫卵石多，且極富水。 2、地鐵五號線：全線南北差異較大，南部為砂類土與粘性土互層，北部

11、為粉質(zhì)類粘土廣泛分布?？蓪⑵浞譃?段。 （1）北新橋以南為多層砂類土與粘性土互層，崇文門以南砂類土多。 （2）北新橋以北為粉土質(zhì)粘性土廣泛分布，局部有砂卵石，粉土類地層自穩(wěn)性好，但有少量層間水極難去除。 北土城東路站以北地鐵鉆出地面，故未作分區(qū)。 3、地鐵十號線：全線穿過幾個地質(zhì)單元，巖土特性變化較大，概略地將其分為3段。 （1）亮馬河以南；為砂類土與粘性土互層出現(xiàn)，除南部外粘性土相對多余其他條線路，水位相對較淺。 （2）亮馬河至知春路為粉土質(zhì)類粘性土廣泛分布區(qū)，局部有砂卵石，土的自穩(wěn)性較好，但有少量空間水，極難去除。 （3）知春路以西，較少粘性土而多為巨厚砂卵石分布區(qū)，水位較深

12、，地層顆粒較粗、掘進困難。頤和園一帶有砂巖分布。 圖七 地鐵4#、5#、10#線地理分布示意圖 以上只是一個粗略的工程地質(zhì)分區(qū)，相信隨著北京地鐵等大型工程的大規(guī)模建設，不斷的取得新的工程資料，還會取得一些新認識、新看法，使北京市區(qū)的巖土工程分區(qū)，更為成熟，更為完善。 四、降水技術 自1896年德國建造柏林地下鐵道采用深井降水以來，因地下鐵道埋置深度的加大，施工人員無時無刻不在和地下水作艱苦斗爭，施工降水也隨之而有所發(fā)展。北京地區(qū)為降低地下水位采用多種工具及施工方法，將多種施工工藝系統(tǒng)配套以適應于各種地層，把地下水位下降到基礎層以下，保證了以往各條地鐵線路的建設的順利進行，因而，

13、也創(chuàng)造了一些成功的經(jīng)驗。 （一） 降水工程的作用： 在地下水位下，開挖隧道或深挖基坑時，采用降水的作用是： 1、截住基坑或隧道側(cè)面及基底的滲水，滿足施工的需要； 2、增加側(cè)壁及邊坡的穩(wěn)定性，并防止側(cè)壁或基層土壤流失； 3、減少側(cè)樁和隧道初期支護的壓力，減少隧道內(nèi)的空氣壓力； 4、改善基坑和填土的砂土特性； 5、防止基底隆起和破壞。 總之，不僅施工作業(yè)面需要降水，同時水位降低能使土的有效應力增加，可使水位以下的土進一步固結，有加固基坑、隧道側(cè)壁和基礎強度的作用。 （二）設計降水工程的依據(jù)： 設計某一處的降水工程，需要搜集和了解以下方面的資料： 1、地下水分布和埋藏條件：

14、2、動水壓力及流綱的分布； 3、地層滲透性（滲透系數(shù)）； 4、補給源及補給邊界資料。 總降水量計算公式，請參閱“建設中的北京地鐵”（中國鐵道出版社）。 （三）北京地區(qū)常用的降水方法： 1、輕型井點 2、噴射井點 3、深井井點（管井井點） 4、滲水井點（自滲井） 5、電滲井點 6、輻射井點 7、泄水暗溝（管）和明排等其他方法 （四）輻射井的應用： 北京北郊地區(qū)，由于地層透水性及降水井施工條件的限制，有些施工單位采用輻射井降水方法，北京地鐵5#線已完成了十二眼降水輻射井，其特點如下： 1、降水施工時，占用施工場地小。邊長小于100米基坑只在四個角上設輻射降水井即可；

15、2、充分發(fā)揮水平方向滲透性大于垂直方向滲透性的優(yōu)勢； 3、機械設備的改進，已使主井可以用機械施工，水平井也可以克服地層方面的困難，大大提高了效率； 4、可節(jié)省資金和電力：據(jù)有關方面統(tǒng)計，施工輻射井比普通深井井點貴14%，但深井點運轉(zhuǎn)電費比輻射井貴30%，如果考慮地面拆遷費用、減少管線費用，輻射井綜合成本還是有和深井降水比較的余地。 輻射井 主井口徑 Φ3.2~3.3m（壁厚0.15m） 水平井口徑 Φ89mm~114mm（最終下入3英寸，波紋濾水管） 水平井長度 30~50m （五）降水引起沉降問題的討論 一般認為，地下水位下降后，該土的溶重由原有水下浮重增加到飽

16、和容重，由于土的自重壓力增加，再加上動水壓力的作用，可能引起附加沉降。但在北京地區(qū)，由于下述原因： 1、水位變幅的往復發(fā)生，多層水位下降區(qū)域沉降早已多次發(fā)生而近于完成； 2、本區(qū)水位下降發(fā)生在砂層之中，基底式的砂粒接觸，使砂粒支撐了部分水壓力； 3、粘土層釋水的緩慢性。 所以降水所引起的地面沉降，量有多大，不同地層不同降水方式沉降有什么變化，應加強測量監(jiān)測，進一步加以討論。 （六）地下水含水層中砂土懸涌塌方分析： 圖八 管道漏水形成飽和砂土水丘示意圖 穩(wěn)定的飽和砂土，在大量放水、放砂平衡狀態(tài)被嚴重破壞，或者受到其他外力作用時，剪切力促使砂粒滑動而改變排列狀態(tài)，應力由砂骨架轉(zhuǎn)

17、移至水，引起超孔隙水壓力。當既有的全部應力轉(zhuǎn)移至孔隙水后，超孔隙水壓力等于原飽和砂所承受的總壓力，形成了所謂的液化。此刻，水壓不能承受剪切力這一特性的影響下，穩(wěn)定飽和砂土變成流體，向著不平衡的方向—掏空的隧道掌子面或基坑涌去，瞬間發(fā)生原有飽和砂土層物質(zhì)下泄，立即形成空洞，上覆土層塌陷，這即是原生塌方災害。 圖九 砂土懸涌造成空洞致使管道斷裂示意圖 圖十 地層塌陷泥沙涌入隧道示意圖 此后，由于頂部上水及下水管斷裂，又有大量新水參加沖刷，推波助瀾，增加了破壞性，此為次生災害。砂粒本身的重量同樣加到水上，水成為流動物質(zhì)的載體，砂與水渾然一體形成了懸液，產(chǎn)生砂土懸涌現(xiàn)象。 總結

18、“復—八”線因水而造成的塌方，多屬于砂土懸涌災害，大部分與水有關，因而應引以為戒，采取有效治水措施，確保工程施工安全。 參考文獻：略。 I signed with the Bank of the qilu Bank loan contract (contract) conventions, and I use scheme, I would request the loans (in words) until I opened personal settlement account with your Bank (account), uses loan for 。 Loan opera

19、tion, business unit name: account number: loan funds from these personal settlement account into the account of a payment. Loans in accordance with the following payment methods to pay. One, lender trustee payment. Delegate qilu Bank loan funds of the borrower to meet the stipulation of the contract

20、 the following borrowers, counterparties, commitment funds, regulatory compliance, legal, and willing to take the pay disputes, loss and other consequences of the delegate. Payee account number Bank name amount purpose II, borrowers own payment methods. Qilu Bank according to the borrowers withdrawa

21、l request to loan funds disbursed directly to the borrowers account, and independently by the borrower payments to borrowers who meet the stipulation of the contract transactions. I guarantee to your bank contracts and other prove of material submitted by real and effective. When in accordance with

22、 one payment, I agree with the above account with your bank loan funds that are not used for stop payment management,stop paid confirmed book records table single 13: lifted check pay notice records table single 14: personal loan ahead of repayment application accepted table Records table single 15:

23、 loan lines opened/cancellation application approval table records table single 16: qilu card award letter self loan lines cancellation application approval table records table single 17: loan lines cancellation application approval table records table single 18: qilu Bank loan urged received notice

24、 records table single 19: arrived (quality) bet real right proved out library listing records table single 20: housing mortgage right cancellation proved records table single 21: personal pledge loan repayment commitment letter 11. schedule Spontaneous date of promulgation of this practice, this pro

25、cedure is issued prior to the implementation of the relevant provisions are inconsistent with this regulation, is subject to this regulation. The risk management Department is responsible for the interpretation and amendment of procedures by the head office. Break through the restrictions imposed b

26、y this practice, should submit file explanations authorities file explanation deemed necessary and submitted to the Head Office of the loan Review Committee for approval. Record form 1: personal loan customer conversation transcript to me given the loan applicant bank personal loan applications, acc

27、ording to qilu Bank personal loan interviews regulations and interviews on the following issues with the borrower and the guarantor, please respond, and ensure content authenticity. 1, your personal loan application materials must be submitted to the qilu Bank is true, otherwise you should bear the corresponding legal responsibility. In this regard, do you understand? Yes () No () 2, you apply for personal loans amounting to million of period of months, you decide to take the repayment options are: due a one-off debt (), monthly interest, to ... Qilu Bank:9