北京地铁8号线三期降水工程方案设计.docx

1、北京地铁8号线三期降水工程方案设计目 录第1章 编制依据 11.1 编制依据 11.2 主要技术要求 1第2章 工程概况 22.1 线路概况 22.2 各工点概况 2第3章 工程地质概况 43.1 地形地貌 43.2 地层构造 43.3 沿线工程地质条件 4第4章 水文地质概况 64.1 气象水文 64.2 区域水文地质条件 64.3 沿线水文地质条件 7第5章 地下水影响分析 85.1 结构与地下水关系 85.2 地下水对施工影响 8第6章 环境影响分析 96.1 木樨园桥南站 96.2 大红门站 96.3 大红门桥站 106.4 和义站 106.5 西洼地站 116.6 六营门站 116.

2、7 五福堂站 126.8 环境影响总体分析 12第7章 地下水控制措施 147.1 施工降水与止水帷幕方案比选 147.2 基坑内、外降水方案比选 157.3 施工降水实施原则 167.4 降水工程特点 16第8章 降水工程总体方案设计 178.1 成井工艺比选 178.2 井身结构比选 178.3 设计计算 178.4 各工点降水总体方案设计 188.5 建议 21第9章 辅助技术措施 229.1 地下水位动态监测 229.2 附加沉降监测与控制 229.3 降水井的后期处理 239.4 局部异常水处理 239.5 备用电源措施 23第1章 编制依据1.1 编制依据建筑与市政降水工程技术规范

3、（JGJ/T111-98）；建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）； 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）；建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）；建筑基坑支护技术规程（DB11/489-2007）；城市轨道交通岩土工程勘察规范（GB50307-2012）；岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版）；地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）（2003年版）；城市轨道交通工程测量规范（GB50308-2008）；国家一、二等水准测量规范（GB/T12897-2006）；工程测量规范（GB50026-2007）；建筑变形测量规程（JGJ8-

4、2007）；水文地质手册第二版(地质出版社)；工程地质手册第四版(建筑工业出版社)；建筑施工手册第四版(建筑工业出版社)；机井技术手册(水利水电出版社)；北京地铁8号线三期结构设计资料（平面图、剖面图，纵断图）（2012.12）； 北京地铁8号线三期工程勘察01合同段岩土工程初步勘察中间资料（勘察编号： K1207-042初）（北京市地质工程勘察院，2012年10月）；北京地铁8号线三期工程勘察02合同段岩土工程勘察报告（初步勘察阶段）（勘察编号： 2012勘察062）（北京城建勘测设计研究院有限责任公司，2012年10月）；北京地铁8号线三期总体组8号线三期总体设计文件组成及编制要求（北京城

5、建设计研究总院有限责任公司，2013年1月）；沿线地形图、地下管线分布图（2012.10）；北京市建设工程施工降水管理办法；北京市建设工程施工降水管理办法实施细则。1.2 主要技术要求1.2.1 降深控制要求上层滞水：施工范围内要求疏干。潜水：潜水位要求降至槽底以下0.51.0m，；若开挖基底在潜水含水层底板以下，则要求将开挖范围内的潜水基本疏干。承压水：若开挖基底位于承压水顶板隔水层中，且底板土层突涌验算不稳定，则需降低承压水水头确保基底土层稳定；若开挖基底位于承压水含水层中，则需将承压水头降至基底以下0.51.0m，槽底根据最终施工图确定；若开挖基底位于承压水底板隔水层中，则需将开挖范围内

6、的承压水含水层基本疏干。1.2.2 附加沉降要求对在降水影响范围内高层建筑、高耸建筑、古建筑、危险建筑、重要工程设施等进行因降水引起的附加应力而产生的沉降、倾斜进行计算与监控，并制定有效措施确保由降水引起的附加沉降不能对周围建筑产生危害，影响其正常使用。第2章 工程概况2.1 线路概况图2.1-1 北京地铁8号线三期线路示意图北京地铁8号线三期工程是二期工程的南延线路，线路北起中国美术馆南（8号线二期设计终点），南至五福堂。在大红门桥站与和义站之间的线路东侧设置大红门停车场。 线路从美术馆以南引出后，沿王府井大街、台基厂大街向南敷设，在台基厂大街与前门东大街路口转向西沿前门东大街敷设，在前门大

7、街转向南沿前门步行街、前门大街、永定门内、外大街、南苑路、南大红门路沿南中轴向南敷设，沿线下穿二环路、护城河、三环路、四环路，至终点站五福堂。 线路全长17.3km，均为地下线，共设置14座车站，换乘站7座，王府井站与1号线换乘、前门站与2号线换乘、珠市口站与7号线换乘、天桥站与规划机场线换乘、永定门外站与14号线换乘、大红门站与10号线换乘、大红门桥站与规划南部U型线换乘。全线最大站间距2.508km，位于大红门桥站与和义站之间，最小站间距0.772km，位于王府井北站与王府井站之间，平均站间距1.270km。目前，一期工程已建成通车，二期工程正在建设中，三期工程建成后，将与一、二期及北段联

8、络线贯通运营。2.2 各工点概况（1）车站方案各工点概况一览表 表2.2-1车站名站中心里程主体结构型式主体结构施工工法主体基坑支护型式备注木樨园桥南站K30+361.028双层双柱明挖岛式车站明挖法钻孔灌注桩+内支撑大红门站K31+195.960三层双柱三跨岛式车站明挖法钻孔灌注桩+内支撑既有10号线换乘大红门桥站K32+048.597双层双柱三跨岛式车站明挖法钻孔灌注桩+内支撑规划南部U型线换乘和义站K34+531.720五柱六跨明挖双岛四线式车站明挖法钻孔灌注桩+内支撑西洼地站K36+056.339地下两层站暗挖段单洞平顶直墙明暗挖结合钻孔灌注桩+内支撑六营门站K37+296.211双柱

9、三跨明暗挖结合钻孔灌注桩+内支撑五福堂站K38+884.353三层双柱三跨框架结构明挖法钻孔灌注桩+内支撑（2）区间方案序号工点名称施工方案1木樨园桥南站大红门站矿山法区间2大红门站大红门桥站盾构法区间3大红门桥站和义站盾构法区间+明挖法区间+矿山法4和义站西洼地站标准盾构区间5西洼地站六营门站标准盾构区间6六营门站五福堂站标准盾构区间7五福堂站后折返线单洞双线矿山法区间（259.43米）+单洞单线矿山法区间（39.33米）8第3章 工程地质概况3.1 地形地貌拟建场区位于华北平原西北边缘的北京平原地区，北京平原是由一系列洪积、冲积扇及冲积平原联合而成的洪、冲积平原。平原北部和西部的山地分属燕

10、山山脉和太行山余脉。在地貌单元上属冲洪积缓倾斜平原和扇缘洼地。拟建场区主要位于永定河冲洪积扇中部，该区原始地貌大部分已被人类工程活动所改造，地形总体趋势是北部较高，往南逐渐降低，评估区地面标高为37.0047.00m，地形坡降0.52。现状工程场地及周边大部分区域为中高层办公区和低层住宅区，以及道路、机场和绿地，人口密度较大；地面下管网纵横，以及人防工程和地下通道等地下构筑物，场地条件较复杂。图3.1-1 北京平原区古河道分布图线路沿线多处下穿地表水体，包括前门地区的盖板河、南护城河、凉水河、小龙河等。3.2 地层构造北京地层除缺少震旦系、上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统、三迭系及上白垩统外

11、，其它地层都有发育，总厚度达六万米以上。岩石类型较为齐全，包括各种沉积岩、变质岩和火成岩。大部分岩石出露在西部和北部山地，平原区则广泛分布着第四纪松散沉积物。本次工程范围内第四系覆盖厚度一般为60m90m。3.3 沿线工程地质条件3.3.1 沿线土层概述拟建线路第四系沉积物以古漯水河故道沉积为主。工程沿线地面以下61m深度范围内地层按其沉积年代及工程性质可分为人工堆积层、新近沉积层、第四纪全新世沉积层与第四纪晚更新世沉积层四大层：人工填土层:粉土填土层：褐黄色黄褐色，湿，松散-中密、含少量白灰、砖渣等；杂填土1层：杂色，稍湿-湿，稍密-中密，以路基土为主，含砖块、灰渣、水泥块、碎石和腐殖物等，

12、局部夹粉土填土薄层,表层为沥青路面。该层层底标高29.2636.55m。新近沉积层:粉土层：褐黄色灰色，稍湿-湿，中密-密实，中高压缩性，含云母、氧化铁，局部含螺壳和碳质碎屑，土质不均，偶有有机质，夹薄层粘性土；粉质粘土1层：褐黄色灰色，可塑，中高压缩性，含少量氧化铁，夹薄层粉土；细砂3层：褐黄色，稍湿-湿，稍密中密，中压缩性，含云母，局部夹薄层粉土、粘性土，透镜体分布。该层层底标高23.0035.05m。第四纪全新世沉积层卵石层：杂色，湿，中密密实，低压缩性，亚圆形为主，一般粒径2040mm，最大粒径不小于120mm，粒径大于20mm的含量大于55%，细砂充填；细砂1层，褐黄色，湿，密实，中

13、低压缩性，含云母，局部夹薄层粉土、粘性土；粉土2层：褐黄色，湿，中密，中压缩性，含云母、氧化铁,局部夹粉质粘土或细砂薄层，透镜体分布；粉质粘土3层：褐黄色，可塑，中压缩性，含云母、氧化铁、局部夹粉土或细砂薄层，透镜体分布。该层层底标高18.3026.27m。粉质粘土层：褐黄色，可塑，局部硬塑，中-中低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉土或细砂薄层；粉土2层：褐黄色，湿，中密，中低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉质粘土或细砂薄层；细砂3层，褐黄色，湿，密实，低压缩性，含石英、长石、云母，局部夹薄层粉土、粘性土，透镜体分布。该层层底标高15.4424.65m。第四纪晚更新世沉积层卵石层：杂色，湿，密

14、实，低压缩性土，亚圆形，级配良好，磨圆度中等，一般粒径2060mm，最大粒径不小于140mm，粒径大于20mm的含量大于60%，中粗砂充填；细中砂1层，褐黄色，湿，密实，低压缩性，含石英、长石、云母、氧化铁，含少量卵石；粉土3层：褐黄色，湿，密实，中低-低压缩性，含云母、氧化铁,局部夹粉质粘土或细砂薄层，透镜体分布；粉质粘土4层：褐黄色，可塑，局部硬塑，中低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉土或细砂薄层，透镜体分布。该层层底标高6.6314.25m。粉质粘土层：褐黄色，可塑，局部硬塑,中低压缩性，含云母、氧化铁,少量姜石，局部夹粉细砂、粉土或粘土薄层；粉土2层：褐黄色，饱和，密实，低压缩性，含云

15、母、氧化铁，局部夹粉质粘土薄层；细砂3层，褐黄色，饱和，密实，低压缩性，含石英、长石、云母，透镜体分布。该层层底标高1.9611.27m。卵石层：杂色，饱和，密实，低压缩性，亚圆形，级配良好，磨圆度中等，一般粒径4060mm，最大粒径不小于150mm，粒径大于20mm的含量大于60%，中粗砂充填；细中砂1层，褐黄色，饱和，密实，低压缩性，含石英、长石、云母、氧化铁，含少量卵石，局部夹粉质粘土薄层；粉土3层：褐黄色，饱和，密实，低压缩性，含云母、氧化铁，透镜体分布；粉质粘土4层：褐黄色，可塑，局部硬塑，中低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉土或细砂薄层，透镜体分布。该层层底标高-13.57-1.3

16、3m。粉质粘土层：褐黄色，可塑，局部硬塑,低压缩性，含云母、氧化铁,少量姜石；粉土2层：褐黄色，饱和，密实，低压缩性，含云母、氧化铁，局部夹粉质粘土薄层；细砂3层，褐黄色，饱和，密实，低压缩性，含石英、长石、云母，透镜体分布。该层层底标高-17.07-4.05m。卵石层：杂色，饱和，密实，低压缩性，亚圆形为主，一般粒径2040mm，最大粒径大于120mm，粒径大于20mm的含量大于50%，细中砂充填；细中砂1层，褐黄色，饱和，密实，低压缩性，含石英、长石、云母、氧化铁，含少量圆砾；粉土3层：褐黄色，饱和，密实，低压缩性，含云母、氧化铁，透镜体分布；粉质粘土4层：褐黄色，可塑-硬塑，低压缩性，含

17、云母、氧化铁，透镜体分布。本层未穿透。3.3.2 工程地质单元划分工程地质单元的位置范围为自起点木樨园桥南站区段，主要位于永定河冲洪积扇中部，地层以第四纪砂类土、碎石类土为主，粘性土、粉土亦有分布，粗细颗粒土的沉积韵律较明显。工程地质单元自木樨园桥南站站终点区段，位于永定河冲洪积扇中部，大部分区域有新近沉积层存在，其下地层以第四纪沉积的砂类、碎石类土为主。该区段土类别较多，地层分布相对杂乱，沉积韵律较差。3.3.3 工程地质条件对工程影响分析根据工程地质条件，全线上部地层存在细中砂、卵石，粘性土、粉土亦有分布。卵石地层以亚圆形为主，一般粒径25cm，最大粒径大于10cm，细砂充填30%40%。

18、卵石粒径对设备的选型影响较小，抽排水过程易存在细颗粒流失的问题。粘性土的存在，对成井过程中洗井具有一定的影响。下部第四纪沉积地层主要为粉质粘土层，粉土2层，粉细砂3层，细中砂4层，中粗砂5层，圆砾6层，卵石7层；粉质粘土层，粉土2层，粉细砂3层，中粗砂5层，卵石7层，其中，细中粗砂层同样在抽排水过程中易存在细颗粒流失的问题，个别工点局部粘土层的存在对洗井具有一定影响。卵石7层最大粒径不小于150mm，一般粒径50100mm，亚圆形，级配连续，磨圆度中等，细中砂充填约35%，对成井设备的选型，降止水方案的选择具有一定影响。粉质粘土层为隔水层，综合各工点埋深，在是否符合北京市有关降水规定的政策上，

19、其对降水方案具有较大影响。工程地质条件详见“地质纵剖面图”。第4章 水文地质概况4.1 气象水文北京地区地处中纬度欧亚大陆东侧，位于我国季风气候区，属暖温带半湿润半干旱季风气候，受季风影响，形成春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥四季分明的气候特点。主要气候特点如下：降雨量：全市多年平均降水量为624mm，降水量年变化大，历年最小降水量为244mm（1896年），最大降水量为1406mm（1959年），两者相差5倍以上；降水量年内分配不均，汛期（6-8月）降水量一般占全年降水量的80%以上；旱涝的周期性变化较明显，一般九至十年左右出现一个周期，连续枯水年和偏枯水年有时达数年。

20、近20年中，1998年年降雨量最大为908.4mm，1999年年降雨量最小为307.6mm。气温：近20年平均气温为12.614.0，年平均气温则基本上由东南向西北递减。近20年极端最高气温出现在1999年7月24日，为41.0C；极端最低气温出现在1990年1月3日，为-18.4C 。标准冻结深度：近20年城内及近郊区标准冻结深度为0.80m。风速及风向：全市月平均风速以春季四月份最大，市区最大风速达3.6m/s，其次是冬、秋季，夏季风速最小，夏季受大陆低气压控制，多东南风，秋、冬季受蒙古高气压控制，多为西北风，寒冷干燥。平均风速2.3 m/s。图4.1-1 北京平原区多年降水量直方图 图4

21、.1-2 北京市各月平均降水量图4.2 区域水文地质条件4.2.1 地下水类型北京平原地区地下水类型按地下水的赋存条件主要为基岩裂隙水和第四纪松散岩类孔隙水，第四纪松散岩类孔隙水又分为上层滞水、潜水和承压水。北京平原地区根据古河道和古河间地块可划分若干水文地质单元。古河道水文地质单元的特点是含水层岩性以圆砾、卵石为主，渗透性强，地下水位较低。地下水的形成以沿古河道方向的侧向补给、径流、排泄为主，总体径流方向为自永定河出山口呈辐射状分别向东北、东、东南等下游方向运动，在古河道范围内具有区域性统一的潜水面，局部受地下水开采或工程降水的影响，地下水位略有起伏变化。在河间地块水文地质单元的特点是含水层

22、的岩性以粉细砂和粉土为主，渗透性较小。隔水层岩性为粉质粘土、粘土，含水层与隔水层基本呈互层状分布。除了地下水的侧向补给、径流和排泄以外，垂直方向运动较明显。上层滞水主要接受大气降水、农田灌溉和自来水、雨水、污水等地下管线的垂直渗漏补给。不同地段含水层的渗透系数相差很大，补给方式和补给量悬殊较大，形成上层滞水分布不均匀，水位不连续、高低变化很大的特点。含水层主要为人工填土层和浅部粉土、砂土层。潜水以侧向径流补给为主，并接受大气降水、上层滞水的垂直渗透补给，以侧向径流及向下越流补给承压水的方式排泄。承压水北京市西郊的冲洪积扇顶部的潜水是冲洪积扇中下游承压水的主要补给源，承压水含水层主要为砂类土、圆

23、砾卵石地层，其中夹有若干层粘性土隔水层。排泄方式主要为人工开采，受地下水开采的控制，承压水的径流方向指向区域性地下水位降落漏斗中心方向。由于地下水的开采导致承压水水头的降低，当低于含水层顶板时成为层间水。4.2.2 地下水动态地下水的动态是地下水补给量和排泄量随时间动态均衡的反映。当地下水的补给量大于排泄量时，地下水位上升；反之，当地下水的补给量小于排泄量时，地下水位就下降。各层地下水的动态各有其特点。上层滞水的动态随季节、大气降水及地表水的补给变化而变化。潜水的动态与大气降水关系密切。每年79月份为大气降水的丰水期，地下水位自7月份开始上升，910月份达到当年最高水位，随后逐渐下降，至次年的

24、6月份达到当年的最低水位，平均年变幅约为23m。一般情况下，潜水的动态受农田供水开采的影响，不直接受城市供水开采的影响，但由于潜水与承压水具有密切的水力联系，当承压水头降低时，越流补给量增大，潜水水位也随之下降。承压水的动态比潜水稍有滞后，当年最高水位出现在911月，最低水位出现在67月，年变幅约为12m。自七十年代以来，随着工农业生产的迅速发展和城市的扩大，地下水开采量逐年增加，地下水位不断下降。近35年以来，由于北京市政府采取了一系列保护地下水环境、限制地下水的开采、增大地下水补给量等有效措施，地下水位的下降速度变缓。4.3 沿线水文地质条件根据勘察成果，勘察钻孔最大深度61m，在勘察深度

25、范围内，本段线路主要赋存有四层地下水，地下水类型分别为上层滞水（一）、潜水（二）、层间水（三）和承压水（四）。其中从起点K31+316至K36+600段只观测到层间水（三）和承压水（四），且两层水局部连通，但不排除上层滞水存在的可能，地下水详细情况见下表所示。表4.3-1 地下水特征表地下水性质水位/水头埋深(m)水位/水头标高(m)时间主要含水层备注层间水（三）21.4328.388.9915.592012.9卵石层、细中砂1层该层水在南苑路段连通承压水（四）28.827.732012.9卵石层、细中砂1层从K36+600至终点段共观测到四层地下水，上层滞水（一）和潜水（二）只在个别钻孔观测

26、到，层间水（三）和承压水（四）较为稳定。地下水详细情况见下表所示。表4.3-2 地下水特征表地下水性质水位/水头埋深(m)水位/水头标高(m)时间主要含水层备注上层滞水（一）5.787.6629.8931.012012.9粉土层、细砂3层、存在含水透镜体中潜水（二）14.6015.7221.0621.452012.9粉土2层、细砂3层层间水（三）19.3028.428.5116.752012.9卵石层、细中砂1层承压水（四）28.3729.986.819.182012.9卵石层、细中砂1层上层滞水（一）：主要接受大气降水、管沟渗漏补给，以蒸发、向下越流补给的方式排泄。潜水（二）：主要接受侧向径

27、流及越流补给，以蒸发、侧向径流、向下越流补给的方式排泄。层间水（三）：主要接受侧向径流补给及越流补给，以侧向径流、向下越流补给的方式排泄。承压水（四）：主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、人工开方式排泄。（2）场区水文地质单位划分 通过对本场区地层岩性及地下水赋存情况分析，将全线分为3个水文地质单元： 第一水文地质单元：工程起点至前门站为一水文地质单元，该段潜水含水层以卵石、圆砾、中粗砂为主；层间潜水含水层主要为卵石，层底粉质粘土层分布较厚，且相对连续。 第二水文地质单元：前门站至木樨园桥南站为一水文地质单元，该段潜水含水层以粉细砂、细中砂为主；层间潜水含水层为卵石、细中砂，层底粉质粘土层

28、分布较薄，甚至缺失。 第三水文地质单元：木樨园桥南站至工程终点为一水文地质单元，该段潜水含水层主要以新近沉积的卵石、圆砾、粉细砂层为主，局部地段含有第四系沉积的卵石、圆砾、粉细砂层；层间潜水含水层主要为卵石，层内分布有粉土、粉质粘土等透镜体或夹层，层底粉质粘土层或粉土层分布连续性较差，水力联系相对复杂。本次设计范围主要处于第三水文地质单元内。（3）水文地质条件对工程影响分析由于地铁轨面标高在6.6026.56m（埋深约13.2537.58m）之间，故区域地层内的潜水及潜水承压水将对地铁的设计和施工均会造成较大影响。涉及到降层间潜水的工点，基坑涌水量较大，对抽水泵能力的要求较高，对市政排水设施能

29、否满足排水量要求具有较大影响。含水层渗透性强，补给量大，必须确保开挖过程中抽水持续性，必须配备备用电源。由于上层滞水的存在，渗透性差的地层应开挖导排。上层滞水与下部潜水层存在隔水层，易出现界面水问题，施工中应加强明排。第5章 地下水影响分析5.1 结构与地下水关系根据土建结构设计图纸线路纵断埋深，参照沿线水文地质条件，全线各工点结构底板与水位关系见表5.1-1。表5.1-1 各工点结构底板与水位关系序号工点施工工法最深底板标高（m）地下水水位标高（m）含水层岩性是否采取地下水控制措施2木樨园桥南站明挖法22.50层间潜水17.18卵石无须考虑3木樨园桥南站大红门站区间暗挖+盾构10.89层间潜水17.18卵石是4大红门站明挖法9.14层间潜水15.59卵石是5大红门站大红门桥站区间盾构-无须考虑6大红门桥站明挖法21.00层间潜水15.58卵石无须考虑7大红门桥站和义站区间盾构+局部明挖-无须考虑8和义站明挖法21.40层间潜水17.06卵石无须考虑9和义站西洼地站区间盾构-无须考虑10西洼地站明挖法17.81层间潜水13.70卵石否11西洼地站六营门站区间盾构+暗挖12.86层间潜水9.19卵石否12六营门站暗挖法15.96层间潜水13.44细中砂是13六营门站五福堂站区间暗挖+盾构12.72