作者：马海志
出版社：中国铁道出版社
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精准发力助推城市轨道交通勘测创新发展试读：
版权信息书名：精准发力助推城市轨道交通勘测创新发展
作者： 马海志
排版：中国铁道出版社
出版社：中国铁道出版社
出版时间：2018.01
ISBN：978-7-113-23815-5
本书由中国铁道出版社授权北京当当科文电子商务有限公司制作与发行。
— · 版权所有 侵权必究 · —作者简介
马海志（1967-）
教授级高级工程师，中国土木工程学会城市轨道交通勘察与测量专业委员会主任，中国勘察设计协会理事，中国测绘地理信息学会常务理事、中国地理信息产业协会理事、中国城市规划协会勘测专业委员会理事、《都市快轨交通》杂志常务理事、中国青年企业家协会理事，北京城建勘测设计研究院董事长、党委书记，北方工业大学建筑工程学院硕士研究生导师。
主编了国家标准《城市轨道交通工程测量规范））GB 50308-2008、《城市轨道交通工程检测技术规范））GB 50911-2013、《跨座式单轨交通工程测量标准》（在编），著有《地铁既有线工程测量技术与应用》、《城市轨道交通工程测量》、《城市轨道交通勘测技术新进展》、《城市轨道交通勘测技术研究与应用》。主持了国内外几十条地铁线路的测量工作，主持了"国家大剧院"和"国家体育场（鸟巢）"两项工程的精密控制网的搭建和施工测量工作。
荣获北京市政府颁发的"奥运工程优秀建设者"获省部级以上优秀工程奖几十I页。冥中"国家体育场"顶曰荣获国家科学技术进步二等奖和全国优秀工程勘察设计金奖。内容简介
本书为中国土木工程学会轨道交通分会勘察与测量专业委员会五周年特辑。全书收录了来自13家勘察与测量单位的48篇优秀论文。全书分为勘察技术篇、测量技术篇、测试技术篇、岩土技术篇等4篇。内容涵盖了轨道交通勘察与测量的多个方面的关键技术，对北京、上海、沈阳、石家庄等全国多个城市地铁工程勘测工程的技术进行了针对性的总结，为轨道交通工程勘测提供了丰富的参考价值。
本书可作为轨道交通工程技术人员和管理人员学习研究用书，也可作为大中专院校相关专业师生参考用书。中国土木工程学会轨道交通分会 勘察与测量专业委员会委员名单
主任委员单位
马海志 北京城建勘测设计研究院有限责任公司董事长、党委书记/教授级高工
黄伏莲 北京城建勘测设计研究院有限责任公司副院长/教授级高工
副主任委员单位 （排名不分先后）
顾国荣 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司技术总监/勘察大师
周宏磊 北京市勘察设计研究院有限公司副总经理、总工程师/勘察大师
燕建龙 西北综合勘察设计研究院院长/教授级高工
朱世友 中铁隧道勘测设计院有限公司院长/教授级高工
郑胜昔 天津市勘察院常务副院长/教授级高工
许少辉 广州地铁设计研究院有限公司党委书记、副院长/高级工程师
张世荣 南宁轨道交通集团有限责任公司总工程师/高级工程师
委员单位 （排名不分先后）
康 佐 西安市地下铁道有限责任公司技术处总工程师
段永强 无锡地铁集团有限公司经理
何运晏 北京市地质工程勘察院副院长/高级工程师
王笃礼 中航勘察设计研究院有限公司党委书记、总工程师/研究员级高工
唐祥达 中船勘察设计研究院有限公司副院长/研究员
王永国 中铁第五勘察设计院集团有限公司副总工程师/教授级高工
周传斌 中铁大桥勘测设计院集团有限公司副总经理/教授级高工
刘文连 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院总工程师/教授级高工
徐杨青 中煤国际工程集团武汉设计研究院副总工程师/教授级高工
王建军 中交公路规划设计院有限公司勘察公司总经理/高级工程师
项培林 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司总工程师/高级工程师
石长礼 上海市隧道工程轨道交通设计研究院分院院长、总工/教授级高工
李明生 天津市市政工程设计研究院副总工程师/教授级高工
郑侬侬 天津市地质工程勘察院院长/教授级高工
刘 伟 广州市城市规划勘测设计研究院所长
钟金宁 南京市测绘勘察研究院有限公司轨道交通测绘科技公司总经理/研究员
刘 成 铁道第三勘察设计院集团有限公司航遥测绘分院副分院长/教授级高工
石飞荣 陕西省公路勘察设计院院长/教授级高工
王世彪 广东有色工程勘察设计院院长/高级工程师
武 威 建设综合勘察研究设计院有限公司副院长/研究员
郑建国 机械工业勘察设计研究院副院长/教授级高工
蒋 鹏 深圳市勘察研究院有限公司副总经理、副总经理/教授级高工
雷 斌 深圳市工勘岩土工程有限公司常务副总经理/高级工程师
马春华 河北中核岩土工程有限责任公司副总经理/高级工程师
吴铭炳 福建省建筑设计研究院总工程师/教授级高工
蒋建良 浙江省工程勘察院总工程师/教授级高工
张敏静 西安中交公路岩土工程有限公司总工程师/教授级高工
谢征海 重庆市勘测院总工程师/教授级高工
陈 鸿 深圳市市政设计研究院有限公司勘察院长/高级工程师
顾凤祥 江苏苏州地质工程勘察院总工程师
张道政 江苏中设工程咨询集团有限公司副总工程师
施木俊 武汉市勘察设计有限公司董事长
史晓忠 无锡市政设计研究院有限公司勘察工程所所长
王永峰 杭州市勘测设计研究院院长助理
饶 猛 浙江华东建设工程有限公司副经理
马贵生 长江岩土工程总公司（武汉）副总工程师
王双龙 深圳市建设综合勘察设计院有限公司常务副总/教授级高工
宋仕兵 青岛地矿岩土工程有限公司总经理助理
刘文峰 江西飞尚科技有限公司总经理
王 静 徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司副总经理
连长江 广东省重工建筑设计院有限公司岩土分院院长
郑全明 山东正元建设工程有限责任公司技术处总工程师
周诚华 南昌轨道交通集团有限公司建设分公司总经理
杜道龙 中铁第六勘察设计院集团有限公司副院长/教授级高工
吕三和 青岛市勘察测绘研究院副院长/研究员
李丞鹏 北京中天路通工程勘测有限公司总经理
新入会单位 （排名不分先后）
方新涛 天津市地下铁道集团有限公司副总工程师
徐 红 乌鲁木齐城市轨道集团有限公司总工程师
谭志文 石家庄市轨道交通有限责任公司总工程师/高级工程师
曹成度 中铁第四勘察设计院集团有限公司工勘院总工
王 鹏 济南市勘察测绘研究院副院长
郭密文 航天建筑设计研究院有限公司总工程师
周连成 青岛海洋地质工程勘察院院长
娄本军 黑龙江省水文地质工程地质勘察院院长/教授级高级工程师
刘俊岩 济南大学土木建筑学院教授
谢长岭 浙江华展工程研究设计院有限公司
郭希印 北京同创天成工程勘测有限公司总经理编审委员会
主 编： 马海志
副主编： 施仲衡 李德仁 卢耀如 武 强 陈湘生 沈小克 顾国荣 徐张建 杨伯钢 周宏磊 王思锴 黄伏莲 燕建龙 朱世友 许少辉 张世荣 张健全 高文新 郑胜昔
编 委： 陈大勇 付仲花 侯东利 辛 伟 杨石飞 陈晓丹 张 华 李连营 邢卫民 王昌洪 王永刚 何旭升 王炳华 周诚华 吴招锋 饶 猛 陈圣仟 刘兆茂 叶向前 方门福 蒋建良 刘永中 刘志方 罗小杰 王 静 吴圣林 李芳凝 张 勇 陈 晶
主办单位： 中国土木工程学会轨道交通分会勘察与测量专业委员会 北京城建勘测设计研究院有限责任公司 南京地铁集团有限公司 中铁隧道勘测设计院有限公司序
中国土木工程学会轨道交通分会勘察与测量专业委员会成立于2012年，是国内重要的专业性学术组织。成立五年来，在主任委员马海志同志的带领下，在全体委员单位的共同努力下，通过创办会刊、出版论文集、组织学术年会等方式构建交流平台，搭建沟通桥梁，开展了丰富多彩的学术活动，为整个行业的发展和技术进步做出了重要贡献。
目前，世界上有51个国家和地区的165个城市拥有城市轨道交通运营线路，中国运营的线路里程占全世界近四分之一。未来10年内，全球轨道交通约3/4的投资集中在中国。中国城市轨道交通走过了60年的发展历程，积累了丰富的建设经验，集聚了众多的优秀人才，工程建设、装备制造、运营管理技术水平不断提升，地铁建设从机械化、自动化、信息化逐渐进入智慧化时代。
近五年来，我国城市轨道交通客流量由2012年的87亿人次增加到2016年底的160.9亿人次，日均客流量由2448.2万人增加至4408万人，翻了近一倍；这五年，我国拥有地铁运营线路的城市由17座增加到27座，运营线路里程从1740km增长到3169km，到2020年将达到6000km。城市轨道交通行业的快速发展离不开勘测技术的有力支撑。
勘测技术的发展对城市轨道交通行业的健康、平安、和谐发展起到了巨大的推动作用。勘测为工程建设提供地质、管线、周边建构筑环境等基础资料，是工程建设的基础；基础扎实，工程顺利。2009年济南市重新启动轨道交通线网规划，就曾委托北京城建勘测设计研究院对济南市的基础地质和泉水进行研究，分析泉水对轨道交通建设的影响，最终规划的线网避开了泉水保护敏感区，做到了既修建了地铁，又保护了泉水，还避开了风险，目前同时在建三条线路，开创了我国在轨道交通线网规划阶段即开展勘测工作和基础研究的先河，破解了济南市城市轨道交通建设的难题。
勘测是工程建设的重要技术保障，质量方面确保隧道精密贯通、限界合适、放样准确，安全上确保重大安全风险可控。这些年，随着勘测技术的不断进步，勘测专业在城市轨道交通工程建设中扮演着越来越重要的角色。勘测人用专业的技术素养和精湛的专业技艺，为工程规划设计提供精确的基础数据，为工程建设提供可靠的质量安全保障，为后期运营提供强大的技术支撑。勘测人用智慧和付出保驾地铁建设，护航城市发展，为中国城市轨道交通工程的持续健康发展做出了卓越贡献。
值此轨道交通大发展之际，中国土木工程学会轨道交通分会勘察与测量专业委员会组织编写《精准发力助推城市轨道交通勘测创新发展》，是对行业技术的总结和交流，是对勘测技术的积累和创新，是对勘测人才的培养和历练。我期望勘测专业发扬工匠精神，在精准上下功夫。“精”就是测绘数据精度要高，“准”就是地质勘探资料要真实准确。我也期望，勘测技术人员能够将大数据、云计算、人工智能等先进技术融入勘测专业，不断创新，做到智慧地铁勘测先行。唯有如此，我们的轨道交通事业才能安全、健康的发展，勘测工作才能真正为轨道交通建设和运营保驾护航。
愿大家抓住机遇共同努力，不断奋斗，勤奋创新，持续发展，共同迎接我国城市轨道交通事业发展的美好明天。勘察技术篇
● 石家庄市轨道交通工程抗浮设防水位分析计算研究
● 轨道交通采空区勘察及处理方法对比分析
● 地质雷达在轨道交通工程回填土密实情况检测中的应用
● 城市轨道交通工程勘察常见问题分析与解决方案
● 北京城市轨道交通穿越污染土的专项勘察研究及应用
● 地质雷达在贵阳轨道交通工程地质探测施工中的局限性探讨
● 煤层瓦斯隧道中开展TSP探测工作的研究与探索
● 探地雷达在隧道超前地质预报中应用
● 回弹法及三维激光扫描技术在运营地铁结构现状调查中的应用分析与研究
● 天津地区浅部承压含水层的标准化分层——以天津市区为例
● 天津市区古河道工程特性及对地铁工程的影响研究
● 青岛地铁岩土工程勘察工作的难点及应对措施
● 地下隧道联络通道人工冻土物理力学性能研究
● 上海地铁岩土工程技术管理与创新探索
● 综合物探超前地质预报在广州地铁隧道中的应用研究石家庄市轨道交通工程抗浮设防水位分析计算研究
周玉凤，龚选波，朱国祥（北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101）
摘要： 本文综合利用统计回归分析法、动态曲线比拟法、频率分析法、水量均衡法、数值模拟法等方法，预测了石家庄轨道交通1号线、3号线一期工程沿线地下水位的变化趋势和今后百年的最高水位，根据工程结构埋深、土层分布条件对石家庄轨道交通1号线、3号线一期工程抗浮水位进行研究确定，形成了一套适合石家庄地区的抗浮水位研究方法体系及技术体系，为今后石家庄地区抗浮水位研究工作奠定了方法基础和技术基础。
关键词： 轨道交通；地下水动态数值模拟；抗浮水位
石家庄市地质环境较特殊，渗透性较大的粗颗粒地层分布较广，地下水受地表径流补给的条件较好，同时受其他人为因素的影响，石家庄市未来地下水位上升的可能性较大。地铁工程埋深大，荷载小，抗浮水位的合理与否不仅直接关系到地铁建设投资和造价，同时也关系到地铁百年运营的安全，故确定科学合理安全的抗浮设防水位显得尤为必要。
1 工程地质条件
石家庄地区地势西高东低，西部为山地、中东部为平原。石家庄地铁1、3号线一期工程主要位于滹沱河冲洪积扇中部（图1），地势开阔，地面高程一般在60～90m之间。
第四系在石家庄地区广泛发育，厚度由山区的几厘米至10余米到平原的几百米不等，以坡积、冲积、洪积、湖积为主。拟建地铁1号线和3号线一期工程位于侵蚀堆积平原区，涉及的地层以第四系的砂土和碎石类土为主，其间夹有粉土和黏性土（图2）。
图1 石家庄区域地貌图
2 水文地质条件
2.1 地表水系
石家庄市由北向南主要河流有磁河、滹沱河、洨河、槐河等自西向东、东南流经石家庄市；主要水利工程有岗南、黄壁庄、八一、横山岭、张河湾等大中型水库5座。此外，水利工程还主要有石津渠、引岗渠、南水北调中线引水渠等共7条渠。
2.2 地下水分类
石家庄地区第四系松散岩层孔隙水分为浅层孔隙水和深层孔隙水。浅层孔隙水主要含水层是上更新—全新统的砂卵石层（图2中Ⅰ）；该含水层区内均有分布，埋藏深度5～90m；深层孔隙水Q 2-4含水层组以下为下更新统（Q ）孔隙承压含水层组，此含水层组主1要由含水层（图2中的Ⅲ层）和含水层（图2中的Ⅳ层）组成。此含水层组主要分布于滹沱河大桥—谈固以东和滹沱河以北地区，含水层岩性主要为砂卵石、砂砾石、中粗砂和中细砂层。
图2 石家庄典型地层剖面图
2.3 地层渗透性
石家庄市区地表以下分布有黄土状粉质黏土，其渗透系数一般在10 -6 ～10 -3 m/d之间。研究区大部分区域含水层渗透系数在40m/d以上，特别是滹坨河河道两侧含水层渗透系数在100m/d以上，属强透水性地层。因此石家庄地区未来当出现外来水源补给或开采量急剧减少时，地下水位将会快速回升。
2.4 地下水动态
根据地下水位年内动态变化规律，可将石家庄地下水年内动态划分为降水入渗——农业开采型和径流补给——集中开采型两种类型；由于地下水开采量较大，多年来地下水呈现出以快速下降为主的特点（图3）。受水库放水和限采影响，地下水位开始缓慢回升。
2.5 地下水动力特征
1965年因地下水大量开采，在华北制药厂附近形成降落漏斗，1972年漏斗中心向东转移，移到印染厂附近。
2.6 近期地下水位分布特点
拟建地铁1号线、3号线一期所在场地2011年底地下水位埋深在25～45m，其中西部地下水位埋深相对较浅，东部地下水位埋深较深，部分地段地下水位埋深甚至超过45m。
地下水的重要补给来源，2003年底黄壁庄水库副坝防渗加固工程完成后，副坝渗漏量下降到3646.69×10 4 m 3 /a，对研究区地下水的补给仍有重要意义。
石家庄平原区由于地下水降落漏斗形成改变了地下水的天然径流状态，在东部出现了地下水的反向径流。研究区地下水位埋藏较深，地下水通过蒸发排泄已不复存在，区内地下水的排泄方式主要是人工开采，包括城市工业、生活的集中开采和市区外围的农业开采，此外研究区东部还存在侧向径流排泄。由于石家庄地区地下水一直处于超采状态，形成了地下水降落漏斗，漏斗东部出现了地下水的反向补给，因此地下水向研究区外的侧向排泄量减少。
3 影响地下水位变化的因素分析
石家庄地区影响地下水位升降的因素主要有大气降水、地下水开采、黄壁庄水库放水、灌溉回归水入渗等。
3.1 大气降水影响
石家庄地区大气降水是地下水的主要补给来源之一，统计分析表明，降雨量与地下水位升幅有较好的相关性（见图4），相关系数达0.95。当集中降雨量为100mm时，地下水位上升约0.1m；当集中降雨量达到500mm时，地下水位升幅达1.7m。
图3 石家庄市区地下水位动态变化规律
图4 大气降水与地下水位升幅统计关系
3.2 地下水开采影响
由于石家庄地区地下水位动态受多种因素影响，统计分析表明，地下水累计开采量与漏斗中心附近地下水位埋深有很好的相关性（见图5），相关系数达0.99。由此说明，在外来补给减弱的情况下，石家庄地区即使开采量每年递减，但由于累计开采量的增加，地下水位仍然逐年下降，但下降幅度逐年减少。
3.3 黄壁庄水库放水影响
石家庄市区地下水位变化受黄壁庄水库放水影响较大（见图6），图中1977—1979年，受黄壁庄水库放水影响，地下水位明显上升；1988—1991年受黄壁庄水库放水影响，地下水位下降的趋势得到控制；1995—1996年，受黄壁庄水库放水影响，地下水位出现大幅度回升。
图5 地下水累计开采量与地下水位埋深关系
图6 黄壁庄水库放水和地下水动态变化的关系
3.4 灌溉回归水入渗影响
灌溉回归水入渗也是地下水的补给来源之一，石家庄市周边每年春灌和秋灌季节有大量农田得到灌溉，灌溉水除部分通过大气蒸发和农作物吸收外，大部分渗入到地下。
4 地下水流数值模拟
根据地铁设计，地铁埋深都在30m以内。所以本次研究的含水层为底板埋深20～200m的Q 沙砾卵石含水岩组，即浅层孔隙水。2-4
4.1 水均衡计算与分析
区内地下水均衡项包括：降水入渗补给、灌溉入渗补给、河渠渗漏补给、地下侧向流入、地下水开采和地下水侧向流出。
降水入渗补给量：根据降水入渗系数分区（图7）进行计算。
图7 工作区降水入渗系数分区图
灌溉回归量：均衡区农业开采量包含行政区内（石家庄市、藁城市、正定县、栾城县、鹿泉市）和行政区外两部分，均衡区内农业开采量见表1。
表1 均衡区2004—2011年逐年农业开采量
渠道渗漏量：2004—2011年年均渠道渗漏量计算成果见表2。
表2 2004—2011年渠道渗漏补给量表
侧向流入（出）量：根据地下水流场及含水厚度、渗透性的变化，将均衡区流入边界划分为8条计算断面进行计算，其中黄壁庄水库副坝南侧山前概化为3条；黄壁庄水库副坝、主坝概化为2条；黄壁庄水库主坝北侧山前概化为2条；均衡区北边界磁河概化为1条。均衡区流出边界划分为4条。侧向流入、流出量计算成果见表3。
表3 衡区侧向流入、流出量表
地下水开采量：根据计算结果，均衡区2004—2011年年均农业开采量为67785×10 4 m 3 /a，生活开采量为15180×10 4 m 3 /a，工业开采量为15901×10 4 m 3 /a。
地下水储变量：地下水储变量根据2004—2011年地下水位变差及变幅带给水度分区求取。
水均衡分析：均衡区2004—2011年地下水水均衡各计算数据见表4。
表4 2004—2011年均衡区地下水均衡计算成果表
4.2 水文地质概念模型的建立
由于研究区地下水系统边界条件难以控制，本次模拟实际区域圈定根据水文条件比较清楚且比较好控制为原则，预测采取局部加密的方法。模型的面积为2884.27km 2 （包括石家庄都市区、鹿泉市、正定县、藁城市、栾城县）。
根据前述讨论可知，Q 和Q 含水层组二者为具有密切水力联3-42系的统一含水系统，因此，将其概化为一层。
地下水径流的水力坡度（除降落漏斗附近）比较平缓，在西部为2.5‰～4.1‰，在东部为0.4‰～1.0‰。又考虑到含水层厚度比较大，将地下水流作为二维平面流处理。水流各要素随时间发生变化，为非稳定流。
西部边界为山区与平原分界线，作为弱透水边界；黄壁庄水库副坝虽然已实施防渗工程，但仍有大量水流渗漏补给区内，也作为流入边界；北部以磁河为界，为侧向流入边界；东部以于家庄、十里铺、张家庄一线为界，南部以栾城、元氏县南部县界为界，均为流出边界（图8）。
4.3 模型初始值的确定
选择2004年6月的地下水流场作为建模的初始流场。降水入渗系数：根据包气带的岩性和厚度，地形地貌条件把模型区的降水入渗系数分为17个分区，参考前人工作报告，给出初值，待模拟时确定。
河渠渗漏补给强度：在模拟时段，滹沱河放水很少，暂不考虑滹沱河入渗补给；石津渠的单位长度渠道损失系数设定为0.00253km -1 ，渠道渗漏补给系数设定为0.45。
农田灌溉水入渗补给地下水的回归系数取0.185。以上各值按不同时段换算成面状补给强度。作为初值输入模型，经模拟识别确定。
图8 模型边界条件概化示意图（2011年12月）
垂向排泄强度：根据有关部门统计资料，市区部分分为水源地、自备井两部分。市辖各县按照县城和郊区把工业、生活、农业分配到各区。按照不同时段换算成排泄强度，输入模型。
边界条件的处理：西部边界、东部边界、南部边界的流量边界，其初值是根据地下水流场特征分析计算相应给出。
水文地质参数初值：根据工作区内前人的工作报告，结合区内地质、水文地质条件，对模拟区进行水文地质参数分区，并给出各分区的渗透系数和给水度初值，待模拟时确定。
4.4 模型的识别与检验
本次模型的识别验证时间段为2004年6月至2011年12月，流场拟合效果图如图9所示，钻孔地下水动态典型拟合图如图10所示。
模型识别表明：流场拟合较好，说明水文地质条件的概化是合理的，数学模型是正确的，水文地质参数、垂向补、排强度及边界的侧向径流量等，通过调整，认为是符合实际的，能够反映地下水动力条件，可用于预测。
图9 地下水流场拟合图（2011年12月）
图10 石38孔水位拟合图（2004—2011年）
5 石家庄地铁1号线、3号线各站点最高水位预测
通过前面的论述可知，石家庄地区水位变化主要受自然和人类活动影响。人类活动会对石家庄地下水产生升高效应的主要为利用南水北调江水进行地下水库调蓄。自然条件对石家庄地下水产生升高效应的主要为降水，考虑到地铁工程为百年工程，则百年一遇（P=1％）的降水会对地铁产生最不利的影响。因此根据对工程最不利的原则，将人类活动和百年一遇（P=1％）的降水叠加预测各站点最高水位。
5.1 地下水库调蓄对地下水水位的影响分析
调蓄20年后，市区降落漏斗消失，城区水位恢复至埋深15～30m左右，接近石家庄市地下调蓄规划的目标。此时，地下水流场如图11所示，该流场可以作为进一步预测（叠加百年一遇降水的影响）的初始流场。
从以上分析来看，对地下水位变化最不可控的因素就是地下水库调蓄。而地下水库调蓄量的多少则直接与用水量的多少直接相关。根据石家庄市规划，未来用水量呈增加趋势，到2020年基本完全消化掉南水北调来水。为此本次模拟采用对工程最不利最不可能的开采量和调蓄量来模拟地下水库调蓄对地下水位的影响，即保持现状开采水平不变。从分析来看，地下水库调蓄至地下水位埋深15m的概率是极小的。
图11 地下水库调蓄20年后地下水位埋深
图12 P=1％的年降雨量
5.2 各车站最高水位预测
根据前述分析，影响地铁安全运行的自然因素主要为极端降雨所产生的地下水水位急剧上升。因此，作为百年工程的地铁为预测最高水位，就必须充分考虑人类活动和自然因素对地铁最不利的情况。即，在图12地下水埋深分布的基础上，叠加百年一遇（P=1％）的降雨所产生的水位增幅，以此作为未来可能达到的最高水位。（1）百年一遇（P=1％）降雨设计：根据石家庄市1919—2011年降水量资料，采用水文频率分析法求取石家庄市百年一遇的降水量。最后根据统计参数，给定设计频率求设计值。最后得出石家庄百年一遇（P=1％）的降雨量为1140.87mm（图12）。得到百年一遇的设计值后，选择典型年对设计暴雨量按月分配雨量，选择典型年的原则为：在已有的实测系列中选取与设计值相等或接近的年份即可作为相应的代表年。如果有两个以上的年份实测值与设计值都比较接近，必须按照“年内分配最不利”的原则进一步选择确定。按照此原则，选择1963年为典型年。
图13 3号线西三教站地下水水位变化曲线
泄洪期滹沱河河道渗漏量的设计：当石家庄遇到百年一遇的降雨时，势必会引起山前水库库容不能满足调蓄的目标。根据水利局提供资料，石家庄“96·8”洪水期间，黄壁庄水库共向河道泄洪22.39亿m 3 ，本年降雨量为1097.1mm。设计百年一遇降雨量为1140.87mm，采用比对方法设计百年一遇降雨时的河道泄洪量为23.28亿m 3 。入渗系数采用1988年黄壁庄水库泄洪实测值0.41。
根据计算得到设计泄洪时滹沱河渗漏量为9.54亿m 3 。（2）石家庄地铁1、3号线一期工程最高水位预测
为预测1、3号线各站点最高水位，模型运行十年，得出1、3号一期工程各站点水位变化图，典型变化曲线如图13所示。
可以看出，极端降雨对地下水位有明显的影响，普遍导致水位上升1.0～2.0m，离滹坨河较近的个别车站，水位上升在5m以上。多数站点在极端降雨当年或第二年出现最高水位。极个别站点在极端降雨的第三年出现最高水位。根据对工程最不利原则，1、2、3号线站点在P=1％时最高水位见表5。
表5 轨道交通1号线部分站点最高水位
根据预测结果可以看出地下水库调蓄对石家庄城区水位抬升效果明显，在调蓄10年的情况下，城区水位能恢复至埋深20m左右，降落漏斗消失。在继续调控的情况下，城区水位完全可以达到调控目标，即平均埋深15m左右。在埋深15m的情况下，对地铁的换乘站会产生一定的浮力作用。如果再遇到极端降雨情况，水位会陡然上升，极有可能对整条线路产生影响。最高水位的预测必须同时考虑人类活动和自然因素的双重影响。根据对工程最不利原则为准则。当在地下水库调蓄至平均水位埋深15m且遇到百年一遇（P=1％）时，此时的水位为最高水位。在该情况下各站点水位普遍上升1.0～3.0m。最浅水位埋深为8.51m，最深水位埋深17.09m。多数埋深在11.0～13.0m之间。
6 石家庄地铁1、3号线一期工程各站点抗浮水位预测
6.1 抗浮水位计算模型
根据石家庄市轨道交通1、3号线一期工程结构埋深、土层分布条件和未来地下水位可能上升到的最高值，确定适合于石家庄市轨道交通1、3号线一期抗浮设防水位计算的模型有8类。各模型的特征参见表6。
表6 石家庄市轨道交通抗浮设防水位部分计算模型
6.2 各车站抗浮水位的确定
根据设计提供的资料和各车站所在场地的地层分布特点，将设防水位研究涉及的37个车站的结构底板与地层的组合关系进行分析，典型关系参如图14及图15所示。
图14 地铁1号线西王站
图15 地铁3号线新石家庄站
6.3 各车站抗浮水压力值建议
在确定各车站的抗浮设防水位时，利用前面预测得到的各车站所在场地未来可能遭遇的最高地下水位、各车站结构底板埋深和场地地层分布特点，确定适合于各车站的抗浮设防水位计算模型，根据各车站各自适用的计算模型，确定相应的抗浮设防水位。计算结果表明，本次涉及的车站中有9个车站的基底水压力为0，其余车站的基底水压力在3.6～129.4kPa之间，其中3号线的中山广场站和柏林庄站基底水压力较大，详见表7。
表7 部分车站抗浮设防水位一览表
7 结论
本报告在分析石家庄市轨道交通所在场地水文地质条件及影响地下水位变化的各种因素的基础上，通过地下水渗流数值分析，结合轨道交通沿线地层分布及初步设计条件，确定石家庄市轨道交通1、3号线一期各车站的抗浮设防水位建议值，得到以下几点结论：（1）石家庄市轨道交通沿线目前地下水位埋藏较深，一般大于25m。（2）石家庄地区影响地下水位升降的因素主要有地下水开采、大气降水、黄壁庄水库放水、灌溉回归水入渗等。（3）石家庄市轨道交通1、3号线一期各车站未来地下水位有可能上升到地面下埋深约10.96～16.58m左右。（4）根据石家庄市地铁结构底板埋深、地层分布特点和未来地下水位可能达到的最高值，得到石家庄市轨道交通1号和3号线一期各车站基底水压力建议值，其中有9个车站的基底水压力为0，其余车站的基底水压力在3.6～129.4kPa之间。
参考文献
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[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50021—2001岩土工程勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.轨道交通采空区勘察及处理方法对比分析
程海陆，张继伟，张勇（北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100010）
摘要： 轨道交通采空区勘察比较少见，国内外目前采空区的主要以地质调查、地球物理勘探、工程钻探验证为主，辅以变形监测等。在通过介绍几种常用勘探方法的同时，比较分析了乌鲁木齐和徐州遇到的两处采空区的勘探及处理方法，对目前国内轨道交通采空区勘探有一定的指导意义，为后续的轨道交通的采空区勘察能够找到一种经济实用的方法提供一定的借鉴。
关键词： 采空区；勘察手段；地质调查；超高密度电法；瞬变电磁；地微动；处理方法
轨道交通勘察极少遇采空区，随着近几年轨道交通在矿产丰富的城市规划建设，穿越采空区情况时有发生。
地下采空区，根据开采现状可分为老采空区、现采空区及未来采空区三类。根据开采规模和采空区面积划分为大面积采空区及小窑采空区。根据煤层开采形式划分为长壁式开采、短壁式开采、条带式开采、房柱式开采等采空区。根据采深及采深、采厚比分为浅层采空区、中深层采空区和深层采空区。根据煤层倾角分为水平（缓倾斜）采空区、倾斜采空区和急倾斜采空区。
例如乌鲁木齐市轨道交通1号线工程南湖北路站—王家梁站区间经过的六道湾村煤矿属于大面积中深层（大于50m小于200m）急倾斜（倾角大于55°）的老采空区；徐州市轨道交通2号线一期工程（姚庄站西—文博园站）区间经过的煤矿则属于中深层小窑倾斜的老采空区。
采空区围岩变形破坏往往波及地表，使之产生沉降，形成地表移动盆地，甚至出现崩陷和裂缝，危及建构筑物安全，这种变形对轨道交通的线路走向选择及其地基处理有着重要的影响。目前轨道交通对下伏采空区的勘察手段主要包括工程地质测绘、工程物探、钻探等。
1 采空区常用勘察手段与方法
1.1 地质调查
地质调查是采空区勘察的重要手段之一，轨道交通一般调查场地内及周边矿区的开采起始时间、开采方式、规模、开采矿层、产状、采深采厚比、回采率、顶板管理方式、煤（岩）柱留设情况和盘区划分、采空区充填情况、地下水赋存、有害气体等情况，尤其搜集矿区井上、井下对照图，采掘工程平面图，矿层底板等值线图等与开采有关的图件。同时注意已有建（构）筑物的类型、基础形式、变形破坏情况及其原因等。
对于国有大矿采空区，采矿资料一般比较齐全，能够比较清晰调查清楚采空区的分布范围；但是对于小煤窑采空区，资料往往不全甚至无资料。
乌鲁木齐市轨道交通1号线工程南湖北路站—王家梁站区间经六道湾村煤矿属于较大煤矿，地质调查资料比较清晰，而徐州市轨道交通2号线一期工程（姚庄站西—文博园站）经过的棠张矿属于小型煤矿，而且年代久远，具体开采情况则不清晰。
1.2 超高密度电法
1.2.1 方法原理
超高密度电法是一种阵列勘探方法。野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的决速和自动采集，当将测量结果送入计算机后，还可对数据进行处理并得出关于地电断面分布的各种图示结果，工作示意图见图1。
1.2.2 仪器设备
图2为澳大利亚的ZZ Resistivity Imaging研发中心生产的FlashRES64超高密度电法正反演系统。
图1 高密度电法工作图
图2 FlashRES64超高密度电法正反演采集系统
FlashRES64多通道超高密度地面/井—地/井—井直流电法勘探系统主要由仪器主机箱、便携式计算机、电缆、电极、数据采集控制软件、数据处理和反演成像系统等6大部分组成。
FlashRES64采集系统打破常规采集方式，可用任何排列组合，采用多通道、多电极、全波形的数据采集方式，61道数据同时采集，其数据采集的效率是同类仪器的40倍以上。该系统可以使用井—井、井—地布极方式，弥补了地表电法勘探对深部地质异常体勘察精度低的不足，使电极更加接近目标体，完全满足勘察的要求。借助于系统自带的反演软件，得到更有效的信息，这在工程物探中是非常需要的。系统自带2.5维反演软件能够将野外采集的数据直接反演为真电阻率图。
1.2.3 工作方法
FlashRES64超高密度电法仪不仅可以做地表高密度电法勘探（电极排列见图3），也可以做井间、井地结合勘探，因此其应用范围比普通电法大大增强。
图3 超高密度电法地—地布极方式
1.2.4 超高密度电法的应用
超高密度电法能够得到比普通高密度电法更多、更准确的电阻率信息。在徐州市轨道交通2号线一期工程（姚庄站西—文博园站）进行了应用。图4为剖面电阻率异常图，图中显示两个低阻异常。
图4 姚庄站西—文博园站区间超高密度电法其中1条测线电阻率剖面图
1.3 瞬变电磁法成果
1.3.1 方法原理
瞬变电磁法是向地下发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体受激引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场，二次场的大小与地下地质体的电性有关，低阻地质体感应二次场衰减速度较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势，对二次电位进行归一化处理后，根据归一化二次电位值的变化，间接解决如陷落柱、采空区、断层等地质问题。该方法具有分辨能力强、工作效率高、受地形影响小、能穿透高阻覆盖层等优势，迅速发展成为高效、快捷的物探方法。
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