新技术下的“北京地下城”
摘要: 目前，北京地下空间建成面积已达 3000万平方米；近年来平均每年增加约300万平方米，其中地下停车空间约占30%。到2020年，北京市域地下空间将达到9000多万平方米，人均拥有地下空间建筑面积可达5平方米。北京地下空间 ...
[提要]目前，北京地下空间建成面积已达3000万平方米；近年来平均每年增加约300万平方米，其中地下停车空间约占30%。到2020年，北京市域地下空间将达到9000多万平方米，人均拥有地下空间建筑面积可达5平方米。北京地下空间发展的工程规模甚大，施工安全问题十分突出。
图：北京地下城内部。 目前，北京地下空间建成面积已达3000万平方米；近年来平均每年增加约300万平方米，其中地下停车空间约占30%。到2020年，北京市域地下空间将达到9000多万平方米，人均拥有地下空间建筑面积可达5平方米。北京地下空间发展的工程规模甚大，施工安全问题十分突出。
随着北京地下工程（地铁）建设的快速发展，越来越多的隧道工程需要穿越大量建筑物、地下管线、各类复杂地层，尤其是含水量高的软黏土地层、液化程度高的砂层、局部地层空穴及富水不良地质体。比如，北京城市隧道施工经常遇到古河道、明清管沟与长期渗漏造成液化的富含水分土层，使得施工面临严重挑战。在此情况下，如何预报开挖面前方的地质情况，选取合理、安全可靠的预加固技术以避免灾害事故的发生，是地铁开挖成功与否的关键。
我国当前所应用的各种隧道施工超前地质预报方法均存在不同程度的问题和缺陷，真正适合城市暗挖隧道施工超前地质预报的实用方法还比较少，大多方法仍处于试用和推广阶段。
现有的短距离预报主要采用地质雷达法，探测掌子面前方，但对掌子面上方的情况探测不到，使一些灾害体在隧道开挖后从上方出现，威胁隧道施工。因此，2007年，北京市科委通过市区两级政府重大科技需求专项设立科技项目“城市暗挖隧道施工超前地质预报系统研究”。
研究人员通过对地震反射法位置（距离）偏移技术的大量研究，提出了“角度偏移”的空间采集、处理、显示方法与技术，将极大推动地下工程探测、预报技术的深层次发展；首次提出了“角度+位置偏移的联合体系”。这是地下工程超前地质预报的最佳方法。
目前，如何利用地震波的角度偏移和位置偏移的联合体系照亮地下空间是世界级难题，大量的岩溶超前探测与预报问题也亟待解决。此次，研究人员通过研究仿生学眼睛的形觉、光觉、色觉、立体觉功能与地下空间探测的对比关系，提出了利用地震角度偏移法实现“照亮地下”的理论构想、可实现性及效果。在地下空间探测中，地震波角度偏移法将发挥巨大作用。
在专家组和科委主管工程师的建议下，照亮地下系列技术将进一步在北京地铁和深埋长大隧道工程中试验应用，进行地震波检波器的小型化、微型化研究，以提高分辨率，便于产业化发展。
研究人员还自主研制出了综合参数预报仪USEP21系统，实现了数据采集和处理、空间三维展示、震源点动态扫描等多项技术的综合集成创新。此系统结合地下工程施工的具体特点，受现场条件的场地影响小，更加实用和易于判译，在隧道及地下工程建设中将有广泛的应用前景。
经过两年多的努力，课题组研制出的隧道施工综合参数和空间超前地质预报方法、USEP装备，得到了验收专家组的肯定。专家们一致认为，此成果属国内、外首创，达到了国际领先水平。
现在，课题成果已成功应用于北京地铁4号线、大兴线的局部工程，西六环卧龙岗隧道、108国道南村隧道等不同岩石和土层隧道工程，预报准确率达80%以上，具有很好的推广价值。 |
