南水北調(diào)西四環(huán)暗涵分水口暗挖施工方法總結(jié)

王 鑫

（1.山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024；2.太原理工大學(xué)水利學(xué)院，山西 太原 030024）

1 工程簡(jiǎn)介

南水北調(diào)中線工程的功能為跨流域向北京市提供生活和工業(yè)用水，從根本上解決北京水資源的供需矛盾，保障了首都的供水安全。南水北調(diào)西四環(huán)暗涵工程是南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程（北京段）總干渠在南干渠分水后向團(tuán)城湖輸水的建筑物。西四環(huán)暗涵全長(zhǎng)12.64 km，為總干渠末端的控制性工程。

暗涵分水口為暗涵主洞與永定河引水渠的分水聯(lián)絡(luò)通道，分為暗涵與豎井兩部分。豎井部分共8.2 m，分水暗涵共90.442 m。其平面及縱斷面圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 西四環(huán)暗涵四標(biāo)右分水口平面圖

其中，暗挖部分暗涵將穿越西四環(huán)輔路，金溝河橋樁，最后與主暗涵連接貫通。右分水口暗涵起點(diǎn)樁號(hào)YY0+000.00，終點(diǎn)樁號(hào)YY0+070.242，總長(zhǎng)共計(jì)70.242 m。暗涵自樁號(hào)YY0+065.942起至YY0+014.00共41.942 m拱底高程逐漸下降8.217 m，平均每米下降約15.8 cm。暗涵開(kāi)挖洞徑3.7 m，一襯初支后洞徑3.1 m。其中，拱頂距地面高程最短處為2.05 m。

主要工程量，暗涵總長(zhǎng)70.242，共開(kāi)挖土方755 m3，噴射C30砼225 m3，約進(jìn)行循環(huán)140次，預(yù)計(jì)工期40天。

圖2 西四環(huán)暗涵四標(biāo)右分水口縱斷面圖

2 暗涵施工方法簡(jiǎn)介

淺埋暗挖法施工嚴(yán)格執(zhí)行“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤監(jiān)測(cè)”的十八字方針，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保持隧洞安全。

暗涵采用淺埋暗挖上下臺(tái)階法進(jìn)行施工，由大里程向小里程施工。暗涵開(kāi)挖直徑3.7 m，斷面尺寸較小，分臺(tái)上臺(tái)下兩個(gè)臺(tái)階組織施工，分別按照打設(shè)小導(dǎo)管、開(kāi)挖土體（注意預(yù)留掌子面的核心土）、鋪設(shè)拱部外側(cè)鋼筋網(wǎng)、架立拱部鋼格柵并打設(shè)鎖腳導(dǎo)管（節(jié)點(diǎn)鋼筋焊接）、焊接縱向連接筋、鋪設(shè)拱部?jī)?nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)、噴射拱部砼。在拱部上臺(tái)階各步序施工時(shí)，下臺(tái)階各步序也平行作業(yè)、及時(shí)跟進(jìn)，保持臺(tái)階長(zhǎng)度在3.7～4.5 m，使初支盡早封閉成環(huán)，成為可靠的受力體系。初支時(shí)預(yù)留注漿花管，以便及時(shí)對(duì)初支背后進(jìn)行注漿，避免產(chǎn)生過(guò)大的沉降。施工全過(guò)程可歸納為：①探明各地下管線，測(cè)量放線；②打設(shè)前用φ25小導(dǎo)管注漿；③人工挖土（臺(tái)階法）；④架立格柵鋼架及網(wǎng)片；⑤預(yù)埋回填注漿管；⑥噴射C30混凝土；⑦回填注水泥漿（距掌子面5 m）；⑧監(jiān)控量測(cè)全過(guò)程；⑨監(jiān)理驗(yàn)收評(píng)定。

3 施工中的重難點(diǎn)

3.1 底層松散，埋深淺

所施工開(kāi)挖的地層是第四紀(jì)全新統(tǒng)地層，該地層多為砂卵礫石層，結(jié)構(gòu)松散。埋深最淺處離地表只有0.97 m，且位于碼頭門(mén)處，施工時(shí)極易引起塌方。

3.2 暗涵隧道施工既快速下降又迅速轉(zhuǎn)彎

如圖1、圖2所示，暗涵在樁號(hào)YY0＋065.942高程開(kāi)始下降，在樁號(hào)YY0＋051.296～樁號(hào)YY0＋063.863圓曲線段既有方向的轉(zhuǎn)彎，又有高程的下降。施工時(shí)掌子面容易坍塌，且暗涵的空間位置不易把握。

3.3 各地下管線較密，且大管徑污水管距開(kāi)挖面距離較近

據(jù)圖紙及實(shí)地勘測(cè)，暗挖該段暗涵，共穿越16根各種地下管線，尤其是圖1中，在暗涵YY0＋027.850處開(kāi)挖拱頂上方約0.97 m處有一直徑φ1 050 mm的混凝土污水管，混凝土污水管的老化及超挖、坍塌等都易引起污水管的開(kāi)裂泄漏，甚至是管內(nèi)污水的大面積泛濫，一旦污水管破裂，后果極為嚴(yán)重。

4 施工難點(diǎn)的解決方案

4.1 小導(dǎo)管注漿預(yù)加固地層

針對(duì)分水暗涵在靠近豎井部分埋深淺，且底層松散。在豎井挖設(shè)時(shí)，在豎井壁上沿頂拱180°范圍埋設(shè)預(yù)留鋼管，見(jiàn)圖3。豎井施作完畢后，向預(yù)留鋼管重打設(shè)長(zhǎng)2.5m直徑Ф32的無(wú)縫鋼管，灌注水泥水玻璃混合漿液，在洞口應(yīng)力較小變化時(shí)，將連立的兩榀加強(qiáng)格柵支設(shè)完畢。進(jìn)洞后的施工，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，開(kāi)挖前在拱頂部位打設(shè)足夠量的超前小導(dǎo)管并注漿，且在質(zhì)地情況較差及管線較近地段加密打設(shè)，加強(qiáng)注漿，見(jiàn)圖3。從監(jiān)控測(cè)量的情況分析（圖4），馬頭門(mén)施工對(duì)地表沉降控制較好，最大沉降值6.10 mm。

圖3 馬頭門(mén)超前小導(dǎo)管橫剖面圖

圖4 馬頭門(mén)沉降點(diǎn)回歸分析

4.2 詳盡的管線調(diào)查及超前探測(cè)

在熟悉圖紙的情況下，組織人員對(duì)暗涵所穿越地層進(jìn)行實(shí)地管線勘測(cè)，繪制詳細(xì)的管線位置及高程圖，向全體施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。暗涵開(kāi)挖施工中，使用洛陽(yáng)鏟等工具對(duì)即將開(kāi)挖的地層進(jìn)行超前探測(cè)，為小導(dǎo)管打設(shè)及注漿提供充足數(shù)據(jù)，使得遇到注水玻璃漿液對(duì)地層加固作用不大的特別松散的地層，如全礫石層時(shí)，注水泥水玻璃混合漿液，而非按設(shè)計(jì)圖紙只灌注水玻璃漿液，保證開(kāi)挖安全。其次，在土層開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)前方地層進(jìn)行觀察，做好地質(zhì)編錄，并對(duì)下一地層進(jìn)行推斷，結(jié)合洛陽(yáng)鏟等工具超前探測(cè)結(jié)果，知道下一循環(huán)的施工，如此往復(fù)，保證對(duì)地層地質(zhì)情況的嚴(yán)密監(jiān)控，控制并避免出現(xiàn)開(kāi)挖施工事故。

4.3 監(jiān)控測(cè)量

監(jiān)控測(cè)量緊跟施工每一個(gè)步驟，包括地表沉降監(jiān)測(cè)及洞內(nèi)收斂監(jiān)測(cè)。

地表沉降測(cè)量是保證下一步施工正常進(jìn)行的一個(gè)重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。開(kāi)挖施工前，沿暗涵中心線開(kāi)挖方向，結(jié)合地表建筑物情況，每5 m布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。施工時(shí)對(duì)每個(gè)點(diǎn)每天進(jìn)行一次測(cè)量，對(duì)于個(gè)別沉降較大或沉降速度較快的點(diǎn)一天兩測(cè)。并結(jié)合各方面情況對(duì)沉降較大的點(diǎn)進(jìn)行分析，找出導(dǎo)致沉降異常的原因，并及時(shí)進(jìn)行處理，保證開(kāi)挖施工安全。

洞內(nèi)收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)為沿暗涵壁環(huán)向方向，隨施工進(jìn)度，5 m一個(gè)斷面進(jìn)行布置。施工時(shí)，每個(gè)斷面每天一測(cè)。發(fā)現(xiàn)收斂較大的點(diǎn)時(shí)，及時(shí)進(jìn)行第二次、第三次回填灌漿，保證已經(jīng)支護(hù)完成的暗涵安全，施工的順利進(jìn)行。

4.4 堅(jiān)持快封閉原則

暗涵開(kāi)挖要穿越西四環(huán)輔路，為了使得地表沉降量最小，施工中加強(qiáng)管理，保持上下臺(tái)階的長(zhǎng)度，不得超過(guò)4 m，使支護(hù)完畢的頂拱盡快成環(huán)，最大化地降低施工引起的地表沉降。

5 工程經(jīng)驗(yàn)

5.1 有效地控制了沉降

施工驗(yàn)收完成后的監(jiān)控測(cè)量表明，整段分水暗涵的地表最值為10.3 mm，低于業(yè)主要求的15 mm的警戒值。其中，位于樁號(hào)YY0+058處的yfs-8點(diǎn)在暗涵開(kāi)挖施工兩天后沉降速率變大，達(dá)到1.31 mm/天，發(fā)現(xiàn)此情況后，馬上安排人員注漿，及時(shí)控制了沉降的進(jìn)一步加劇，事故后分析，事故原因應(yīng)為原底層孔洞因開(kāi)挖擾動(dòng)造成的地表沉降加劇。

5.2 保證開(kāi)挖施工安全

眾多的城市地下工程事故分析可知，地下污、雨水管線是造成事故的一個(gè)重大隱患。而分水暗涵頂端距某污水管線的最大距離僅0.97 m，稍有不慎，將使污水管拉裂或小導(dǎo)管施工破壞管壁，后果不堪設(shè)想。施工中，測(cè)量及技術(shù)人員精確測(cè)量、放線，對(duì)開(kāi)挖施工嚴(yán)密控制，使得暗涵成功地安全穿越各地下管線，尤其是安全穿越大孔徑污水管，保證了施工安全和質(zhì)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）埋深淺的地下隧洞開(kāi)挖前，必須做好地下管線的詳盡勘查，并精確放線，保證開(kāi)挖施工的安全。

（2）預(yù)加固地層要根據(jù)地層的變化及時(shí)調(diào)整材料用量及施工方法，不可教條地按圖施工，既要使材料使用經(jīng)濟(jì)化，又要保證下一步的開(kāi)挖施工。

（3）監(jiān)控測(cè)量一定要及時(shí)準(zhǔn)確，實(shí)事求是，認(rèn)真及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取科學(xué)的處理方法，把可能出現(xiàn)的事故消滅在萌芽狀態(tài)。

（4）及時(shí)封閉成環(huán)和及時(shí)回填灌漿是阻止地表沉降的重要方法和注意事項(xiàng)，施工時(shí)一定要認(rèn)真落實(shí)，保證施工質(zhì)量。

（5）洞徑小、變坡大的箱涵施工時(shí)，一定要采取一定的機(jī)械及技術(shù)方法，改進(jìn)出碴方式，在保證安全及質(zhì)量的前提下加快施工進(jìn)度。作者簡(jiǎn)介：王鑫，男，1983年2月出生，太原理工大學(xué)在職研究生，助理工程師。