城市暗涵隧洞施工技術(shù)示例——南水北調(diào)中線京石段緊急供水工程

仲兆偉

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

0 前 言

城市暗涵隧洞施工技術(shù)已在地下鐵路、市政工程、人防工程廣泛應(yīng)用，在城市煤氣、電力、給排水及排污管線的應(yīng)用也不少見，但應(yīng)用于大型有壓輸水工程，尤其是幾公里至幾十公里長輸水管線，全部建在城市高速路、高層建筑物或城市明河之下，目前國內(nèi)極少。南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程( 北京段) 西四環(huán)暗涵工程施工，就是應(yīng)用此項技術(shù)的一個典范。

1 工程概況

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程( 北京段) 西四環(huán)暗涵土建工程( 第一標) ，工程編號為9 423，從起點到終點單線全長1857.893 m。輸水設(shè)計流量為30 m3/s，加大流量為35 m3/s。本工程全部采用淺埋暗挖法施工，全線為雙線圓形暗涵，暗涵為外徑φ 5 200 mm、內(nèi)徑φ 4 000 mm的圓形，其初期支護為300 mm厚C30噴射鋼筋混凝土，二次模注結(jié)構(gòu)為C30W8 的防水鋼筋混凝土。工程橫斷面見圖1。

暗涵隧洞分左線和右線兩條，標準段兩暗涵外壁相距7 m。暗涵洞身采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，一襯采用淺埋暗挖法施工，正臺階法開挖，上拱180°小導(dǎo)管注漿固結(jié)圍巖，架設(shè)格柵鋼架，噴射混凝土，背后270°回填灌漿;二襯為模筑鋼筋混凝土，臺車和組合鋼模澆筑一次成型; 一二襯之間鋪設(shè)連續(xù)防水板，微膨脹水泥漿回填灌注。

2 暗涵隧洞施工

暗涵隧洞施工是在臨時豎井和施工廊道完成后，在廊道兩側(cè)開暗涵雙線隧洞馬頭門，開馬頭門是暗挖隧洞的一個重要環(huán)節(jié)，和臨時豎井開馬頭門相似。在施工廊道施作初期支護時，在馬頭門上方采用工字鋼架作加強梁。開馬頭門前施作小導(dǎo)管預(yù)注漿，并在開口處密排2 榀格柵鋼架。由施工廊道進入供水暗涵施工時，先施工右線暗涵，當右線進洞15 m并且初期支護封閉成環(huán)后，開始施工左線暗涵，左線、右線始終保持約15 m的距離，當接近貫通時，左線暫停開挖，并封閉掌子面，待右線貫通后在施工左線。

圖1 工程橫斷面示意圖

3 施工原則

隧洞開挖支護施工中，嚴格執(zhí)行“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的十八字施工原則。

管超前——在工作面開挖前，沿隧洞拱部周邊按設(shè)計打入超前小導(dǎo)管，以架立的鋼格柵為支點，起超前支護的作業(yè)。

嚴注漿——在打設(shè)超前小導(dǎo)管后注漿加固地層，使松散、松軟的土體膠結(jié)成整體。增強土體的自穩(wěn)能力，和超前小導(dǎo)管一起形成縱向超前支護體系，防止工作面失穩(wěn)。

短開挖——每次開挖循環(huán)進尺要短，開挖和支護時間盡可能縮短。

強支護——采用鋼格柵和噴射混凝土進行較強的早期支護。

早封閉——開挖后初期支護要盡早封閉成環(huán)，以改善受力條件。

勤量測——量測是對施工過程中圍巖及結(jié)構(gòu)變化情況進行動態(tài)跟蹤的重要手段，對圍巖和支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，應(yīng)變監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制位移——時間曲線，當位移——時間曲線出現(xiàn)反彎點時，表明圍巖和支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，加密監(jiān)視，加強支護，確保施工安全。嚴格控制地表的沉降變形和拱頂下沉。確保地面建筑和地下管線的安全及隧洞施工安全。是城市地下隧洞施工最重要的保證指標之一。

4 隧洞初支施工步序

暗涵隧洞施工步序見圖2。具體如下:

1) 施工時首先沿隧洞洞拱部外輪廓打超前小導(dǎo)管，并注改性水玻璃漿液層加固地層。

2) 用環(huán)形土方開挖法開挖上臺階土方，如核心土自穩(wěn)能力差，則需在掌子面進行注漿加固，同時用砂漿或噴射混凝土封閉掌子面。

3) 安裝上臺階格柵拱架，焊接縱向連接鋼筋、掛鋼筋網(wǎng)，同時在拱角處打入φ 25 鎖腳錨管( 長2.5 m) ，然后噴射混凝土，完成上部的初期支護。

4) 開挖上臺階預(yù)留核心土。

5) 開挖下半部土方。

6) 安裝下臺階格柵拱架，焊接縱向連接鋼筋、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土，封閉初期支護結(jié)構(gòu)。

7) 適時的進行背后回填注漿，防止地表沉降超標。

5 作業(yè)程序說明

5.1 超前小導(dǎo)管作業(yè)( 包括鉆孔、布管、注漿工作)

鉆孔:可人工采用風鎬等工具打入，如卵石粒徑較大，人工打入有困難，也可采用TY28 型風鉆孔后，結(jié)合人工打入。

布管:小導(dǎo)管為內(nèi)徑φ 25、壁厚5 mm的鋼管，管壁設(shè)φ 6～8 mm出漿孔，孔距10 ～20 mm，小導(dǎo)管長2.25 m，沿隧洞拱頂外輪廓線間距為300 mm，布置范圍為拱頂180°范圍，特殊地段可進行全斷面布管、注漿，小導(dǎo)管打入時外插角約15°。如施工過程中土質(zhì)較差，環(huán)向間距可適當加密。每環(huán)小導(dǎo)管間縱向搭接長度不小于1 m，小導(dǎo)管尾端與鋼架焊接為一體，注漿加固。漿液全部注入后，到預(yù)定的時間，強度達到設(shè)計要求才能開挖。

5.2 上臺階開挖

人工沿拱部輪廓線開挖，預(yù)留核心土，循環(huán)進尺500 mm。

5.3 初噴混凝土

在拱部開挖后立即進行初噴3 ～5 cm厚混凝土，封閉找平開挖面，防止圍巖表面剝離坍落。

5.4 支立鋼格柵

鋼格柵由主筋按設(shè)計焊接而成，鋼格柵安設(shè)緊貼初噴混凝土面，鋼架間距500 mm。鋼架之間采用縱向鋼筋連接，與主筋焊接。兩側(cè)拱腳處各設(shè)兩根鎖腳錨管，并與鋼架焊接，注漿加固土體。

5.5 掛網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)在初噴和架立鋼格柵間鋪設(shè)。鋼筋網(wǎng)搭接長度不小于200 mm。

5.6 噴射混凝土

分層噴射達到設(shè)計厚度300 mm，摻和一定量的速凝劑提高早期強度。

5.7 進尺

上部分進尺2 ～3 m后，開始下臺階開挖。

5.8 掛網(wǎng)

掛網(wǎng)、立設(shè)下部邊墻和仰拱鋼格柵復(fù)噴至設(shè)計厚度。

5.9 隧洞封閉3 ～5 m后，封閉掌子面，進行背后回填注漿

注漿范圍不應(yīng)小于隧洞上部的270°范圍，漿液宜選用水泥漿，并摻入適量的微膨脹劑。注漿要保證管路暢通，注漿結(jié)束的標志以控制終壓和注入量為主。

6 暗涵二襯施工

暗涵主體結(jié)構(gòu)二襯混凝土施工主要內(nèi)容包含: 結(jié)構(gòu)外防水施工、鋼筋施工和混凝土澆筑施工。施工時不留縱向施工縫，整個洞體一次澆成型，原則上每10 m為一個施工段，每20 m設(shè)一道變形縫，兩道變形縫之間設(shè)一道環(huán)向施工縫。暗涵結(jié)構(gòu)厚度為300 mm，內(nèi)、外雙層配筋，內(nèi)、外側(cè)環(huán)向鋼筋均為φ 18@200，縱向鋼筋為φ 14@200。詳見圖3。

施工程序為:初支表面處理→鋪設(shè)防水材料→綁扎鋼筋→安裝模板→混凝澆筑→脫?！乱谎h(huán)澆筑。

洞身二次襯砌根據(jù)按工期的要求，計劃安排n 套模板臺車進行襯砌:雙線各1/ 2 n 套。均采用商品混凝土，泵送入模，振搗以附著式振搗器搗固為主。所有外露混凝土表面( 包括暗涵內(nèi)表面) 均應(yīng)采用符合《水利水電工程模板施工規(guī)范》DL5110—2000 要求的裝飾性模板。二襯暗涵施工采用模板臺車進行模筑，針梁式模板臺車的型式詳見圖4。

1) 安裝臺車支撐體系和移動軌道。

2) 每一環(huán)模板由a、b、c 三類模板組成，支撐桿的長度是可調(diào)的，其中頂部的模板a 與b 模板之間為凹凸接口，在一段混凝土模注完成后，模板a 可以自由下降，b、c 類模板間采用鉸接連接，在模板a 下降后可以向內(nèi)收，整個模板臺車就可以沿著縱向支撐梁移至下一段。

3) 將臺車推至指定位置，從下向上組裝臺車，先將臺車鋼框架通過絲桿調(diào)至標準尺寸，逐塊向上排組合模板，環(huán)向模板搭接≥20 cm。

4) 與每榀拱架相對應(yīng)的圓頂處吊垂線，調(diào)節(jié)豎向支撐器及兩側(cè)水平絲桿，同時激光中心線穿過臺車掛好的垂線。模板預(yù)留混凝土自重下沉量控制在1 ～2 cm。臺車有效工作長度10 m。

5) 測量模板與防水膜之間的凈空，使之滿足壁厚的要求，經(jīng)檢驗無誤后裝端頭模板，并用木?；蚰拘ㄈo空隙，由于混凝土臺車的施工順序均為從低處向高處進行不利于混凝土灌注時拱頂氣體的排出。

6) 模板與防水層之間的凈空應(yīng)符合二襯混凝土厚度的要求。端頭模板用木模拼裝，由于混凝土澆筑順序是從低處向高處，故應(yīng)在端頭模板位置設(shè)φ 32 鋼管進行排氣。

7) 在模板圓頂處每4 m留一φ 200 圓孔為投料孔，采用混凝土輸送泵輸送灌注混凝土，混凝土澆筑前，對模板和支撐體系進行預(yù)檢，必須保證支撐體系牢固，同時每段至少預(yù)留2根φ 32 鋼管( 上端距防水層1 cm，下端伸出模以外10 cm，作為觀察孔和放氣孔) ，以確?；炷聊Ｗ⒚軐?，變形縫、注灰孔等關(guān)鍵部位確認合格后方可澆筑。澆筑過程中和結(jié)束前應(yīng)密切注意變化，防止?jié)仓粚嵒蚺苣！?/p>

7 結(jié)束語

城市暗涵隧洞施工技術(shù)還包含了許多分項工序的施工技術(shù)和措施，比如:初支表面處理; 鋪設(shè)防水材料; 鋼筋施工;模板施工;混凝土澆筑準備; 防水混凝土; 混凝土澆筑; 拆模和養(yǎng)護;缺陷處理等等。

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程( 北京段) 西四環(huán)暗涵工程，地下管線縱橫交錯、種類繁多，暗涵施工必須克服地質(zhì)條件差、質(zhì)量要求高、施工工期緊、施工場地狹小、環(huán)保要求高等因素，有效地加強現(xiàn)場施工的過程控制，提高施工質(zhì)量，尤其要加強對過橋、過高層建筑物和河道區(qū)的監(jiān)控測量，保證工程施工安全。

［1］汪易森.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程設(shè)計和施工中的主要技術(shù)問題［J］. 水利水電技術(shù)，2009，40(1) :10－16.