中心城區(qū)深埋暗挖車站利用綜合管廊洞內(nèi)降水的綜合施工技術(shù)優(yōu)化探討

王海明

（中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100018）

1 引言

目前，國(guó)內(nèi)外需要降水的地鐵工程，無(wú)論明挖、暗挖，其施工降水的方法主要是由地面打設(shè)降水井進(jìn)行抽排降水施工，占用地面面積較大、需要占道施工，而且在中心城區(qū)繁華地段，周邊建筑物眾多、地下管線密集，在征地困難的情況下難以實(shí)施，無(wú)地面降水條件。如果單純采用洞內(nèi)降水，需要沿車站四周額外開(kāi)挖一條隧道進(jìn)行降水井的施工，用降水導(dǎo)洞降水代替地面降水井降水[1，2]，在地鐵車站施工完成后再行回填、廢棄，投資額增大、地下空間浪費(fèi)?；诖?，本文以北京地鐵8號(hào)線三期王府井北站降水工程為工程研究背景，采用地下綜合管廊與地鐵車站降水導(dǎo)洞相結(jié)合[3]，同期共同建設(shè)，在施工過(guò)程中研究了洞內(nèi)降水小型化、電動(dòng)化的機(jī)械改造方案、泥漿池的優(yōu)化以及大揚(yáng)程排水系統(tǒng)的設(shè)置方法，研究結(jié)果可為同類工程的設(shè)計(jì)施工提供借鑒。

2 工程概況

北京地鐵8 號(hào)線三期王府井北站為深埋暗挖車站，該車站為兩層三跨14 m 島式車站，車站總建筑面積為15 714 m2，車站主體結(jié)構(gòu)采用PBA 工法施工，結(jié)構(gòu)拱頂覆土約13 m，下導(dǎo)洞埋深30 m，地下水豐富，因工程地處核心商業(yè)區(qū)，周邊建筑物眾多、地下管線密集，地面無(wú)降水條件，故利用綜合管廊做車站洞內(nèi)降水施工。本工程土層從上至下主要為：雜填土、黏質(zhì)粉土、細(xì)砂-中砂、卵石、粉質(zhì)黏土及細(xì)砂-中砂。地下共分布有3 層地下水，分別為上層滯水、層間水及潛水承壓水。上導(dǎo)洞拱頂位于細(xì)中砂層，下導(dǎo)洞拱底位于承壓水卵石地層（水面以下4 m）。

為保證地鐵車站的正常開(kāi)挖，在車站上導(dǎo)洞的上方兩側(cè)設(shè)置與綜合管廊相結(jié)合的降水導(dǎo)洞[4]，該導(dǎo)洞前期作為車站的降水導(dǎo)洞使用，后期作為綜合管廊，降水導(dǎo)洞位于車站外側(cè)上方，水位線以上，既可保證降水導(dǎo)洞開(kāi)挖可實(shí)施性，又能保證后期降水的輻射范圍及不影響地鐵施工。

3 綜合管廊兼降水導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)

綜合管廊兼降水導(dǎo)洞采用暗挖法施工，考慮滿足入廊管線布置要求，開(kāi)挖斷面尺寸為7.6 m×5.55 m，分上、下2 個(gè)洞室，設(shè)置1 層臨時(shí)仰拱，調(diào)整初期支護(hù)形式及臨時(shí)仰拱位置，為下層施作降水井創(chuàng)造空間，下層凈寬≥3.5 m，凈高≥4.5 m，以保證鉆井機(jī)械活動(dòng)空間。降水導(dǎo)洞上層導(dǎo)洞超前加固采用小導(dǎo)管注漿或深孔注漿的形式，采用全斷面開(kāi)挖的方式，并預(yù)留核心土，待上層導(dǎo)洞開(kāi)挖進(jìn)尺符合設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行下層導(dǎo)洞開(kāi)挖，下層導(dǎo)洞采用臺(tái)階法開(kāi)挖，臺(tái)階長(zhǎng)度保證3～5 m。嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)和施工規(guī)范，采用格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)、鎖腳錨管、超前小導(dǎo)管及濕噴混凝土組成的聯(lián)合支護(hù)方式及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)[5]。綜合管廊兼降水導(dǎo)洞開(kāi)挖工序如圖1 所示。

圖1 綜合管廊兼降水導(dǎo)洞開(kāi)挖工序圖

4 洞內(nèi)降排水施工優(yōu)化措施

4.1 降水機(jī)械選擇和改進(jìn)

地下洞內(nèi)降水施工工藝與地面降水工藝類似，不同的只是施工場(chǎng)地由地面轉(zhuǎn)至地下，相比地面施工，地下洞內(nèi)施工場(chǎng)地狹小，因此，對(duì)施工設(shè)備有一定的要求，如設(shè)備尺寸要滿足洞內(nèi)施工要求，設(shè)備動(dòng)力只能采用電力這類清潔能源。根據(jù)本工程地質(zhì)情況和降水導(dǎo)洞下導(dǎo)洞尺寸，選用改進(jìn)8JH-80 型履帶式反循環(huán)鉆機(jī)成井，如圖2 所示。

圖2 改進(jìn)8JH-80 型履帶式反循環(huán)鉆機(jī)

鉆機(jī)高度為4.2 m、寬度為2.3 m，鉆機(jī)主要通過(guò)以下改進(jìn)以適用洞內(nèi)降水井作業(yè)：（1）將行走方式由輪胎改為履帶式，以降低作業(yè)高度；（2）鉆桿長(zhǎng)度改為1 m/根（通常是2 m/根），立塔高度從5.5 m 降低為4.2 m；（3）通過(guò)對(duì)作業(yè)平臺(tái)的優(yōu)化，鉆機(jī)作業(yè)面積也大幅度減小，機(jī)械所需作業(yè)空間較小，適用范圍廣，適合多種地形及空間作業(yè)[6]；（4）將動(dòng)力由以往的柴油機(jī)優(yōu)化為電動(dòng)機(jī)，最大負(fù)荷100 kW，降低對(duì)洞內(nèi)空氣的污染，從而提高洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境的空氣質(zhì)量。

4.2 洞內(nèi)泥漿池的施工技術(shù)優(yōu)化

在洞內(nèi)降水井施工過(guò)程中，因洞內(nèi)空間有限，泥漿的制備和出渣尤為重要，傳統(tǒng)泥漿池是以開(kāi)闊的場(chǎng)地?zé)o地下管線時(shí)直接地面挖坑作為泥漿池，或用井管圍設(shè)泥漿池，這種泥漿池，池體不穩(wěn)固且不便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)文明施工管理。洞內(nèi)降水泥漿池要求小型、靈活、易于文明施工管理[7，8]。為保證鉆進(jìn)過(guò)程中水流循環(huán)及保存鉆孔出渣，并且不破壞洞內(nèi)施工通道，采用鋼板拼裝式泥漿池，各塊鋼板間采用栓接，以便裝拆，拼裝式泥漿池底部鋪墊彩條布、塑料布，施工時(shí)防止泥漿滲漏，完成后方便集中棄渣，確保洞內(nèi)文明施工和綠色施工。

4.3 排水系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化

傳統(tǒng)排水系統(tǒng)一般由降水井—排水支管—排水主管—沉淀池組成[9]。由于洞內(nèi)降水導(dǎo)洞埋深較大，而且洞內(nèi)空間較小，因此優(yōu)化排水系統(tǒng)在洞內(nèi)增設(shè)二揚(yáng)系統(tǒng)。在車站兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道與降水導(dǎo)洞交叉點(diǎn)附近的導(dǎo)洞內(nèi)設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)集水池，集水池內(nèi)布置二揚(yáng)系統(tǒng)。洞內(nèi)降水排水系統(tǒng)優(yōu)化為：降水井—排水支管—排水主管—洞內(nèi)集水池—二揚(yáng)系統(tǒng)—地面沉淀池[10]，如圖3 所示。

圖3 車站洞內(nèi)排水系統(tǒng)示意圖

一般按涌水量、滲透系數(shù)，井點(diǎn)管數(shù)量與間距、降水深度及需用水泵功率等綜合數(shù)據(jù)來(lái)選定水泵的型號(hào)。根據(jù)車站水文地質(zhì)報(bào)告，車站日涌水量1.7×104m3，水泵及排水管選擇如下：管井內(nèi)水泵采用5.5 kW 的潛水泵，配套口徑為50 mm 的塑料管抽水，洞內(nèi)集水池內(nèi)配45 kW 的立式螺桿泵做二揚(yáng)泵，二揚(yáng)泵配口徑為219 mm 的鋼管抽水（見(jiàn)圖4），保證抽排高度要求及管線布設(shè)的規(guī)范合理。為減少對(duì)地鐵暗挖車站施工時(shí)出土、下料等工作的干擾，二揚(yáng)泵抽水管通過(guò)橫通道頂部人工挖孔樁排至地面沉淀池內(nèi)，再通過(guò)地面排水系統(tǒng)排至周邊市政管道內(nèi)。

圖4 降水導(dǎo)洞內(nèi)二揚(yáng)系統(tǒng)布置

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上多措施并舉以及綜合管廊洞內(nèi)降水方案優(yōu)化，本工程降水施工取得預(yù)期降水效果，暗挖車站開(kāi)挖時(shí)保證了無(wú)水作業(yè)，車站結(jié)構(gòu)順利優(yōu)質(zhì)完成，施工質(zhì)量得到保證。利用綜合管廊洞內(nèi)降水，解決了城市中心區(qū)地面無(wú)降水條件下富水工程的施工難題。項(xiàng)目部也在方案優(yōu)化調(diào)整實(shí)施過(guò)程中，總結(jié)出一套切實(shí)可行的在中心城區(qū)深埋暗挖車站洞內(nèi)的降水施工工藝，為類似工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。