地鐵出入口淺覆土暗挖下穿市政道路及管線施工風險控制

魏 民

（北京住總集團有限責任公司，北京 100029）

0 引言

地鐵工程一般位于城市核心區(qū)域，在車站出入口與道路接駁部位，周邊環(huán)境較為復雜，場地狹窄，市政管線較多，往往采用暗挖法下穿市政道路及管線。隧道開挖時，如果施工方案中針對性保護措施不力，將面臨土體坍塌和管線滲漏等風險，造成嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響[1-3]。本文依托地鐵16號線地鐵工程對淺覆土暗挖下穿道路及市政管線施工風險進行分析，并制定針對性的管控措施，降低其施工風險，避免對市政道路及管線運營造成不利影響。

1 工程概況

北京地鐵16號線工程永豐站，位于永祥北路與北清路交叉路口以東，沿北清路東西向布置。永豐站南側(cè)設置C出入口，其中出入口與車站相接段29.4m（位于北清路道路正下方、道路紅線內(nèi)的部分）采用暗挖法施工。

該出入口覆土淺，約3.05～4.1m，且上方有較多重大市政管線D1200雨水管、DN800上水管、DN500高壓天然氣管，均沿東西方向垂直于C出入口設置，見圖1示。

圖1 C出入口結(jié)構(gòu)與管線相對位置平面圖及剖面圖

根據(jù)《風險工程分級與設計指南》要求，C出入口暗挖段施工共3個環(huán)境風險工程，具體情況見表1。

表1 環(huán)境風險工程情況匯總表

2 水文地質(zhì)條件

C出入口暗挖段地質(zhì)縱斷面見圖2，C出入口結(jié)構(gòu)頂拱主要位于粉土②及雜填土①1層，結(jié)構(gòu)穿越地層主要為粉土②層、粉質(zhì)黏土②1層，結(jié)構(gòu)持力層主要位于粉質(zhì)黏土②1層及粉土③層。圍巖等級Ⅵ級。

圖2 C出入口暗挖段地質(zhì)縱斷面

C出入口勘察深度范圍內(nèi)，實際測量到三層地下水，地下水類型分別為上層滯水、潛水、承壓水，各層地下水情況見表2。根據(jù)表2水文地質(zhì)條件進行分析，存在以下不良地質(zhì)作用：

表2 地下水特征一覽表

（1）人工填土：擬建場地區(qū)域內(nèi)地表分布有人工堆積填土層，一般厚度為1.8～3.6m。填土的堆積時間短，結(jié)構(gòu)松散，成分復雜，力學性質(zhì)差異較大，穩(wěn)定性差，如有雨、污水管線滲漏，易形成空洞，造成地面塌陷。

（2）新近沉積土：擬建場地淺部分布有新近沉積土層，層厚約9～10m，粉土②層的Es100為5.9～11.1MPa，高～中高壓縮性，呈中密狀態(tài)，結(jié)構(gòu)較差；粉質(zhì)黏土②1層液性指數(shù)為0.25～0.68，呈軟塑～可塑狀態(tài)，高～中高壓縮性，土質(zhì)較軟；新近沉積土層的工程性質(zhì)較差。

3 存在的風險

3.1 地表沉降過大

該出入口覆土約3.05～4.1m，且隧道上方交通荷載頻繁，極易引起地表沉降過大，甚至地表坍塌的風險。另隧道下穿市政管線，對于上水管及燃氣管帶壓管線的變形控制要求：沉降量≤10mm；雨水管變形控制要求：沉降量≤20mm。而一般地鐵標準斷面隧道開挖地表沉降控制值為30mm，對施工中地表沉降控制要求較高[5]。

3.2 降水困難

開挖揭露含水層底板時，存在界面出水問題；潛水含水層局部厚度較薄，且含水層滲透性較差，依靠重力釋水疏干含水層中的地下水，難度較大。

3.3 管線滲漏

隧道開挖過程中存在一根已改移廢棄的D1000污水管，位于QC斷面上拱部位，隧道下穿D1200雨水管、DN800上水管，存在管線滲漏的風險，在隧道開挖時，可能出現(xiàn)土體失穩(wěn)的問題[6]。

4 淺覆土暗挖施工風險控制措施

4.1 管線調(diào)查與保護

（1）施工前應對工程所在場地周邊地下管線進行復探，并應通過管線所屬的管理單位了解掌握管線的現(xiàn)狀，制定專項保護及應急措施。

（2）在有條件的情況下，施工前應進入洞內(nèi)探明雨水管線的現(xiàn)狀及滲漏水情況，并對管線滲漏形成的水囊或空洞進行地面注漿處理。

（3）針對C出入口破除已改移廢棄的D1000污水管，施工前應將該污水管采用混凝土充填，開挖至污水管前進行超前探測。

4.2 下穿市政管線施工步序控制

4.2.1 初支施工步序

（1）超前深孔注漿。

（2）開挖1號洞室，并預留核心土，架立鋼格柵，采用鎖腳錨桿加固墻腳，掛網(wǎng)噴射初支混凝土，及時進行初期支護背后注漿，循環(huán)施工下穿市政管線。

（3）1號洞室洞通后開挖2號洞室；2號洞室洞通后開挖3號洞室；3號洞室洞通后開挖4號洞室。初支施工見圖3所示。

圖3 初支施工示意圖

4.2.2 二襯施工步序

（1）初支施做完畢后,根據(jù)施工監(jiān)控量測情況，分段逐步（4～6m）破除仰拱厚度范圍內(nèi)的臨時中隔壁，剔除初支混凝土及鋼筋網(wǎng)，鑿除臨時中隔壁范圍內(nèi)的混凝土，保留工22a型鋼，鋪設防水層，澆筑仰拱二次襯砌，未截斷的工22a型鋼做防水處理，見圖4（a）。

（2）待仰拱二襯達到設計強度后，分段逐步拆除臨時仰拱，鋪設防水層，澆筑側(cè)墻二襯。左右對稱進行，保留格柵主筋400mm長在二襯范圍內(nèi)，見圖4（b）。

（3）分段截斷頂拱范圍內(nèi)臨時中隔壁，剔除初支混凝土及鋼筋網(wǎng)，施作拱部防水層，鑿除臨時中隔壁范圍內(nèi)的混凝土，保留工22a型鋼，鋪設防水層，澆筑頂拱二次襯砌，見圖4（c）。

（4）待二襯混凝土達到設計強度后，拆除二襯范圍內(nèi)的臨時結(jié)構(gòu)，見圖4（d）。

圖4 二襯施工步序示意圖

4.3 孔注漿施工要點控制

下穿重要市政管線前超前注漿加固開挖面前方土體，深孔注漿漿液對于粉土層采用水泥水玻璃雙液漿，對于雜填土層采用單液水泥漿。深孔止水注漿后的土體應滿足：土體有良好的均勻性和自立性，滲透系數(shù)不大于1.0×10-6cm/s，無側(cè)限抗壓強度不小于0.5MPa。

對于開挖過程中注漿效果不好的地方應采用超前小導管補充注漿，過管線段采用洞內(nèi)深孔注漿效果不好時可采用地面注漿補注。

4.4 降水施工要點控制

C出入口暗挖段，位于粉土、粉質(zhì)黏土地層，基底標高34.436，初見水位標高37.96，采用真空管井降水，具體施工參數(shù)見表3。

表3 降水井施工參數(shù)

4.5 路面保護措施

開挖前地面C出入口正上方道路滿鋪30mm厚鋼板，并將鋼板可靠焊接（焊縫高度不小于8mm），鋼板連接及深孔注漿加固效果達到要求后方可進行出入口的暗挖施工。

5 監(jiān)測分析

在出入口暗挖段初支、二襯施工期間，現(xiàn)場加強管線上方地表沉降監(jiān)測，管線監(jiān)測平面圖見圖5，根據(jù)得到的沉降數(shù)據(jù)，繪制管線監(jiān)測最終沉降曲線圖，如圖6。

圖5 暗挖下穿管線監(jiān)測布置平面圖

圖6 管線監(jiān)測最終沉降曲線圖

由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，暗挖段上方地表最終沉降曲線基本呈馬鞍形分布，最大沉降量為8.82mm，滿足帶壓管線沉降量≤10mm變形控制要求。

6 結(jié)束語

在該工程C出入口暗挖下穿道路和市政管線風險源施工過程中，主要采取以下風險管控措施：做好管線調(diào)查工作，明確管線埋深與結(jié)構(gòu)距離等，初支施工時加強超前探測，對結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)廢棄雨水管線進行有效封堵；按照施工步序，初支小導洞分部開挖全部貫通后，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分段逐步拆撐并施工二襯；采取水平、地面深孔注漿加固土體，嚴格控制注漿質(zhì)量；根據(jù)水文地質(zhì)情況，采用真空管井降水，保證工作面無水作業(yè)；加強對道路的保護，上方敷設鋼板并專人進行交通引導，避免施工期間出現(xiàn)超載情況。

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，通過采取以上措施，C出入口暗挖段下穿風險源施工過程中周邊土體穩(wěn)定、市政道路及管線安全運營，有效控制了施工風險，為類似地層相似工程問題的施工提供了參考。