南水北調(diào)南干渠工程穿越風(fēng)險(xiǎn)地段的施工方法

王進(jìn)平，胡文利

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)水電第一總隊(duì)第一支隊(duì)，河北 唐山 063004）

0 引言

南干渠工程是北京市南水北調(diào)配套工程的重要組成部分，工程承擔(dān)著為北京城南地區(qū)水廠等提供南水北調(diào)水源的任務(wù)。第Ⅲ標(biāo)段位于北京市豐臺(tái)區(qū)盧溝橋地區(qū)永定河左堤外，老莊子至北天堂之間，沿大興灌渠布置。中心導(dǎo)線全長(zhǎng)1 708 m，樁號(hào)2+612.04～4+320.04， 包括2座豎井 （4、5號(hào)）。 輸水隧洞為2條內(nèi)徑3.4 m的鋼筋混凝土圓涵，采用淺埋暗挖法施工。暗涵洞身開挖直徑為4.6 m，初襯為25 cm厚噴射混凝土，二襯為35 cm厚模筑混凝土。

1 地質(zhì)情況

該段地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂、礫 （卵）二元結(jié)構(gòu)Ⅰ段及粘、砂、礫 （卵）多元結(jié)構(gòu)Ⅱ1段。由地質(zhì)鉆孔資料可知，樁號(hào)2+612.04～3+886.00為砂、礫 （卵）二元結(jié)構(gòu)Ⅰ段，地表覆蓋有人工填土或第四系全新統(tǒng)沖洪積粉土，人工填土在灌渠兩側(cè)，厚度為1.9～2.5 m；其下為細(xì)砂層，厚度2～3 m，最厚達(dá)7 m，屬?gòu)?qiáng)透水層；下伏圓礫層及卵石層，局部夾有漂石。樁號(hào)3+200～3+620處為垃圾填埋坑。樁號(hào)3+886.00～4+320.04為粘、砂、礫 （卵）多元結(jié)構(gòu)Ⅱ1段，地表覆蓋有人工填土，厚度為0.8～2.0 m；其下為粘性土、粉細(xì)砂層，厚度為4～6 m；在下為細(xì)砂層，厚一般為2～3 m，下部為礫石及卵石層。區(qū)內(nèi)地下水較低，但受側(cè)向地下徑流及大氣降水、地表水影響大，尤其受西面永定河側(cè)向補(bǔ)給十分明顯。該地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g。

2 風(fēng)險(xiǎn)地段難點(diǎn)分析

（1）整個(gè)輸水隧洞位于大興灌渠下面。大興灌渠為常年污水河道，原渠道雖有襯砌，但大部分多年失修，存在滲漏問(wèn)題。該段地質(zhì)結(jié)構(gòu)單一，以厚層卵石為主，透水性強(qiáng)，永定河及地表水的入滲直接影響施工安全。

（2）在樁號(hào)4+111處穿越北天堂村北橋。隧洞中心線與橋樁基礎(chǔ)有交叉，橋墩障礙無(wú)法正常施工。施工中圍巖的擾動(dòng)對(duì)橋基礎(chǔ)影響較大，易引起墩體的變形和位移，影響橋梁的正常使用。

（3）在樁號(hào)3+200～3+620處穿越深埋垃圾坑。坑底位于隧洞頂板之上或距離隧洞頂板厚度不大，地層中存有松散、虛空土體，給施工造成極大難度，容易發(fā)生地表下沉，甚至塌方。

（4） 在樁號(hào) 2+612.04～3+886.00處屬砂、 礫（卵）二元結(jié)構(gòu)Ⅰ段，主要為砂、礫 （卵）石層，結(jié)構(gòu)松散，不易成洞，圍巖不能自穩(wěn)，屬極不穩(wěn)定類土層結(jié)構(gòu)，極易冒頂而影響施工安全。

此外，該隧洞左側(cè)為豐臺(tái)鐵路線，右側(cè)為五環(huán)公路線，地下有多處通信及煤氣等管線，施工時(shí)容易因地表沉降而造成路面及地下管線的損壞。

3 穿越風(fēng)險(xiǎn)地段的施工辦法

3.1 大興灌渠

（1）采用全斷面鋪設(shè)土工膜防滲處理，確保大興灌渠施工期間不滲漏。鋪設(shè)土工膜時(shí)，先在岸坡頂部挖30 cm×50 cm的土槽，將土工膜嵌入后覆土，在坡腳拐角處采用砂袋固定，第一幅土工膜鋪好后，將第二幅疊鋪在第一幅膜上，兩副膜搭接10 cm后，采用焊接方式進(jìn)行連接。

（2）日常污水導(dǎo)流采用預(yù)制混凝土承插管。大興灌渠污水流量為0.5 m3/s，沿灌渠右側(cè)坡腳鋪設(shè)DN500 mm混凝土承插管將污水排到下游；兩岸排污溝、管排出的污水由DN500 mm混凝土承插管引至主管；入渠管溝與導(dǎo)流支管、支管與主管連接處以及主管較大轉(zhuǎn)彎處均采用磚砌方井連接。污水導(dǎo)流涵管布置于土工膜之上。對(duì)接縫隙采用水泥砂漿包縫處理。

（3）汛期導(dǎo)流采用現(xiàn)澆混凝土方涵進(jìn)行導(dǎo)流。導(dǎo)流方涵過(guò)流斷面寬4.2 m，高 3.2 m。方涵采用C25鋼筋混凝土，底板及側(cè)墻厚度均為0.6 m，頂部為20 cm厚預(yù)制鋼筋混凝土板，過(guò)水?dāng)嗝婺? cm厚砂漿防滲。

3.2 北天堂村北橋橋墩

南干渠三標(biāo)洞線在下游R4+111附近穿越北天堂北橋，右線洞線與橋樁基礎(chǔ)有交叉。因此，對(duì)右線洞線平面進(jìn)行局部調(diào)整，并采取以下工程措施：

（1）對(duì)右線洞線平面進(jìn)行局部調(diào)整，調(diào)整后右線洞線從橋樁中間穿過(guò)。兩橋墩間距7.5 m，橋區(qū)曲線設(shè)計(jì)時(shí)隧道中線與橋中線重合，以增加的工程量最少及下步工序二襯臺(tái)車順利通行為宜。為了減少工程量，在進(jìn)行曲線設(shè)計(jì)時(shí)以最小化曲線半徑及最大化曲線超高為目標(biāo)，引入公路曲線設(shè)計(jì)原理，考慮原設(shè)計(jì)水的流速，計(jì)算出曲線半徑為400 m，兩段成 “S”形，直線連接。長(zhǎng)度比原設(shè)計(jì)增加了約0.99 m。

（2）密排R4+103.5～R4+118.5范圍內(nèi)的鋼格柵，中心間距由0.50 m調(diào)為0.33 m，超前注漿小導(dǎo)管加密，每榀鋼格柵注漿一次。在橋樁范圍內(nèi)靠橋樁側(cè)洞中心線30°～45°范圍內(nèi)采用短小導(dǎo)管注入水泥漿，長(zhǎng)度由1.7 m調(diào)為1.2 m。

（3）加強(qiáng)過(guò)橋段洞內(nèi)監(jiān)測(cè)，對(duì)施工安全性進(jìn)行判別，以保證橋梁的安全。對(duì)洞周收斂及拱頂沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由原來(lái)每20 m布置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)改為在過(guò)橋處15 m范圍內(nèi)增設(shè)5個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控量測(cè)最大控制值為20 mm。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，隧洞結(jié)構(gòu)凈空收斂最大值為-0.08 mm，拱頂最大沉降值為-0.7 mm，均在正常范圍內(nèi)。

3.3 垃圾坑

4號(hào)豎井下游兩個(gè)工作面需穿越垃圾坑，地質(zhì)情況比較復(fù)雜。施工中做了以下工作：

（1）安全教育和技術(shù)交底。針對(duì)此處風(fēng)險(xiǎn)源，事前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員、班組帶班人員以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的每個(gè)工人進(jìn)行有針對(duì)性的安全教育和安全技術(shù)交底工作。

（2）超前勘測(cè)。首先進(jìn)行雷達(dá)物探，根據(jù)雷達(dá)實(shí)測(cè)掃描圖確定前方地質(zhì)情況有無(wú)異常；在開挖過(guò)程中使用洛陽(yáng)鏟在掌子面進(jìn)行人工超前勘探，深度為4 m，孔數(shù)為3個(gè)，以確定前方地質(zhì)情況；在勘探過(guò)程中遇到土質(zhì)變化時(shí)及時(shí)通知管理技術(shù)人員，確定采取的措施。同時(shí)，加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)，使掌子面空氣與外界空氣及時(shí)更換、循環(huán)，在工作面安置氣體采樣器，定期進(jìn)行采樣檢測(cè)，確保空氣質(zhì)量。

（3）做好塌方應(yīng)急準(zhǔn)備。在施工中要早噴錨，強(qiáng)支護(hù)，盡快封閉成環(huán)。根據(jù)地質(zhì)情況，制定可行、可靠、有效的注漿方案；備夠一定數(shù)量的加氣塊、方木、方鋼、編織袋等應(yīng)急材料；同時(shí)，組織塌方應(yīng)急安全撤離演練，讓每名工人熟練掌握緊急情況下自救和互救方法，防患于未然。

3.4 二元地質(zhì)結(jié)構(gòu)地層

左洞下游樁號(hào)L3+140.017，右洞下游樁號(hào)R3+125.014處，地層主要由卵礫組成，含砂量很少，空隙率大，滲透性強(qiáng)，不能自穩(wěn)，易塌易流動(dòng)。針對(duì)這種情況，采取了以下措施：

（1）注水泥-水玻璃雙液漿。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，用水灰比1∶0.8配制的水泥漿，用40波美度 （°Bé）的成品水玻璃按水玻璃與水1∶1.43的比例配制成20°Bé的水玻璃，兩種漿液按體積比1∶1配制成雙液漿，初凝時(shí)間為36 s，終凝時(shí)間為4 min 13 s。每根小導(dǎo)管注漿量為83～90 L。

（2）穩(wěn)定掌子面土質(zhì)，保證核心土的穩(wěn)定性。把超前小導(dǎo)管由1.7 m加長(zhǎng)至2 m，有效地增大固化地層長(zhǎng)度，掌子面及核心土部位均布設(shè)小導(dǎo)管注漿，并噴射混凝土進(jìn)行封閉處理。

（3）保證開挖的穩(wěn)定性。采用短開挖的形式將格柵進(jìn)行密排處理，間距由0.50 m改為0.33 m，有效地減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，最大程度地保證開挖的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

淺埋暗挖法施工工程風(fēng)險(xiǎn)源控制至關(guān)重要，在南水北調(diào)南干渠Ⅲ標(biāo)實(shí)際施工中，以降低風(fēng)險(xiǎn)為目的，并實(shí)施可靠、可行、有效的技術(shù)措施，創(chuàng)造安全穩(wěn)定的施工局面，從而為工程的順利進(jìn)行提供了可靠的保障。