南水北調(diào)西四環(huán)暗涵分水口暗挖施工方法總結

王 鑫

（1.山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024；2.太原理工大學水利學院，山西 太原 030024）

1 工程簡介

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)中線京石段應急供水工程（北京段）總干渠在南干渠分水后向團城湖輸水的建筑物。西四環(huán)暗涵全長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圖1、圖2。

圖1 西四環(huán)暗涵四標右分水口平面圖

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。右分水口暗涵起點樁號YY0+000.00，終點樁號YY0+070.242，總長共計70.242 m。暗涵自樁號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70.242，共開挖土方755 m3，噴射C30砼225 m3，約進行循環(huán)140次，預計工期40天。

圖2 西四環(huán)暗涵四標右分水口縱斷面圖

2 暗涵施工方法簡介

淺埋暗挖法施工嚴格執(zhí)行“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤監(jiān)測”的十八字方針，減少對圍巖的擾動，保持隧洞安全。

暗涵采用淺埋暗挖上下臺階法進行施工，由大里程向小里程施工。暗涵開挖直徑3.7 m，斷面尺寸較小，分臺上臺下兩個臺階組織施工，分別按照打設小導管、開挖土體（注意預留掌子面的核心土）、鋪設拱部外側鋼筋網(wǎng)、架立拱部鋼格柵并打設鎖腳導管（節(jié)點鋼筋焊接）、焊接縱向連接筋、鋪設拱部內(nèi)側鋼筋網(wǎng)、噴射拱部砼。在拱部上臺階各步序施工時，下臺階各步序也平行作業(yè)、及時跟進，保持臺階長度在3.7～4.5 m，使初支盡早封閉成環(huán)，成為可靠的受力體系。初支時預留注漿花管，以便及時對初支背后進行注漿，避免產(chǎn)生過大的沉降。施工全過程可歸納為：①探明各地下管線，測量放線；②打設前用φ25小導管注漿；③人工挖土（臺階法）；④架立格柵鋼架及網(wǎng)片；⑤預埋回填注漿管；⑥噴射C30混凝土；⑦回填注水泥漿（距掌子面5 m）；⑧監(jiān)控量測全過程；⑨監(jiān)理驗收評定。

3 施工中的重難點

3.1 底層松散，埋深淺

所施工開挖的地層是第四紀全新統(tǒng)地層，該地層多為砂卵礫石層，結構松散。埋深最淺處離地表只有0.97 m，且位于碼頭門處，施工時極易引起塌方。

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YY0＋065.942高程開始下降，在樁號YY0＋051.296～樁號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挖面距離較近

據(jù)圖紙及實地勘測，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，后果極為嚴重。

4 施工難點的解決方案

4.1 小導管注漿預加固地層

針對分水暗涵在靠近豎井部分埋深淺，且底層松散。在豎井挖設時，在豎井壁上沿頂拱180°范圍埋設預留鋼管，見圖3。豎井施作完畢后，向預留鋼管重打設長2.5m直徑Ф32的無縫鋼管，灌注水泥水玻璃混合漿液，在洞口應力較小變化時，將連立的兩榀加強格柵支設完畢。進洞后的施工，嚴格按照設計圖紙的要求，開挖前在拱頂部位打設足夠量的超前小導管并注漿，且在質(zhì)地情況較差及管線較近地段加密打設，加強注漿，見圖3。從監(jiān)控測量的情況分析（圖4），馬頭門施工對地表沉降控制較好，最大沉降值6.10 mm。

圖3 馬頭門超前小導管橫剖面圖

圖4 馬頭門沉降點回歸分析

4.2 詳盡的管線調(diào)查及超前探測

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

4.3 監(jiān)控測量

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

地表沉降測量是保證下一步施工正常進行的一個重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。開挖施工前，沿暗涵中心線開挖方向，結合地表建筑物情況，每5 m布置1個監(jiān)測點。施工時對每個點每天進行一次測量，對于個別沉降較大或沉降速度較快的點一天兩測。并結合各方面情況對沉降較大的點進行分析，找出導致沉降異常的原因，并及時進行處理，保證開挖施工安全。

洞內(nèi)收斂監(jiān)測點為沿暗涵壁環(huán)向方向，隨施工進度，5 m一個斷面進行布置。施工時，每個斷面每天一測。發(fā)現(xiàn)收斂較大的點時，及時進行第二次、第三次回填灌漿，保證已經(jīng)支護完成的暗涵安全，施工的順利進行。

4.4 堅持快封閉原則

暗涵開挖要穿越西四環(huán)輔路，為了使得地表沉降量最小，施工中加強管理，保持上下臺階的長度，不得超過4 m，使支護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

5.1 有效地控制了沉降

施工驗收完成后的監(jiān)控測量表明，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YY0+058處的yfs-8點在暗涵開挖施工兩天后沉降速率變大，達到1.31 mm/天，發(fā)現(xiàn)此情況后，馬上安排人員注漿，及時控制了沉降的進一步加劇，事故后分析，事故原因應為原底層孔洞因開挖擾動造成的地表沉降加劇。

5.2 保證開挖施工安全

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管施工破壞管壁，后果不堪設想。施工中，測量及技術人員精確測量、放線，對開挖施工嚴密控制，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 結束語

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

（2）預加固地層要根據(jù)地層的變化及時調(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)濟化，又要保證下一步的開挖施工。

（3）監(jiān)控測量一定要及時準確，實事求是，認真及時地發(fā)現(xiàn)問題，并采取科學的處理方法，把可能出現(xiàn)的事故消滅在萌芽狀態(tài)。

（4）及時封閉成環(huán)和及時回填灌漿是阻止地表沉降的重要方法和注意事項，施工時一定要認真落實，保證施工質(zhì)量。

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