暗挖小凈距下穿城市河湖施工技術

冉隆波

（北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100068 ）

1 工程概況

西土城溝是北京中心城區西部的一條防洪排水兼風井觀賞河道。地鐵穿越段河道斷面形式為矩形復式斷面。河道底寬約15.0m，上口寬約19.1～23.3m，河深約5.0m，現狀水深約1.5m。下部矩形斷面兩岸為混凝土直墻，墻身高約3.0m。擋墻頂部為寬約3.0m 二層平臺，平臺上部為高約2.0m 漿砌石直墻直至地面。河底采用素混凝土護砌。

北京地鐵27 號線二期西土城站東側換乘通道及其附屬無障礙通道下穿西土城溝，隧道穿河段呈南-北走向，隧道中線與河道中心線夾角約86°。穿河隧道均采用暗挖法施工，東側換乘通道隧道結構凈寬8.3m，凈高5.4m，結構外頂距現狀河底約3.4m；無障礙隧道結構凈寬2.6m，凈高3.5m，結構外頂距現狀河底約5.1m。

圖1 西土城站東側換乘通道及其附屬無障礙通道下穿西土城溝橫斷面圖

2 西土城溝保護設計

東側換乘通道及其附屬無障礙通道下穿西土城溝前，需要提前對西土城溝施工導流、防滲加固。

2.1 施工導流設計

本次導流設計采用兩期圍堰導流方式，具體安排如下：

導流一期：在河道左半幅搭建一期圍堰，同時在一期圍堰上下游兩端布置橫向端頭圍堰，利用束窄后右半幅河道過流。一期圍堰搭設完成后，將一期圍堰內河水抽排至河道左半幅，清理淤泥，場地平整，進行河道右半幅河底防滲襯砌及擋墻防滲修復施工。

導流二期：在河道右半幅已施作完成的防滲襯砌結構上部搭設二期圍堰，同時在二期圍堰上下游兩端布置橫向端頭圍堰，拆除一期圍堰，利用束窄后右半幅河道過流。二期圍堰搭設完成后，將二期圍堰內河水抽排至河道右半幅，場地平整，進行河道左半幅河底防滲襯砌及擋墻防滲修復施工。

2.2 河道防滲加固設計

河道防滲加固原則上不破壞河道兩岸護岸結構，僅拆除現狀河底素混凝土護砌，重新施作防滲護底，本次設計河底防滲加固采用鋼筋（素）混凝土+復合土工膜的形式。現狀擋墻年久失修，地鐵暗挖埋深淺，易產生沉降，造成擋墻裂縫、透水，因此對現狀擋墻迎水面、分縫及入河雨水口周圍縫隙采用聚硫密封膏進行防滲修復，并對入河雨水口進行圍封結合水泵抽排。

為提高河道防滲性能和整體穩定性，減小河道水體與地下水之間水力聯系，減小地鐵設施施工產生的不利影響，結合現場情況及類似工程實踐經驗，確定本工程河道防滲加固范圍為地鐵結構外邊線向河道投影及其上下游各50.0m。河道防滲加固設計具體如下：

1）拆除原有河道素混凝土護底。手扶振動碾壓實及蛙夯夯實開挖河底后重新澆筑鋼筋混凝土護底。

2）為提高河道的防滲性能和整體穩定性，本次設計河道防滲加固采用鋼筋（素）混凝土+復合土工膜的形式。根據地鐵下穿位置不同，防滲型式及襯砌厚度不同：地鐵下穿正投影下及結構外邊線并向外外延20m 范圍內，采用250mm 厚鋼筋混凝土（簡稱A 區間）；其余部分（簡稱B 區間）采用200mm素混凝土。河道防滲護砌結構從上至下依次為：A 區間：250mm 厚C25 鋼筋混凝土護底+100mm 厚C15 素混凝土墊層+復合土工膜（采用兩布一膜，膜厚0.6mm，無紡布規格為300g/m2）+100mm 厚中粗砂+100mm 厚砂礫料；B 區間：200mm 厚C25 素混凝土護底+復合土工膜（采用兩布一膜，膜厚0.6mm，無紡布規格為300g/m2）+100mm 厚中粗砂墊層+200mm 厚砂礫料墊層。

鋼筋混凝土護底順河向每間隔9m 分一道縫，縫內填高密度聚乙烯閉孔泡沫板，表面采用聚硫密封膏作為嵌縫材料。

新澆筑鋼筋混凝土護底和河道兩岸混凝土擋墻銜接部位，縫內填高密度聚乙烯閉孔泡沫板，表面采用聚硫密封膏作為嵌縫材料，同時布設兩道BWⅡ型止水條加強止水。河底防滲護砌上下游端頭設置現澆混凝土齒槽，槽深450mm。

3）人工剔除現狀河道兩岸混凝土擋墻分縫材料及入河雨水口周圍縫隙，剔除深度為50mm，剔除完畢后保持表面清潔、濕潤，并用30mm 聚硫密封膏+20mm 彈性砂漿封堵。

3 東側換乘通道及其附屬無障礙通道下穿施工技術

東側換乘通道及其附屬障礙通道由1 號風道引出，向北穿越西土城溝后接入既有10 號線西土城站地下二層（站廳層），東側換乘通道為直墻拱頂結構，底部設置仰拱，開挖寬度10.4m，高8.12m，初支厚350mm，采用雙側壁導坑法進行施工；附屬無障礙通道為直墻拱頂結構，開挖寬度3.8m，高4.12m，初支厚300mm，采用臺階法進行施工；東側換乘通道頂部結構與既有河底最近距離為3.4m，附屬無障礙通道與既有河底最近距離為5.1m；采用大管棚+深孔注漿施工技術，大管棚采用φ159@400，拱頂設置，深孔注漿采用初支外3m 范圍內全斷面深孔注漿。

3.1 主要設計參數

表1 東側換乘通道主要設計參數

圖2 東側換乘通道下穿段斷面圖

圖3 無障礙通道下穿段斷面圖

3.2 深孔注漿

東側換乘通道及其附屬無障礙通道下穿前，先對西土城溝風險源周圍土體進行深孔注漿加固土體。隧道內拱頂注漿孔布置在拱頂下30-50cm，第一個循環在通道內施作；暗挖隧道全斷面注漿除在拱頂下30-50cm 處布置注漿孔外，需在掌子面布置注漿孔；后續每循環鉆孔角度在6°～42°之間，加固12m，開挖10m，鉆入深度為2.812m～12.098m 之間，根據角度不同經過計算鉆孔深度，以確保注漿深度滿足注漿效果。

注漿壓力為0.8～1.0MPa，然而管線下方注漿壓力應調整為0.3～0.5MPa，且需要低壓勻速注漿，當壓力達到0.5MPa 時，且繼續注漿1min 時，應開始起桿；為保證注漿加固范圍符合要求，考慮注漿擴散半徑0.5m，注漿孔在施工面應等間距、梅花形布置，孔位間距為0.7～0.8m，保證注漿范圍搭接0.3～0.4m；選用水泥漿：硅酸鈉溶液=1:0.8～1:1（體積比），雙液漿有凝固時間較快，并且強度能得到保證，一般漿液初凝時間控制在25～40 秒左右；注漿時采用注漿壓力和注漿效果雙控的原則，即注漿壓力逐步升高、當達到設計終壓并繼續注漿2min 以上，或者單孔注漿量與設計注漿量大致相同，注漿結束時的進漿量，一般在20～30L/min 以下。

3.3 大管棚

東側換乘通道及附屬無障礙通道施工范圍內用□159@400mm，t=8mm 大管棚，單向施工，每根20/23/29/34m，分別為8/7/13/39 根，主要施工流程：

3.3.1 平臺搭設

鋼管的型號、質量和規格等應符合規范和施工要求，鋼管插入孔內的長度不得短于設計插入長度的95%，根據設計圖由測量組精確給出孔位，將孔位沿開挖邊線外放20cm，按400mm 間距標于作業面。根據作業面寬度，借助于H 型鋼軌道左右移動，鉆塔長×寬=3m×3m，塔高：2m。結合鉆孔位置、方位角、仰角不同，搭設的工作平臺可自由升降和調節角度。

3.3.2 鉆進成孔

水平鉆進中受鉆具自重影響，鉆具前部產生下垂現象：鉆具順時針旋轉，產生右旋力，造成鉆孔偏斜。因此確定開孔角度時，根據以往經驗和試驗孔成果，需要給開孔方位角與垂直角以合理的糾偏值，并根據已成孔測斜結果隨時予以調整糾偏角度。對軟硬不均地層，鉆進時宜采取低壓、慢轉、快速給進的鉆進方法，遇有情況慎重處理，不得盲目加壓，增轉。

3.3.3 孔口密封

孔口管采用Φ159×8mm 無縫鋼管，外口焊Φ159 型法蘭盤，并在孔口管上距法蘭盤60～80mm 處焊一長150mm 的水管（直徑48mm），并安裝同水管尺寸球閥。

3.4 東側換乘通道暗挖施工方法

東側換乘通道采用雙側壁導坑法施工，附屬無障礙通道采用臺階法進行施工。其中雙側壁導坑法施工主要步序如下：

圖4 雙側壁導坑法施工

第一步：施做拱頂大管棚，超前深孔注漿環向加固全斷面土體。

第二步：預留核心土臺階法開挖1 號洞室土體，施做初期支護；上下臺階縱向間距不得小于5m，并根據現場情況及時封閉掌子面。

第三步：預留核心土臺階法開挖2 號洞室土體，施做初期支護；上下臺階縱向間距不得小于5m，1、2 號洞室縱向間距不得小于8m，并根據現場情況及時封閉掌子面。

第四步：預留核心土臺階法開挖3 號洞室土體，施做初期支護；上下臺階縱向間距不得小于5m，2、3 號洞室縱向間距不得小于8m，并根據現場情況及時封閉掌子面。

第五步：預留核心土臺階法開挖4 號洞室土體，施做初期支護；上下臺階縱向間距不得小于5m，3、4 號洞室縱向間距不得小于8m，并根據現場情況及時封閉掌子面。

第六步：預留核心土臺階法開挖5 號洞室土體，施做初期支護；上下臺階縱向間距不得小于5m，4、5 號洞室縱向間距不得小于8m，并根據現場情況及時封閉掌子面。

第七步：預留核心土臺階法開挖6 號洞室土體，施做初期支護；上下臺階縱向間距不得小于5m，5、6 號洞室縱向間距不得小于8m，并根據現場情況及時封閉掌子面。

第八步：根據施工監控量測結果，一般6m 左右，分段拆除下斷面部分中隔壁，施作出入口通道底部二次襯砌。

第九步：根據施工監控量測結果，一般6m左右，分段拆除剩余臨時支撐；施作邊墻防水層、拱部和二次襯砌，結構封閉成環；進行二次襯砌背后注漿，拆除該段剩余的中隔壁。

3.5 三維計算

地層-結構模型適用于幾何形狀和圍巖初始應力狀態、地質條件等較為復雜的地下工程，尤其是需要考慮圍巖的各種非線性特征和施工過程對隧道穩定性影響時，采用地層-結構模型較為有利。

通過地層-結構模型計算，東側換乘通道及附屬無障礙通道施工對西土城溝結構變形及內力驗算：

1）豎向變形，底板最大沉降約-12.0mm，擋墻最大沉降約-5.7mm；

2）水平變形，最大水平變形量為1.7mm，傾斜斜率為0.569‰；

3）對底板彎矩影響較大，最大彎矩約109.2kN·m2。

所有計算結果，均滿足西土城溝評估的變形指標。

4 結語

為改善城市交通環境,全國各大城市都在開展地鐵建設,小凈距暗挖隧洞近距離下穿施工會對既有結構產生顯著影響，解決好下穿施工引起的既有結構沉降變形問題，對城市地下交通的建設和發展具有顯著意義。因此，我們要加強該技術的研究，促進隧洞工程的發展。