冉隆波

（北京市軌道交通建設(shè)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(qū)西部的一條防洪排水兼風(fēng)井觀賞河道。地鐵穿越段河道斷面形式為矩形復(fù)式斷面。河道底寬約15.0m，上口寬約19.1～23.3m，河深約5.0m，現(xiàn)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(tái)，平臺(tái)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(hù)砌。

北京地鐵27 號(hào)線二期西土城站東側(cè)換乘通道及其附屬無(wú)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(cè)換乘通道隧道結(jié)構(gòu)凈寬8.3m，凈高5.4m，結(jié)構(gòu)外頂距現(xiàn)狀河底約3.4m；無(wú)障礙隧道結(jié)構(gòu)凈寬2.6m，凈高3.5m，結(jié)構(gòu)外頂距現(xiàn)狀河底約5.1m。

圖1 西土城站東側(cè)換乘通道及其附屬無(wú)障礙通道下穿西土城溝橫斷面圖

2 西土城溝保護(hù)設(shè)計(jì)

東側(cè)換乘通道及其附屬無(wú)障礙通道下穿西土城溝前，需要提前對(duì)西土城溝施工導(dǎo)流、防滲加固。

2.1 施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

本次導(dǎo)流設(shè)計(jì)采用兩期圍堰導(dǎo)流方式，具體安排如下：

導(dǎo)流一期：在河道左半幅搭建一期圍堰，同時(shí)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(guò)流。一期圍堰搭設(shè)完成后，將一期圍堰內(nèi)河水抽排至河道左半幅，清理淤泥，場(chǎng)地平整，進(jìn)行河道右半幅河底防滲襯砌及擋墻防滲修復(fù)施工。

導(dǎo)流二期：在河道右半幅已施作完成的防滲襯砌結(jié)構(gòu)上部搭設(shè)二期圍堰，同時(shí)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(guò)流。二期圍堰搭設(shè)完成后，將二期圍堰內(nèi)河水抽排至河道右半幅，場(chǎng)地平整，進(jìn)行河道左半幅河底防滲襯砌及擋墻防滲修復(fù)施工。

2.2 河道防滲加固設(shè)計(jì)

河道防滲加固原則上不破壞河道兩岸護(hù)岸結(jié)構(gòu)，僅拆除現(xiàn)狀河底素混凝土護(hù)砌，重新施作防滲護(hù)底，本次設(shè)計(jì)河底防滲加固采用鋼筋（素）混凝土+復(fù)合土工膜的形式?，F(xiàn)狀擋墻年久失修，地鐵暗挖埋深淺，易產(chǎn)生沉降，造成擋墻裂縫、透水，因此對(duì)現(xiàn)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(jìn)行防滲修復(fù)，并對(duì)入河雨水口進(jìn)行圍封結(jié)合水泵抽排。

為提高河道防滲性能和整體穩(wěn)定性，減小河道水體與地下水之間水力聯(lián)系，減小地鐵設(shè)施施工產(chǎn)生的不利影響，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況及類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定本工程河道防滲加固范圍為地鐵結(jié)構(gòu)外邊線向河道投影及其上下游各50.0m。河道防滲加固設(shè)計(jì)具體如下：

1）拆除原有河道素混凝土護(hù)底。手扶振動(dòng)碾壓實(shí)及蛙夯夯實(shí)開(kāi)挖河底后重新澆筑鋼筋混凝土護(hù)底。

2）為提高河道的防滲性能和整體穩(wěn)定性，本次設(shè)計(jì)河道防滲加固采用鋼筋（素）混凝土+復(fù)合土工膜的形式。根據(jù)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(jié)構(gòu)外邊線并向外外延20m 范圍內(nèi)，采用250mm 厚鋼筋混凝土（簡(jiǎn)稱A 區(qū)間）；其余部分（簡(jiǎn)稱B 區(qū)間）采用200mm素混凝土。河道防滲護(hù)砌結(jié)構(gòu)從上至下依次為：A 區(qū)間：250mm 厚C25 鋼筋混凝土護(hù)底+100mm 厚C15 素混凝土墊層+復(fù)合土工膜（采用兩布一膜，膜厚0.6mm，無(wú)紡布規(guī)格為300g/m2）+100mm 厚中粗砂+100mm 厚砂礫料；B 區(qū)間：200mm 厚C25 素混凝土護(hù)底+復(fù)合土工膜（采用兩布一膜，膜厚0.6mm，無(wú)紡布規(guī)格為300g/m2）+100mm 厚中粗砂墊層+200mm 厚砂礫料墊層。

鋼筋混凝土護(hù)底順河向每間隔9m 分一道縫，縫內(nèi)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(hù)底和河道兩岸混凝土擋墻銜接部位，縫內(nèi)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(shí)布設(shè)兩道BWⅡ型止水條加強(qiáng)止水。河底防滲護(hù)砌上下游端頭設(shè)置現(xiàn)澆混凝土齒槽，槽深450mm。

3）人工剔除現(xiàn)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(rùn)，并用30mm 聚硫密封膏+20mm 彈性砂漿封堵。

3 東側(cè)換乘通道及其附屬無(wú)障礙通道下穿施工技術(shù)

東側(cè)換乘通道及其附屬障礙通道由1 號(hào)風(fēng)道引出，向北穿越西土城溝后接入既有10 號(hào)線西土城站地下二層（站廳層），東側(cè)換乘通道為直墻拱頂結(jié)構(gòu)，底部設(shè)置仰拱，開(kāi)挖寬度10.4m，高8.12m，初支厚350mm，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工；附屬無(wú)障礙通道為直墻拱頂結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖寬度3.8m，高4.12m，初支厚300mm，采用臺(tái)階法進(jìn)行施工；東側(cè)換乘通道頂部結(jié)構(gòu)與既有河底最近距離為3.4m，附屬無(wú)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(shù)，大管棚采用φ159@400，拱頂設(shè)置，深孔注漿采用初支外3m 范圍內(nèi)全斷面深孔注漿。

3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表1 東側(cè)換乘通道主要設(shè)計(jì)參數(shù)

圖2 東側(cè)換乘通道下穿段斷面圖

圖3 無(wú)障礙通道下穿段斷面圖

3.2 深孔注漿

東側(cè)換乘通道及其附屬無(wú)障礙通道下穿前，先對(duì)西土城溝風(fēng)險(xiǎn)源周圍土體進(jìn)行深孔注漿加固土體。隧道內(nèi)拱頂注漿孔布置在拱頂下30-50cm，第一個(gè)循環(huán)在通道內(nèi)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(xù)每循環(huán)鉆孔角度在6°～42°之間，加固12m，開(kāi)挖10m，鉆入深度為2.812m～12.098m 之間，根據(jù)角度不同經(jīng)過(guò)計(jì)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(yīng)調(diào)整為0.3～0.5MPa，且需要低壓勻速注漿，當(dāng)壓力達(dá)到0.5MPa 時(shí)，且繼續(xù)注漿1min 時(shí)，應(yīng)開(kāi)始起桿；為保證注漿加固范圍符合要求，考慮注漿擴(kuò)散半徑0.5m，注漿孔在施工面應(yīng)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(shí)間較快，并且強(qiáng)度能得到保證，一般漿液初凝時(shí)間控制在25～40 秒左右；注漿時(shí)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(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿2min 以上，或者單孔注漿量與設(shè)計(jì)注漿量大致相同，注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量，一般在20～30L/min 以下。

3.3 大管棚

東側(cè)換乘通道及附屬無(wú)障礙通道施工范圍內(nèi)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(tái)搭設(shè)

鋼管的型號(hào)、質(zhì)量和規(guī)格等應(yīng)符合規(guī)范和施工要求，鋼管插入孔內(nèi)的長(zhǎng)度不得短于設(shè)計(jì)插入長(zhǎng)度的95%，根據(jù)設(shè)計(jì)圖由測(cè)量組精確給出孔位，將孔位沿開(kāi)挖邊線外放20cm，按400mm 間距標(biāo)于作業(yè)面。根據(jù)作業(yè)面寬度，借助于H 型鋼軌道左右移動(dòng)，鉆塔長(zhǎng)×寬=3m×3m，塔高：2m。結(jié)合鉆孔位置、方位角、仰角不同，搭設(shè)的工作平臺(tái)可自由升降和調(diào)節(jié)角度。

3.3.2 鉆進(jìn)成孔

水平鉆進(jìn)中受鉆具自重影響，鉆具前部產(chǎn)生下垂現(xiàn)象：鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生右旋力，造成鉆孔偏斜。因此確定開(kāi)孔角度時(shí)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)孔成果，需要給開(kāi)孔方位角與垂直角以合理的糾偏值，并根據(jù)已成孔測(cè)斜結(jié)果隨時(shí)予以調(diào)整糾偏角度。對(duì)軟硬不均地層，鉆進(jìn)時(shí)宜采取低壓、慢轉(zhuǎn)、快速給進(jìn)的鉆進(jìn)方法，遇有情況慎重處理，不得盲目加壓，增轉(zhuǎn)。

3.3.3 孔口密封

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

3.4 東側(cè)換乘通道暗挖施工方法

東側(cè)換乘通道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，附屬無(wú)障礙通道采用臺(tái)階法進(jìn)行施工。其中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工主要步序如下：

圖4 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

第一步：施做拱頂大管棚，超前深孔注漿環(huán)向加固全斷面土體。

第二步：預(yù)留核心土臺(tái)階法開(kāi)挖1 號(hào)洞室土體，施做初期支護(hù)；上下臺(tái)階縱向間距不得小于5m，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)封閉掌子面。

第三步：預(yù)留核心土臺(tái)階法開(kāi)挖2 號(hào)洞室土體，施做初期支護(hù)；上下臺(tái)階縱向間距不得小于5m，1、2 號(hào)洞室縱向間距不得小于8m，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)封閉掌子面。

第四步：預(yù)留核心土臺(tái)階法開(kāi)挖3 號(hào)洞室土體，施做初期支護(hù)；上下臺(tái)階縱向間距不得小于5m，2、3 號(hào)洞室縱向間距不得小于8m，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)封閉掌子面。

第五步：預(yù)留核心土臺(tái)階法開(kāi)挖4 號(hào)洞室土體，施做初期支護(hù)；上下臺(tái)階縱向間距不得小于5m，3、4 號(hào)洞室縱向間距不得小于8m，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)封閉掌子面。

第六步：預(yù)留核心土臺(tái)階法開(kāi)挖5 號(hào)洞室土體，施做初期支護(hù)；上下臺(tái)階縱向間距不得小于5m，4、5 號(hào)洞室縱向間距不得小于8m，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)封閉掌子面。

第七步：預(yù)留核心土臺(tái)階法開(kāi)挖6 號(hào)洞室土體，施做初期支護(hù)；上下臺(tái)階縱向間距不得小于5m，5、6 號(hào)洞室縱向間距不得小于8m，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)封閉掌子面。

第八步：根據(jù)施工監(jiān)控量測(cè)結(jié)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(jù)施工監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，一般6m左右，分段拆除剩余臨時(shí)支撐；施作邊墻防水層、拱部和二次襯砌，結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)；進(jìn)行二次襯砌背后注漿，拆除該段剩余的中隔壁。

3.5 三維計(jì)算

地層-結(jié)構(gòu)模型適用于幾何形狀和圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)、地質(zhì)條件等較為復(fù)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(guò)程對(duì)隧道穩(wěn)定性影響時(shí)，采用地層-結(jié)構(gòu)模型較為有利。

通過(guò)地層-結(jié)構(gòu)模型計(jì)算，東側(cè)換乘通道及附屬無(wú)障礙通道施工對(duì)西土城溝結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力驗(yàn)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(duì)底板彎矩影響較大，最大彎矩約109.2kN·m2。

所有計(jì)算結(jié)果，均滿足西土城溝評(píng)估的變形指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

為改善城市交通環(huán)境,全國(guó)各大城市都在開(kāi)展地鐵建設(shè),小凈距暗挖隧洞近距離下穿施工會(huì)對(duì)既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，解決好下穿施工引起的既有結(jié)構(gòu)沉降變形問(wèn)題，對(duì)城市地下交通的建設(shè)和發(fā)展具有顯著意義。因此，我們要加強(qiáng)該技術(shù)的研究，促進(jìn)隧洞工程的發(fā)展。