胡 平

(北京京投交通發(fā)展有限公司，北京 102606)

0 引言

在富水河道底部進(jìn)行淺埋大斷面綜合管廊隧道施工，存在安全風(fēng)險，易發(fā)生滲水和塌方冒頂事故，危及隧道及施工人員安全。安全合理的施工方案需因地制宜，雖然目前已有淺埋暗挖富水隧道工程實例，然而當(dāng)淺埋暗挖地下綜合管廊下穿富水河道，地表不具備降排水和注漿等條件時，僅采取常規(guī)輔助措施難以保證施工安全。

通過對北京新機(jī)場高速公路地下綜合管廊暗挖下穿新鳳河河道超淺埋、大斷面、富水等特點，分析了暗挖風(fēng)險產(chǎn)生的原因及危害，闡述了在河道圍堰渡管導(dǎo)流、河底加鋪防滲布等隔水措施的基礎(chǔ)上，采用超前小導(dǎo)管與深孔注漿結(jié)合臺階法的開挖方案，順利通過河道。

1 工程概況

北京新機(jī)場高速公路地下綜合管廊(南五環(huán)—新機(jī)場)工程一期項目位于北京市南部，是北京市城市綜合管廊規(guī)劃網(wǎng)的重要組成部分，規(guī)劃定位為干線型綜合管廊。主要為北京新機(jī)場及北京南部地區(qū)提供能源供給保障，主干管廊設(shè)計全長約27.881km。

本工程為北京新機(jī)場高速沿線綜合管廊下穿新鳳河河道(0+119—0+272)，新鳳河河道下口寬30m，上口寬54m，現(xiàn)狀河底標(biāo)高29.490m，百年洪水水位標(biāo)高33.020m，河底與結(jié)構(gòu)凈距6.37m。暗挖主體結(jié)構(gòu)底均位于地下水位以上，覆土深度3.72～6.10m，穿越新鳳河河道段采用暗挖法，暗挖管廊結(jié)構(gòu)采用初支聯(lián)立、二襯獨立的斷面形式，初支開挖跨度11.8m，高度5.02～5.32m；結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計為3艙，電力艙凈寬2.6m，水信艙凈寬3.9m，燃?xì)馀搩魧?.0m，斷面凈高3.7～4.0m，如圖1,2所示。

圖1 管廊下穿新鳳河橫斷面

圖2 管廊下穿新鳳河縱斷面

管廊暗挖穿越黃馬路北側(cè)新鳳河，新鳳河河道在暗挖穿越部位與黃馬路基本平行，河岸地面高34.900m，雨季水位高32.000m，正常情況有0.5m常流水位。管廊穿越部位以西430m有石砌滾水壩1座，管廊以東約1km有橡膠壩1座，現(xiàn)狀河道有部分石砌護(hù)坡。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

地層從上往下依次為：表層為填土層，其下為新近沉積及一般第四紀(jì)沖洪積成因的黏性土、粉土及砂土。圍巖等級Ⅵ級，綜合管廊結(jié)構(gòu)頂距河道底約6m左右。

根據(jù)地勘報告，自地表往下有3層地下水：第1層為上層滯水，第2層為潛水，第3層為承壓水。下穿河道暗挖施工主要在潛水層中。

3 超淺埋地下綜合管廊下穿新鳳河風(fēng)險分析

3.1 工程自身風(fēng)險

3.1.1暗挖結(jié)構(gòu)特征

1)結(jié)構(gòu)埋深淺 綜合管廊下穿河道段距離河道底約6m，隧道開挖擾動范圍大，易引起隧道塌方。

2)結(jié)構(gòu)斷面復(fù)雜 由于暗挖下穿新鳳河采用三聯(lián)拱形式，其初支開挖跨度大，松動區(qū)相對較大，圍巖擾動范圍自然也大，易引起塌方冒頂。

3.1.2圍巖地質(zhì)條件

隧道洞身主要位于粉土和砂土層中，自穩(wěn)能力差、透水性強(qiáng)，遇水流泥、流砂，極易失穩(wěn)。隧道下穿的新鳳河常年流水，流量隨季節(jié)變化，施工過程中豐富的地表水易造成塌方和突水突泥。

3.2 周邊環(huán)境風(fēng)險

3.2.1地下管線

綜合管廊上方新鳳河南北兩側(cè)存在4條管線，分別是污水、再生水、電信、中壓燃?xì)獾裙芫€，開挖時須采取相應(yīng)措施減少管線擾動，確保暗挖施工安全穿越，如圖3所示。

圖3 地下管線與管廊位置關(guān)系

3.2.2鄰近高速橋樁

綜合管廊暗挖主體結(jié)構(gòu)鄰近新建北京新機(jī)場高速EN匝道03及04橋樁，其中EN-03橋樁承臺尺寸7.3m×2.9m×2m，樁長45m，與管廊結(jié)構(gòu)外皮凈距7.739m；EN-04橋樁承臺尺寸5.5.m×5.5m×2m，樁長60m，與管廊結(jié)構(gòu)外皮凈距8.123m。

該橋樁為摩擦承載樁，綜合管廊暗挖過程中會對橋樁單側(cè)土體產(chǎn)生擾動，需采取技術(shù)措施減少由于管廊土體開挖擾動導(dǎo)致的橋樁摩阻力損失。

4 暗挖下穿河道方案研究

4.1 河道截流導(dǎo)流技術(shù)

為保證管廊暗挖下穿新鳳河施工上方影響范圍形成無水區(qū)域，采用土圍堰和埋設(shè)渡管對河水進(jìn)行導(dǎo)流。根據(jù)現(xiàn)場情況，管廊暗挖穿越新鳳河段初襯開始施工至二襯完工期間對現(xiàn)狀新鳳河采取圍堰加埋管導(dǎo)流方式保證管廊暗挖期間無水。管廊結(jié)構(gòu)上游30～70m位置利用現(xiàn)有土圍堰進(jìn)行擋水，機(jī)械開挖導(dǎo)流槽將水導(dǎo)流至管道入口處，導(dǎo)流槽下口寬2m，上口寬9.5m。管廊結(jié)構(gòu)外邊線下游30m至管廊結(jié)構(gòu)外邊線上游30m范圍內(nèi)通過埋置1根DN800雙壁波紋管將上游來水引到管廊下游，管廊下游30m位置設(shè)1道橫向土圍堰防止水回流，圍堰上口寬1m，邊坡比1∶1.5，圍堰高1m(見圖4，5)。導(dǎo)流管道兩側(cè)采用黏土回填壓實，固定導(dǎo)流管。河道內(nèi)土圍堰在2019年汛期前拆除并恢復(fù)漿砌石護(hù)坡。

圖4 河道導(dǎo)流平面

圖5 河道圍堰斷面

4.2 橋樁隔離措施

綜合管廊開挖從新建北京新機(jī)場高速公路匝道橋臺EN-03和EN-04直接斜穿。為減少管廊土體開挖對橋樁的影響，在管廊暗挖施工前，在鄰近橋樁一側(cè)先打設(shè)φ800@1 200隔離樁，避免橋樁由于綜合管廊開挖的影響產(chǎn)生不均勻沉降，如圖6所示。

圖6 橋樁與管廊結(jié)構(gòu)平面位置關(guān)系

4.3 既有管線保護(hù)措施

綜合管廊穿越新鳳河南北兩側(cè)共有4條一級風(fēng)險源的地下管線(見圖3)。根據(jù)實際情況采用針對性的保護(hù)措施。

1)新鳳河北側(cè)有D1 950污水管和D1 050再生水管，埋深分別為4.38m和4.58m，距離管廊結(jié)構(gòu)頂距離為5.712m和6.417m。施工前，詳細(xì)調(diào)查各種管線的材質(zhì)、埋深、年代、管徑及與暗挖主體結(jié)構(gòu)的相對位置關(guān)系，當(dāng)綜合管廊挖至管道附近時，采用雙排小導(dǎo)管+洞內(nèi)超前導(dǎo)管注漿加固管道下方土層。

2)新鳳河南側(cè)有D400中壓燃?xì)夤艿篮?0mm×50mm電信管線，埋深分別為1.5m和2m，距離管廊結(jié)構(gòu)頂距離為2.699m和2.072m。施工前，詳細(xì)調(diào)查各種管線的材質(zhì)、埋深、年代、管徑及與暗挖主體結(jié)構(gòu)的相對位置關(guān)系。當(dāng)綜合管廊掌子面開挖至管道附近時，采用雙排小導(dǎo)管+超前導(dǎo)管注漿加固管道措施，并根據(jù)實際管線位置調(diào)整好小導(dǎo)管打設(shè)角度。

4.4 暗挖超前加固措施

在河道截流導(dǎo)流、隔離樁打設(shè)完成后，綜合管廊開挖前，需遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤測量”的方針進(jìn)行暗挖綜合管廊施工，同時應(yīng)做到“地質(zhì)超前探、格柵節(jié)點強(qiáng)連接”。管廊隧道開挖前采取超前加固措施如下。

1)深孔注漿

對管廊開挖外輪廓外1.5m及中洞上半部掌子面進(jìn)行超前深孔注漿加固，每12m施做1個循環(huán)，每循環(huán)搭接2m，深孔注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。深孔注漿加固土體范圍如圖7所示，注漿壓力采用0.8～1.2MPa。深孔注漿后的土體應(yīng)滿足：土體有良好的均勻性和自立性，滲透系數(shù)≤1.0×10-6cm/s，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.5MPa。

圖7 超前深孔注漿加固范圍

每段深孔注漿縱向長度12m，開挖10m，段與段間搭接2m，每次深孔注漿時，應(yīng)對上臺階核心土以外的掌子面噴射100mm厚C25混凝土止?jié){墻。注漿管采用DN32×2.75鋼焊管，間距0.5m×0.5m。

2)超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管采用DN32×2.75鋼焊管，L=2 000mm，在拱部環(huán)向布置，間距為300mm，小導(dǎo)管注漿材料：礫(卵)石層采用單液水泥漿；無水粉細(xì)砂一般情況下采用改性水玻璃，其余土層采用水泥-水玻璃雙漿液，具體配合比根據(jù)現(xiàn)場試驗確定；注漿壓力根據(jù)開挖前方地層條件控制，終壓≤0.5MPa，加固土體半徑≥0.25m，漿液在現(xiàn)場配制，必須在規(guī)定時間內(nèi)用完。要求固結(jié)土體單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.3～0.5MPa，方可進(jìn)行開挖。

5 施工過程控制

5.1 加強(qiáng)超前支護(hù)和地質(zhì)預(yù)報

管廊掌子面土方開挖前，需在拱頂及上部進(jìn)行5m長的超前地質(zhì)鉆孔，進(jìn)行超前地質(zhì)描述和預(yù)報，嚴(yán)格按照方案進(jìn)行超前深孔注漿和超前小導(dǎo)管施工。

5.2 開挖及支護(hù)

暗挖施工采用先挖中洞后挖側(cè)洞，各洞室采用臺階法開挖，上臺階采用預(yù)留核心土法，開挖采用人工配合小型機(jī)械施工，開挖進(jìn)尺控制在一榀格柵0.5m。支護(hù)斷面如圖8所示。二襯結(jié)構(gòu)參數(shù)：φ25主筋、混凝土強(qiáng)度等級C35，抗?jié)B等級P8。

圖8 管廊暗挖支護(hù)斷面

土體開挖完成后要嚴(yán)格遵守“短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”原則，盡快封閉，并進(jìn)行初支背后注漿。

5.3 掌子面安全距離控制

綜合管廊初支分3個洞室，在開挖過程中要控制好洞室之間的安全距離，在中洞與側(cè)洞錯開10m以上進(jìn)行深孔注漿開挖；各洞室上下臺階之間要保持4～6m距離。

6 監(jiān)控量測

6.1 監(jiān)測項目及測點布置

現(xiàn)場施工時通過對周邊風(fēng)險點和暗挖結(jié)構(gòu)自身進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)控量測項目和監(jiān)測點布置分別如表1和圖9所示。

圖9 監(jiān)測點平面布置(單位：m)

表1 監(jiān)控量測項目

6.2 監(jiān)測結(jié)果分析

1)洞內(nèi)拱頂監(jiān)測

根據(jù)洞內(nèi)拱頂監(jiān)測數(shù)據(jù)得到隨隧道里程方向洞內(nèi)初支拱頂沉降曲線如圖10所示，其中水信艙、燃?xì)馀?、電力艙累計最大沉降值分別為7.9，5.8，6.8mm，均小于控制值20mm。

圖10 K0+119.8—K0+260.8拱頂沉降曲線

2)河堤監(jiān)測

通過地表對穿越新鳳河河堤進(jìn)行沉降監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)得到新鳳河河堤沉降曲線(見圖11)，南、北河堤累計最大沉降值為7.5，7.6mm，均小于控制值10mm。

圖11 新鳳河河堤沉降曲線

3)管線及橋樁監(jiān)測

通過4條管線沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)得知D1 950污水管、D1 050再生水管、D400中壓燃?xì)狻?0×50電信累計沉降值分別是12.1，5.8，6.9，7.2mm，均小于其控制值20mm和10mm；以D1 950污水管線沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，得到D1 950污水管沉降曲線(見圖12)。

圖12 D1 950污水管沉降曲線

通過對鄰近橋樁差異沉降進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)得到EN-03，EN-04橋樁差異沉降曲線(見圖13)，其中EN-03，EN-04橋樁最大差異沉降值為2.2mm和1.6mm，均小于控制值3mm。

圖13 鄰近橋樁差異沉降曲線

4)監(jiān)測結(jié)論

綜合管廊暗挖下穿新鳳河從開工至安全順利通過共用時150d左右，施工過程中通過對結(jié)構(gòu)物本身和周邊環(huán)境持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，隧道拱頂沉降、河堤沉降、管線及鄰近橋樁差異沉降均在控制值范圍內(nèi)，暗挖施工風(fēng)險得到了有效控制。

7 結(jié)語

1)城市綜合管廊淺埋暗挖下穿富水河道易發(fā)生塌方、滲漏水、初支變形事故，風(fēng)險極高。必須采取合理有效技術(shù)控制措施，保證隧道施工和結(jié)構(gòu)安全。

2)工程實踐表明：淺埋暗挖隧道下穿富水河道時，通過采用河道截流導(dǎo)流技術(shù)、隔離樁、深孔注漿、超前小導(dǎo)管等一系列措施，能有效保證安全風(fēng)險可控，對外部環(huán)境影響最小，施工進(jìn)度最快。施工期間道路、管線運行正常，河堤沉降滿足設(shè)計要求，工程達(dá)到了預(yù)期目的，社會和環(huán)境效益良好。

3)監(jiān)控量測對淺埋暗挖施工方案調(diào)整具有指導(dǎo)性意義，施工全過程不可或缺。