南水北调西四环暗涵分水口暗挖施工方法总结

王 鑫

（1.山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024；2.太原理工大学水利学院，山西 太原 030024）

1 工程简介

南水北调中线工程的功能为跨流域向北京市提供生活和工业用水，从根本上解决北京水资源的供需矛盾，保障了首都的供水安全。南水北调西四环暗涵工程是南水北调中线京石段应急供水工程（北京段）总干渠在南干渠分水后向团城湖输水的建筑物。西四环暗涵全长12.64 km，为总干渠末端的控制性工程。

暗涵分水口为暗涵主洞与永定河引水渠的分水联络通道，分为暗涵与竖井两部分。竖井部分共8.2 m，分水暗涵共90.442 m。其平面及纵断面图见图1、图2。

图1 西四环暗涵四标右分水口平面图

其中，暗挖部分暗涵将穿越西四环辅路，金沟河桥桩，最后与主暗涵连接贯通。右分水口暗涵起点桩号YY0+000.00，终点桩号YY0+070.242，总长共计70.242 m。暗涵自桩号YY0+065.942起至YY0+014.00共41.942 m拱底高程逐渐下降8.217 m，平均每米下降约15.8 cm。暗涵开挖洞径3.7 m，一衬初支后洞径3.1 m。其中，拱顶距地面高程最短处为2.05 m。

主要工程量，暗涵总长70.242，共开挖土方755 m3，喷射C30砼225 m3，约进行循环140次，预计工期40天。

图2 西四环暗涵四标右分水口纵断面图

2 暗涵施工方法简介

浅埋暗挖法施工严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤监测”的十八字方针，减少对围岩的扰动，保持隧洞安全。

暗涵采用浅埋暗挖上下台阶法进行施工，由大里程向小里程施工。暗涵开挖直径3.7 m，断面尺寸较小，分台上台下两个台阶组织施工，分别按照打设小导管、开挖土体（注意预留掌子面的核心土）、铺设拱部外侧钢筋网、架立拱部钢格栅并打设锁脚导管（节点钢筋焊接）、焊接纵向连接筋、铺设拱部内侧钢筋网、喷射拱部砼。在拱部上台阶各步序施工时，下台阶各步序也平行作业、及时跟进，保持台阶长度在3.7～4.5 m，使初支尽早封闭成环，成为可靠的受力体系。初支时预留注浆花管，以便及时对初支背后进行注浆，避免产生过大的沉降。施工全过程可归纳为：①探明各地下管线，测量放线；②打设前用φ25小导管注浆；③人工挖土（台阶法）；④架立格栅钢架及网片；⑤预埋回填注浆管；⑥喷射C30混凝土；⑦回填注水泥浆（距掌子面5 m）；⑧监控量测全过程；⑨监理验收评定。

3 施工中的重难点

3.1 底层松散，埋深浅

所施工开挖的地层是第四纪全新统地层，该地层多为砂卵砾石层，结构松散。埋深最浅处离地表只有0.97 m，且位于码头门处，施工时极易引起塌方。

3.2 暗涵隧道施工既快速下降又迅速转弯

如图1、图2所示，暗涵在桩号YY0＋065.942高程开始下降，在桩号YY0＋051.296～桩号YY0＋063.863圆曲线段既有方向的转弯，又有高程的下降。施工时掌子面容易坍塌，且暗涵的空间位置不易把握。

3.3 各地下管线较密，且大管径污水管距开挖面距离较近

据图纸及实地勘测，暗挖该段暗涵，共穿越16根各种地下管线，尤其是图1中，在暗涵YY0＋027.850处开挖拱顶上方约0.97 m处有一直径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开裂泄漏，甚至是管内污水的大面积泛滥，一旦污水管破裂，后果极为严重。

4 施工难点的解决方案

4.1 小导管注浆预加固地层

针对分水暗涵在靠近竖井部分埋深浅，且底层松散。在竖井挖设时，在竖井壁上沿顶拱180°范围埋设预留钢管，见图3。竖井施作完毕后，向预留钢管重打设长2.5m直径Ф32的无缝钢管，灌注水泥水玻璃混合浆液，在洞口应力较小变化时，将连立的两榀加强格栅支设完毕。进洞后的施工，严格按照设计图纸的要求，开挖前在拱顶部位打设足够量的超前小导管并注浆，且在质地情况较差及管线较近地段加密打设，加强注浆，见图3。从监控测量的情况分析（图4），马头门施工对地表沉降控制较好，最大沉降值6.10 mm。

图3 马头门超前小导管横剖面图

图4 马头门沉降点回归分析

4.2 详尽的管线调查及超前探测

在熟悉图纸的情况下，组织人员对暗涵所穿越地层进行实地管线勘测，绘制详细的管线位置及高程图，向全体施工人员进行技术交底。暗涵开挖施工中，使用洛阳铲等工具对即将开挖的地层进行超前探测，为小导管打设及注浆提供充足数据，使得遇到注水玻璃浆液对地层加固作用不大的特别松散的地层，如全砾石层时，注水泥水玻璃混合浆液，而非按设计图纸只灌注水玻璃浆液，保证开挖安全。其次，在土层开挖过程中，对前方地层进行观察，做好地质编录，并对下一地层进行推断，结合洛阳铲等工具超前探测结果，知道下一循环的施工，如此往复，保证对地层地质情况的严密监控，控制并避免出现开挖施工事故。

4.3 监控测量

监控测量紧跟施工每一个步骤，包括地表沉降监测及洞内收敛监测。

地表沉降测量是保证下一步施工正常进行的一个重要的数据依据。开挖施工前，沿暗涵中心线开挖方向，结合地表建筑物情况，每5 m布置1个监测点。施工时对每个点每天进行一次测量，对于个别沉降较大或沉降速度较快的点一天两测。并结合各方面情况对沉降较大的点进行分析，找出导致沉降异常的原因，并及时进行处理，保证开挖施工安全。

洞内收敛监测点为沿暗涵壁环向方向，随施工进度，5 m一个断面进行布置。施工时，每个断面每天一测。发现收敛较大的点时，及时进行第二次、第三次回填灌浆，保证已经支护完成的暗涵安全，施工的顺利进行。

4.4 坚持快封闭原则

暗涵开挖要穿越西四环辅路，为了使得地表沉降量最小，施工中加强管理，保持上下台阶的长度，不得超过4 m，使支护完毕的顶拱尽快成环，最大化地降低施工引起的地表沉降。

5 工程经验

5.1 有效地控制了沉降

施工验收完成后的监控测量表明，整段分水暗涵的地表最值为10.3 mm，低于业主要求的15 mm的警戒值。其中，位于桩号YY0+058处的yfs-8点在暗涵开挖施工两天后沉降速率变大，达到1.31 mm/天，发现此情况后，马上安排人员注浆，及时控制了沉降的进一步加剧，事故后分析，事故原因应为原底层孔洞因开挖扰动造成的地表沉降加剧。

5.2 保证开挖施工安全

众多的城市地下工程事故分析可知，地下污、雨水管线是造成事故的一个重大隐患。而分水暗涵顶端距某污水管线的最大距离仅0.97 m，稍有不慎，将使污水管拉裂或小导管施工破坏管壁，后果不堪设想。施工中，测量及技术人员精确测量、放线，对开挖施工严密控制，使得暗涵成功地安全穿越各地下管线，尤其是安全穿越大孔径污水管，保证了施工安全和质量。

6 结束语

（1）埋深浅的地下隧洞开挖前，必须做好地下管线的详尽勘查，并精确放线，保证开挖施工的安全。

（2）预加固地层要根据地层的变化及时调整材料用量及施工方法，不可教条地按图施工，既要使材料使用经济化，又要保证下一步的开挖施工。

（3）监控测量一定要及时准确，实事求是，认真及时地发现问题，并采取科学的处理方法，把可能出现的事故消灭在萌芽状态。

（4）及时封闭成环和及时回填灌浆是阻止地表沉降的重要方法和注意事项，施工时一定要认真落实，保证施工质量。

（5）洞径小、变坡大的箱涵施工时，一定要采取一定的机械及技术方法，改进出碴方式，在保证安全及质量的前提下加快施工进度。作者简介：王鑫，男，1983年2月出生，太原理工大学在职研究生，助理工程师。