城市暗涵隧洞施工技术示例——南水北调中线京石段紧急供水工程<br/>

城市暗涵隧洞施工技术示例——南水北调中线京石段紧急供水工程

2012-10-24仲兆伟

黑龙江水利科技 2012年3期

仲兆伟

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

0 前言

城市暗涵隧洞施工技术已在地下铁路、市政工程、人防工程广泛应用，在城市煤气、电力、给排水及排污管线的应用也不少见，但应用于大型有压输水工程，尤其是几公里至几十公里长输水管线，全部建在城市高速路、高层建筑物或城市明河之下，目前国内极少。南水北调中线京石段应急供水工程( 北京段) 西四环暗涵工程施工，就是应用此项技术的一个典范。

1 工程概况

南水北调中线京石段应急供水工程( 北京段) 西四环暗涵土建工程( 第一标) ，工程编号为9 423，从起点到终点单线全长1857.893 m。输水设计流量为30 m3/s，加大流量为35 m3/s。本工程全部采用浅埋暗挖法施工，全线为双线圆形暗涵，暗涵为外径φ 5 200 mm、内径φ 4 000 mm的圆形，其初期支护为300 mm厚C30喷射钢筋混凝土，二次模注结构为C30W8 的防水钢筋混凝土。工程横断面见图1。

暗涵隧洞分左线和右线两条，标准段两暗涵外壁相距7 m。暗涵洞身采用复合式衬砌结构，一衬采用浅埋暗挖法施工，正台阶法开挖，上拱180°小导管注浆固结围岩，架设格栅钢架，喷射混凝土，背后270°回填灌浆;二衬为模筑钢筋混凝土，台车和组合钢模浇筑一次成型; 一二衬之间铺设连续防水板，微膨胀水泥浆回填灌注。

2 暗涵隧洞施工

暗涵隧洞施工是在临时竖井和施工廊道完成后，在廊道两侧开暗涵双线隧洞马头门，开马头门是暗挖隧洞的一个重要环节，和临时竖井开马头门相似。在施工廊道施作初期支护时，在马头门上方采用工字钢架作加强梁。开马头门前施作小导管预注浆，并在开口处密排2 榀格栅钢架。由施工廊道进入供水暗涵施工时，先施工右线暗涵，当右线进洞15 m并且初期支护封闭成环后，开始施工左线暗涵，左线、右线始终保持约15 m的距离，当接近贯通时，左线暂停开挖，并封闭掌子面，待右线贯通后在施工左线。

图1 工程横断面示意图

3 施工原则

隧洞开挖支护施工中，严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字施工原则。

管超前——在工作面开挖前，沿隧洞拱部周边按设计打入超前小导管，以架立的钢格栅为支点，起超前支护的作业。

严注浆——在打设超前小导管后注浆加固地层，使松散、松软的土体胶结成整体。增强土体的自稳能力，和超前小导管一起形成纵向超前支护体系，防止工作面失稳。

短开挖——每次开挖循环进尺要短，开挖和支护时间尽可能缩短。

强支护——采用钢格栅和喷射混凝土进行较强的早期支护。

早封闭——开挖后初期支护要尽早封闭成环，以改善受力条件。

勤量测——量测是对施工过程中围岩及结构变化情况进行动态跟踪的重要手段，对围岩和支护结构的应力，应变监测，根据监测数据绘制位移——时间曲线，当位移——时间曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已呈不稳定状态，加密监视，加强支护，确保施工安全。严格控制地表的沉降变形和拱顶下沉。确保地面建筑和地下管线的安全及隧洞施工安全。是城市地下隧洞施工最重要的保证指标之一。

4 隧洞初支施工步序

暗涵隧洞施工步序见图2。具体如下:

1) 施工时首先沿隧洞洞拱部外轮廓打超前小导管，并注改性水玻璃浆液层加固地层。

2) 用环形土方开挖法开挖上台阶土方，如核心土自稳能力差，则需在掌子面进行注浆加固，同时用砂浆或喷射混凝土封闭掌子面。

3) 安装上台阶格栅拱架，焊接纵向连接钢筋、挂钢筋网，同时在拱角处打入φ 25 锁脚锚管( 长2.5 m) ，然后喷射混凝土，完成上部的初期支护。

4) 开挖上台阶预留核心土。

5) 开挖下半部土方。

6) 安装下台阶格栅拱架，焊接纵向连接钢筋、挂钢筋网、喷混凝土，封闭初期支护结构。

7) 适时的进行背后回填注浆，防止地表沉降超标。

5 作业程序说明

5.1 超前小导管作业( 包括钻孔、布管、注浆工作)

钻孔:可人工采用风镐等工具打入，如卵石粒径较大，人工打入有困难，也可采用TY28 型风钻孔后，结合人工打入。

布管:小导管为内径φ 25、壁厚5 mm的钢管，管壁设φ 6～8 mm出浆孔，孔距10 ～20 mm，小导管长2.25 m，沿隧洞拱顶外轮廓线间距为300 mm，布置范围为拱顶180°范围，特殊地段可进行全断面布管、注浆，小导管打入时外插角约15°。如施工过程中土质较差，环向间距可适当加密。每环小导管间纵向搭接长度不小于1 m，小导管尾端与钢架焊接为一体，注浆加固。浆液全部注入后，到预定的时间，强度达到设计要求才能开挖。

5.2 上台阶开挖

人工沿拱部轮廓线开挖，预留核心土，循环进尺500 mm。

5.3 初喷混凝土

在拱部开挖后立即进行初喷3 ～5 cm厚混凝土，封闭找平开挖面，防止围岩表面剥离坍落。

5.4 支立钢格栅

钢格栅由主筋按设计焊接而成，钢格栅安设紧贴初喷混凝土面，钢架间距500 mm。钢架之间采用纵向钢筋连接，与主筋焊接。两侧拱脚处各设两根锁脚锚管，并与钢架焊接，注浆加固土体。

5.5 挂网

钢筋网在初喷和架立钢格栅间铺设。钢筋网搭接长度不小于200 mm。

5.6 喷射混凝土

分层喷射达到设计厚度300 mm，掺和一定量的速凝剂提高早期强度。

5.7 进尺

上部分进尺2 ～3 m后，开始下台阶开挖。

5.8 挂网

挂网、立设下部边墙和仰拱钢格栅复喷至设计厚度。

5.9 隧洞封闭3 ～5 m后，封闭掌子面，进行背后回填注浆

注浆范围不应小于隧洞上部的270°范围，浆液宜选用水泥浆，并掺入适量的微膨胀剂。注浆要保证管路畅通，注浆结束的标志以控制终压和注入量为主。

6 暗涵二衬施工

暗涵主体结构二衬混凝土施工主要内容包含: 结构外防水施工、钢筋施工和混凝土浇筑施工。施工时不留纵向施工缝，整个洞体一次浇成型，原则上每10 m为一个施工段，每20 m设一道变形缝，两道变形缝之间设一道环向施工缝。暗涵结构厚度为300 mm，内、外双层配筋，内、外侧环向钢筋均为φ 18@200，纵向钢筋为φ 14@200。详见图3。

施工程序为:初支表面处理→铺设防水材料→绑扎钢筋→安装模板→混凝浇筑→脱模→下一循环浇筑。

洞身二次衬砌根据按工期的要求，计划安排n 套模板台车进行衬砌:双线各1/ 2 n 套。均采用商品混凝土，泵送入模，振捣以附着式振捣器捣固为主。所有外露混凝土表面( 包括暗涵内表面) 均应采用符合《水利水电工程模板施工规范》DL5110—2000 要求的装饰性模板。二衬暗涵施工采用模板台车进行模筑，针梁式模板台车的型式详见图4。

1) 安装台车支撑体系和移动轨道。

2) 每一环模板由a、b、c 三类模板组成，支撑杆的长度是可调的，其中顶部的模板a 与b 模板之间为凹凸接口，在一段混凝土模注完成后，模板a 可以自由下降，b、c 类模板间采用铰接连接，在模板a 下降后可以向内收，整个模板台车就可以沿着纵向支撑梁移至下一段。

3) 将台车推至指定位置，从下向上组装台车，先将台车钢框架通过丝杆调至标准尺寸，逐块向上排组合模板，环向模板搭接≥20 cm。

4) 与每榀拱架相对应的圆顶处吊垂线，调节竖向支撑器及两侧水平丝杆，同时激光中心线穿过台车挂好的垂线。模板预留混凝土自重下沉量控制在1 ～2 cm。台车有效工作长度10 m。

5) 测量模板与防水膜之间的净空，使之满足壁厚的要求，经检验无误后装端头模板，并用木模或木楔塞紧空隙，由于混凝土台车的施工顺序均为从低处向高处进行不利于混凝土灌注时拱顶气体的排出。

6) 模板与防水层之间的净空应符合二衬混凝土厚度的要求。端头模板用木模拼装，由于混凝土浇筑顺序是从低处向高处，故应在端头模板位置设φ 32 钢管进行排气。

7) 在模板圆顶处每4 m留一φ 200 圆孔为投料孔，采用混凝土输送泵输送灌注混凝土，混凝土浇筑前，对模板和支撑体系进行预检，必须保证支撑体系牢固，同时每段至少预留2根φ 32 钢管( 上端距防水层1 cm，下端伸出模以外10 cm，作为观察孔和放气孔) ，以确保混凝土模注密实，变形缝、注灰孔等关键部位确认合格后方可浇筑。浇筑过程中和结束前应密切注意变化，防止浇筑不实或跑模。