热力隧道穿越复杂市政地下设施风险控制措施

周 学，尉婧明，李 贺

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037）

1 工程概况

本工程新建热力隧道起于成寿寺路与肖村路交叉口北侧，沿成寿寺路敷设，终点位于成寿寺路与肖村路交叉口南侧，隧道全长120.8m。拟建热力隧道采用浅埋暗挖法施工，复合式衬砌结构型式，其中拱顶直墙断面内净空尺寸包括3.6m×2.5m（宽×高）和4.4m×4.4m（宽×高）两种，平顶直墙断面内净空尺寸为3.6m×1.4m（宽×高），隧道拱顶覆土厚度3.9～5.5m，纵坡0.2%/1.4%。

拟建热力隧道垂直穿越地铁亦庄线盾构区间，竖向净距约0.8m。拟建热力隧道下穿管线主要有：雨水管线，竖向净距约0.14m；上水管线，竖向净距约1m。

拟建热力隧道与风险源纵断位置关系图及拟建隧道标准段横断面图如图1～2 所示。

图1 本工程热力隧道与风险源纵断位置关系

本工程新建热力管线主要穿越地层为细砂、粉砂③1层、粉质粘土②2层、黏质粉土③层，现状亦庄线盾构段所在土层为黏质粉土、粉质粘土层。拟建隧道基本位于地下潜水水位以上，部分地下水位位于隧道底板以上，局部有上层滞水，隧道开挖过程中应考虑适当的止水措施。

2 本工程风险源

图2 隧道标准横断面

本工程主要风险源有：①新建隧道上穿地铁盾构区间，两者竖向净距约0.8m，需严格把控施工质量，以确保既有地铁结构的安全；②新建隧道近距离下穿φ1000 雨水管线，两者竖向净距约0.14m，为了保证能够穿越施工，此处断面压缩为平顶直墙断面，进一步加大了施工风险，既有雨水管线变形控制指标为10mm（沉降）；③新建隧道开挖宽度为4.6m，隧道覆土厚度3.9～5.5m，属于超浅埋隧道，且拱顶位于粉细砂层，本工程下穿现状成寿寺路，根据道路养护部门相关要求，在隧道施工期间，在其影响范围内路面绝对沉降量最大控制值为15mm。

3 穿越风险防护措施

3.1 穿越地铁防护措施

3.1.1 选择合理的结构平面路由、纵段、横断面

通常隧道的平面路由应将穿越点设置在埋深相对较浅、结构体型简单处，同时为避免同一变形段两端产生过大差异沉降，沉降点应尽量靠近两变形缝连线中点；隧道纵向路由主要由隧道功能要求、周边既有管线、地下构筑物和地铁结构共同影响，应尽量从地铁结构上方穿越。本工程通过局部压缩断面，采取了上穿地铁的方式，保证地铁结构的安全。

3.1.2 采用合理的施工方法

浅埋暗挖法中“短开挖”是指减小隧道施工对周围土层的扰动，每次开挖循环进尺要短，同时缩短开挖和支护时间。“强支护”是指要加强抵抗隧道周围土体的变形能力，主要表现在支护结构的刚度。在穿越地铁段隧道采取加强支护措施尤为重要，如格栅密排、中隔壁用型钢支撑等。“快封闭”是指开挖过程中隧道断面的及早封闭，同时采用背后注浆提高土体自稳能力，减少周围土体沉降。本工程采用CD 法开挖，加强支护及背后回填注浆，减少对地铁的扰动。

3.1.3 施工监测

在穿越施工过程中，地铁变形监测的准确与否直接影响运营安全。施工期间对影响范围内的地铁结构变形进行监测，及时反馈可靠的数据和信息，通过数据评价工程穿越施工对既有线的影响，并使各部门及时应对施工期间各种紧急情况，避免事故发生。在工程竣工后，对既有地铁持续监测，直至变形稳定为止，并以此作为本工程施工对既有地铁影响的评价依据。为达此目的对既有地铁的主要监测项目如下：①隧道及轨道结构的竖向变形；②隧道结构及道床裂缝、道床与结构脱离情况；③轨道结构轨距、水平、高低、方向变化及线路偏差。

3.1.4 轨道防护措施

轨道防护设计主要为了提高既有线的承载力，减少新建工程施工过程中对既有线的正常运营的影响。本工程通过在施工前对轨道结构采取加轨距拉杆和防脱护轨进行预加固，提高线路抵抗变形能力，确保地铁安全运营。

3.2 下穿φ1000 雨水管线风险源防护措施

本工程下穿雨水段，综合考虑的热力工艺专业要求、运营使用要求及施工要求，隧道断面优化为平顶直墙断面，同时为了保证下穿雨水施工过程中既有雨水管线结构安全及施工安全，通过数值模拟辅助分析确定如下施工关键措施：

（1）开挖前对热力隧道侧墙及拱顶进行注浆预加固，可采取对向注浆方式，注浆浆液为改性水玻璃，注浆后土体无侧向抗压强度不小于0.5MPa。

（2）穿越雨水段施工前从拱顶一侧打设管棚进行预支护，管棚长L=5.7m，直径89mm，t=4.5mm，间距300mm，管棚内灌注水泥砂浆，打设前应探明雨水管线位置，避免与雨水管线造成冲突，引发地面沉降。

（3）在距离雨水管线较近处初支临时封端，探明既有管线情况，若不具备打设管棚条件，需根据现场情况调整既有管线临时支顶措施。

（4）下穿雨水管线热力隧道采用CD 法施工，密排格栅，中隔壁采用工25b，钢支撑埋入二衬中，待二衬混凝土达到设计强度后，将钢支撑切除，切除位置做好防水措施。

（5）施工期间须对穿越影响范围内的道路结构、现状管线及地下构筑物进行第三方监测，及时向道路管理单位、建设单位反馈信息、指导施工及现场管理，各方建立畅通的信息渠道。

3.3 超浅埋覆土（拱顶粉细砂层）穿越成寿寺路风险防护措施

本工程热力隧道拱顶位于粉细砂层，采用深孔注浆加固时，注浆浆液的选择决定了注浆效果的好坏，研究表明[3]，对于粉细砂地层，改性水玻璃注浆效果最为明显，本工程新建隧道采用CD 法施工，施工前对隧道拱顶采用深孔注浆加固+超前小导管预注浆加固措施，注浆浆液采用改性水玻璃，注浆后周圈土体无侧限抗压强度不小于0.5MPa，施工前应进行注浆试验，优化注浆工艺，明确注浆压力、扩散半径等参数，注浆施工时应注意控制注浆压力，避免造成路面隆起。

4 工程实施效果

本工程目前隧道施工已经完成，通过采取以上多种变形控制措施，从施工开始至上部隧道二衬完成浇筑，各风险源变形均满足安全使用要求，其中既有地铁结构累积最大上浮变形为0.5mm，在此期间既有地铁按正常行驶速度运营，工程得以顺利完成。

5 结论

本工程热力隧道建设涉及众多风险源，且各风险源有相互影响叠加的效果，对于各个风险源的防护措施尤为重要，工程施工期间，北京运营地铁不采取限速措施运行，保证了地铁的安全运输任务，万寿路正常通车，既有雨水管线也得到了有效保护。本文将工程成功的设计施工经验总结为以下几个要点，供以后类似工程参考借鉴：

（1）新建热力隧道在满足使用要求的前提下尽量选择上穿地铁方式，即使距离较近，相比下穿施工，也更容易控制既有地铁结构变形。

（2）新建热力隧道与既有地铁结构平面关系尽量采用垂直穿越，降低空间效应的复杂性。

（3）新建热力隧道近距离下穿大直径雨水管线施工时，创新性采用局部压低断面，采用预打设管棚支护、注浆预加固、减少初支二衬受力转换等措施，可以有效控制既有管线结构安全及使用安全。

（4）对于超浅埋隧道穿越既有道路，且拱顶位于粉细砂层时，采用CD 法施工辅以改性水玻璃超前深孔注浆加固措施，可以有效控制拱顶坍塌及地面沉降，严格按照要求施工前提下可满足既有道路的运营要求。