暗挖小净距下穿城市河湖施工技术

冉隆波

（北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068 ）

1 工程概况

西土城沟是北京中心城区西部的一条防洪排水兼风井观赏河道。地铁穿越段河道断面形式为矩形复式断面。河道底宽约15.0m，上口宽约19.1～23.3m，河深约5.0m，现状水深约1.5m。下部矩形断面两岸为混凝土直墙，墙身高约3.0m。挡墙顶部为宽约3.0m 二层平台，平台上部为高约2.0m 浆砌石直墙直至地面。河底采用素混凝土护砌。

北京地铁27 号线二期西土城站东侧换乘通道及其附属无障碍通道下穿西土城沟，隧道穿河段呈南-北走向，隧道中线与河道中心线夹角约86°。穿河隧道均采用暗挖法施工，东侧换乘通道隧道结构净宽8.3m，净高5.4m，结构外顶距现状河底约3.4m；无障碍隧道结构净宽2.6m，净高3.5m，结构外顶距现状河底约5.1m。

图1 西土城站东侧换乘通道及其附属无障碍通道下穿西土城沟横断面图

2 西土城沟保护设计

东侧换乘通道及其附属无障碍通道下穿西土城沟前，需要提前对西土城沟施工导流、防渗加固。

2.1 施工导流设计

本次导流设计采用两期围堰导流方式，具体安排如下：

导流一期：在河道左半幅搭建一期围堰，同时在一期围堰上下游两端布置横向端头围堰，利用束窄后右半幅河道过流。一期围堰搭设完成后，将一期围堰内河水抽排至河道左半幅，清理淤泥，场地平整，进行河道右半幅河底防渗衬砌及挡墙防渗修复施工。

导流二期：在河道右半幅已施作完成的防渗衬砌结构上部搭设二期围堰，同时在二期围堰上下游两端布置横向端头围堰，拆除一期围堰，利用束窄后右半幅河道过流。二期围堰搭设完成后，将二期围堰内河水抽排至河道右半幅，场地平整，进行河道左半幅河底防渗衬砌及挡墙防渗修复施工。

2.2 河道防渗加固设计

河道防渗加固原则上不破坏河道两岸护岸结构，仅拆除现状河底素混凝土护砌，重新施作防渗护底，本次设计河底防渗加固采用钢筋（素）混凝土+复合土工膜的形式。现状挡墙年久失修，地铁暗挖埋深浅，易产生沉降，造成挡墙裂缝、透水，因此对现状挡墙迎水面、分缝及入河雨水口周围缝隙采用聚硫密封膏进行防渗修复，并对入河雨水口进行围封结合水泵抽排。

为提高河道防渗性能和整体稳定性，减小河道水体与地下水之间水力联系，减小地铁设施施工产生的不利影响，结合现场情况及类似工程实践经验，确定本工程河道防渗加固范围为地铁结构外边线向河道投影及其上下游各50.0m。河道防渗加固设计具体如下：

1）拆除原有河道素混凝土护底。手扶振动碾压实及蛙夯夯实开挖河底后重新浇筑钢筋混凝土护底。

2）为提高河道的防渗性能和整体稳定性，本次设计河道防渗加固采用钢筋（素）混凝土+复合土工膜的形式。根据地铁下穿位置不同，防渗型式及衬砌厚度不同：地铁下穿正投影下及结构外边线并向外外延20m 范围内，采用250mm 厚钢筋混凝土（简称A 区间）；其余部分（简称B 区间）采用200mm素混凝土。河道防渗护砌结构从上至下依次为：A 区间：250mm 厚C25 钢筋混凝土护底+100mm 厚C15 素混凝土垫层+复合土工膜（采用两布一膜，膜厚0.6mm，无纺布规格为300g/m2）+100mm 厚中粗砂+100mm 厚砂砾料；B 区间：200mm 厚C25 素混凝土护底+复合土工膜（采用两布一膜，膜厚0.6mm，无纺布规格为300g/m2）+100mm 厚中粗砂垫层+200mm 厚砂砾料垫层。

钢筋混凝土护底顺河向每间隔9m 分一道缝，缝内填高密度聚乙烯闭孔泡沫板，表面采用聚硫密封膏作为嵌缝材料。

新浇筑钢筋混凝土护底和河道两岸混凝土挡墙衔接部位，缝内填高密度聚乙烯闭孔泡沫板，表面采用聚硫密封膏作为嵌缝材料，同时布设两道BWⅡ型止水条加强止水。河底防渗护砌上下游端头设置现浇混凝土齿槽，槽深450mm。

3）人工剔除现状河道两岸混凝土挡墙分缝材料及入河雨水口周围缝隙，剔除深度为50mm，剔除完毕后保持表面清洁、湿润，并用30mm 聚硫密封膏+20mm 弹性砂浆封堵。

3 东侧换乘通道及其附属无障碍通道下穿施工技术

东侧换乘通道及其附属障碍通道由1 号风道引出，向北穿越西土城沟后接入既有10 号线西土城站地下二层（站厅层），东侧换乘通道为直墙拱顶结构，底部设置仰拱，开挖宽度10.4m，高8.12m，初支厚350mm，采用双侧壁导坑法进行施工；附属无障碍通道为直墙拱顶结构，开挖宽度3.8m，高4.12m，初支厚300mm，采用台阶法进行施工；东侧换乘通道顶部结构与既有河底最近距离为3.4m，附属无障碍通道与既有河底最近距离为5.1m；采用大管棚+深孔注浆施工技术，大管棚采用φ159@400，拱顶设置，深孔注浆采用初支外3m 范围内全断面深孔注浆。

3.1 主要设计参数

表1 东侧换乘通道主要设计参数

图2 东侧换乘通道下穿段断面图

图3 无障碍通道下穿段断面图

3.2 深孔注浆

东侧换乘通道及其附属无障碍通道下穿前，先对西土城沟风险源周围土体进行深孔注浆加固土体。隧道内拱顶注浆孔布置在拱顶下30-50cm，第一个循环在通道内施作；暗挖隧道全断面注浆除在拱顶下30-50cm 处布置注浆孔外，需在掌子面布置注浆孔；后续每循环钻孔角度在6°～42°之间，加固12m，开挖10m，钻入深度为2.812m～12.098m 之间，根据角度不同经过计算钻孔深度，以确保注浆深度满足注浆效果。

注浆压力为0.8～1.0MPa，然而管线下方注浆压力应调整为0.3～0.5MPa，且需要低压匀速注浆，当压力达到0.5MPa 时，且继续注浆1min 时，应开始起杆；为保证注浆加固范围符合要求，考虑注浆扩散半径0.5m，注浆孔在施工面应等间距、梅花形布置，孔位间距为0.7～0.8m，保证注浆范围搭接0.3～0.4m；选用水泥浆：硅酸钠溶液=1:0.8～1:1（体积比），双液浆有凝固时间较快，并且强度能得到保证，一般浆液初凝时间控制在25～40 秒左右；注浆时采用注浆压力和注浆效果双控的原则，即注浆压力逐步升高、当达到设计终压并继续注浆2min 以上，或者单孔注浆量与设计注浆量大致相同，注浆结束时的进浆量，一般在20～30L/min 以下。

3.3 大管棚

东侧换乘通道及附属无障碍通道施工范围内用□159@400mm，t=8mm 大管棚，单向施工，每根20/23/29/34m，分别为8/7/13/39 根，主要施工流程：

3.3.1 平台搭设

钢管的型号、质量和规格等应符合规范和施工要求，钢管插入孔内的长度不得短于设计插入长度的95%，根据设计图由测量组精确给出孔位，将孔位沿开挖边线外放20cm，按400mm 间距标于作业面。根据作业面宽度，借助于H 型钢轨道左右移动，钻塔长×宽=3m×3m，塔高：2m。结合钻孔位置、方位角、仰角不同，搭设的工作平台可自由升降和调节角度。

3.3.2 钻进成孔

水平钻进中受钻具自重影响，钻具前部产生下垂现象：钻具顺时针旋转，产生右旋力，造成钻孔偏斜。因此确定开孔角度时，根据以往经验和试验孔成果，需要给开孔方位角与垂直角以合理的纠偏值，并根据已成孔测斜结果随时予以调整纠偏角度。对软硬不均地层，钻进时宜采取低压、慢转、快速给进的钻进方法，遇有情况慎重处理，不得盲目加压，增转。

3.3.3 孔口密封

孔口管采用Φ159×8mm 无缝钢管，外口焊Φ159 型法兰盘，并在孔口管上距法兰盘60～80mm 处焊一长150mm 的水管（直径48mm），并安装同水管尺寸球阀。

3.4 东侧换乘通道暗挖施工方法

东侧换乘通道采用双侧壁导坑法施工，附属无障碍通道采用台阶法进行施工。其中双侧壁导坑法施工主要步序如下：

图4 双侧壁导坑法施工

第一步：施做拱顶大管棚，超前深孔注浆环向加固全断面土体。

第二步：预留核心土台阶法开挖1 号洞室土体，施做初期支护；上下台阶纵向间距不得小于5m，并根据现场情况及时封闭掌子面。

第三步：预留核心土台阶法开挖2 号洞室土体，施做初期支护；上下台阶纵向间距不得小于5m，1、2 号洞室纵向间距不得小于8m，并根据现场情况及时封闭掌子面。

第四步：预留核心土台阶法开挖3 号洞室土体，施做初期支护；上下台阶纵向间距不得小于5m，2、3 号洞室纵向间距不得小于8m，并根据现场情况及时封闭掌子面。

第五步：预留核心土台阶法开挖4 号洞室土体，施做初期支护；上下台阶纵向间距不得小于5m，3、4 号洞室纵向间距不得小于8m，并根据现场情况及时封闭掌子面。

第六步：预留核心土台阶法开挖5 号洞室土体，施做初期支护；上下台阶纵向间距不得小于5m，4、5 号洞室纵向间距不得小于8m，并根据现场情况及时封闭掌子面。

第七步：预留核心土台阶法开挖6 号洞室土体，施做初期支护；上下台阶纵向间距不得小于5m，5、6 号洞室纵向间距不得小于8m，并根据现场情况及时封闭掌子面。

第八步：根据施工监控量测结果，一般6m 左右，分段拆除下断面部分中隔壁，施作出入口通道底部二次衬砌。

第九步：根据施工监控量测结果，一般6m左右，分段拆除剩余临时支撑；施作边墙防水层、拱部和二次衬砌，结构封闭成环；进行二次衬砌背后注浆，拆除该段剩余的中隔壁。

3.5 三维计算

地层-结构模型适用于几何形状和围岩初始应力状态、地质条件等较为复杂的地下工程，尤其是需要考虑围岩的各种非线性特征和施工过程对隧道稳定性影响时，采用地层-结构模型较为有利。

通过地层-结构模型计算，东侧换乘通道及附属无障碍通道施工对西土城沟结构变形及内力验算：

1）竖向变形，底板最大沉降约-12.0mm，挡墙最大沉降约-5.7mm；

2）水平变形，最大水平变形量为1.7mm，倾斜斜率为0.569‰；

3）对底板弯矩影响较大，最大弯矩约109.2kN·m2。

所有计算结果，均满足西土城沟评估的变形指标。

4 结语

为改善城市交通环境,全国各大城市都在开展地铁建设,小净距暗挖隧洞近距离下穿施工会对既有结构产生显著影响，解决好下穿施工引起的既有结构沉降变形问题，对城市地下交通的建设和发展具有显著意义。因此，我们要加强该技术的研究，促进隧洞工程的发展。