城市地下综合管廊浅埋暗挖下穿富水河道施工风险与控制技术研究

2021-05-18胡平

施工技术(中英文) 2021年7期

胡平

(北京京投交通发展有限公司，北京 102606)

0 引言

在富水河道底部进行浅埋大断面综合管廊隧道施工，存在安全风险，易发生渗水和塌方冒顶事故，危及隧道及施工人员安全。安全合理的施工方案需因地制宜，虽然目前已有浅埋暗挖富水隧道工程实例，然而当浅埋暗挖地下综合管廊下穿富水河道，地表不具备降排水和注浆等条件时，仅采取常规辅助措施难以保证施工安全。

通过对北京新机场高速公路地下综合管廊暗挖下穿新凤河河道超浅埋、大断面、富水等特点，分析了暗挖风险产生的原因及危害，阐述了在河道围堰渡管导流、河底加铺防渗布等隔水措施的基础上，采用超前小导管与深孔注浆结合台阶法的开挖方案，顺利通过河道。

1 工程概况

北京新机场高速公路地下综合管廊(南五环—新机场)工程一期项目位于北京市南部，是北京市城市综合管廊规划网的重要组成部分，规划定位为干线型综合管廊。主要为北京新机场及北京南部地区提供能源供给保障，主干管廊设计全长约27.881km。

本工程为北京新机场高速沿线综合管廊下穿新凤河河道(0+119—0+272)，新凤河河道下口宽30m，上口宽54m，现状河底标高29.490m，百年洪水水位标高33.020m，河底与结构净距6.37m。暗挖主体结构底均位于地下水位以上，覆土深度3.72～6.10m，穿越新凤河河道段采用暗挖法，暗挖管廊结构采用初支联立、二衬独立的断面形式，初支开挖跨度11.8m，高度5.02～5.32m；结构断面设计为3舱，电力舱净宽2.6m，水信舱净宽3.9m，燃气舱净宽2.0m，断面净高3.7～4.0m，如图1,2所示。

图1 管廊下穿新凤河横断面

图2 管廊下穿新凤河纵断面

管廊暗挖穿越黄马路北侧新凤河，新凤河河道在暗挖穿越部位与黄马路基本平行，河岸地面高34.900m，雨季水位高32.000m，正常情况有0.5m常流水位。管廊穿越部位以西430m有石砌滚水坝1座，管廊以东约1km有橡胶坝1座，现状河道有部分石砌护坡。

2 工程地质与水文地质条件

地层从上往下依次为：表层为填土层，其下为新近沉积及一般第四纪冲洪积成因的黏性土、粉土及砂土。围岩等级Ⅵ级，综合管廊结构顶距河道底约6m左右。

根据地勘报告，自地表往下有3层地下水：第1层为上层滞水，第2层为潜水，第3层为承压水。下穿河道暗挖施工主要在潜水层中。

3 超浅埋地下综合管廊下穿新凤河风险分析

3.1 工程自身风险

3.1.1暗挖结构特征

1)结构埋深浅综合管廊下穿河道段距离河道底约6m，隧道开挖扰动范围大，易引起隧道塌方。

2)结构断面复杂由于暗挖下穿新凤河采用三联拱形式，其初支开挖跨度大，松动区相对较大，围岩扰动范围自然也大，易引起塌方冒顶。

3.1.2围岩地质条件

隧道洞身主要位于粉土和砂土层中，自稳能力差、透水性强，遇水流泥、流砂，极易失稳。隧道下穿的新凤河常年流水，流量随季节变化，施工过程中丰富的地表水易造成塌方和突水突泥。

3.2 周边环境风险

3.2.1地下管线

综合管廊上方新凤河南北两侧存在4条管线，分别是污水、再生水、电信、中压燃气等管线，开挖时须采取相应措施减少管线扰动，确保暗挖施工安全穿越，如图3所示。

图3 地下管线与管廊位置关系

3.2.2邻近高速桥桩

综合管廊暗挖主体结构邻近新建北京新机场高速EN匝道03及04桥桩，其中EN-03桥桩承台尺寸7.3m×2.9m×2m，桩长45m，与管廊结构外皮净距7.739m；EN-04桥桩承台尺寸5.5.m×5.5m×2m，桩长60m，与管廊结构外皮净距8.123m。

该桥桩为摩擦承载桩，综合管廊暗挖过程中会对桥桩单侧土体产生扰动，需采取技术措施减少由于管廊土体开挖扰动导致的桥桩摩阻力损失。

4 暗挖下穿河道方案研究

4.1 河道截流导流技术

为保证管廊暗挖下穿新凤河施工上方影响范围形成无水区域，采用土围堰和埋设渡管对河水进行导流。根据现场情况，管廊暗挖穿越新凤河段初衬开始施工至二衬完工期间对现状新凤河采取围堰加埋管导流方式保证管廊暗挖期间无水。管廊结构上游30～70m位置利用现有土围堰进行挡水，机械开挖导流槽将水导流至管道入口处，导流槽下口宽2m，上口宽9.5m。管廊结构外边线下游30m至管廊结构外边线上游30m范围内通过埋置1根DN800双壁波纹管将上游来水引到管廊下游，管廊下游30m位置设1道横向土围堰防止水回流，围堰上口宽1m，边坡比1∶1.5，围堰高1m(见图4，5)。导流管道两侧采用黏土回填压实，固定导流管。河道内土围堰在2019年汛期前拆除并恢复浆砌石护坡。

图4 河道导流平面

图5 河道围堰断面

4.2 桥桩隔离措施

综合管廊开挖从新建北京新机场高速公路匝道桥台EN-03和EN-04直接斜穿。为减少管廊土体开挖对桥桩的影响，在管廊暗挖施工前，在邻近桥桩一侧先打设φ800@1 200隔离桩，避免桥桩由于综合管廊开挖的影响产生不均匀沉降，如图6所示。

图6 桥桩与管廊结构平面位置关系

4.3 既有管线保护措施

综合管廊穿越新凤河南北两侧共有4条一级风险源的地下管线(见图3)。根据实际情况采用针对性的保护措施。

1)新凤河北侧有D1 950污水管和D1 050再生水管，埋深分别为4.38m和4.58m，距离管廊结构顶距离为5.712m和6.417m。施工前，详细调查各种管线的材质、埋深、年代、管径及与暗挖主体结构的相对位置关系，当综合管廊挖至管道附近时，采用双排小导管+洞内超前导管注浆加固管道下方土层。

2)新凤河南侧有D400中压燃气管道和50mm×50mm电信管线，埋深分别为1.5m和2m，距离管廊结构顶距离为2.699m和2.072m。施工前，详细调查各种管线的材质、埋深、年代、管径及与暗挖主体结构的相对位置关系。当综合管廊掌子面开挖至管道附近时，采用双排小导管+超前导管注浆加固管道措施，并根据实际管线位置调整好小导管打设角度。

4.4 暗挖超前加固措施

在河道截流导流、隔离桩打设完成后，综合管廊开挖前，需遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤测量”的方针进行暗挖综合管廊施工，同时应做到“地质超前探、格栅节点强连接”。管廊隧道开挖前采取超前加固措施如下。

1)深孔注浆

对管廊开挖外轮廓外1.5m及中洞上半部掌子面进行超前深孔注浆加固，每12m施做1个循环，每循环搭接2m，深孔注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆。深孔注浆加固土体范围如图7所示，注浆压力采用0.8～1.2MPa。深孔注浆后的土体应满足：土体有良好的均匀性和自立性，渗透系数≤1.0×10-6cm/s，无侧限抗压强度≥0.5MPa。

图7 超前深孔注浆加固范围

每段深孔注浆纵向长度12m，开挖10m，段与段间搭接2m，每次深孔注浆时，应对上台阶核心土以外的掌子面喷射100mm厚C25混凝土止浆墙。注浆管采用DN32×2.75钢焊管，间距0.5m×0.5m。

2)超前小导管

超前小导管采用DN32×2.75钢焊管，L=2 000mm，在拱部环向布置，间距为300mm，小导管注浆材料：砾(卵)石层采用单液水泥浆；无水粉细砂一般情况下采用改性水玻璃，其余土层采用水泥-水玻璃双浆液，具体配合比根据现场试验确定；注浆压力根据开挖前方地层条件控制，终压≤0.5MPa，加固土体半径≥0.25m，浆液在现场配制，必须在规定时间内用完。要求固结土体单轴抗压强度达到0.3～0.5MPa，方可进行开挖。