南水北調西四環暗涵分水口暗挖施工方法總結

王 鑫

（1.山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024；2.太原理工大學水利學院，山西 太原 030024）

1 工程簡介

南水北調中線工程的功能為跨流域向北京市提供生活和工業用水，從根本上解決北京水資源的供需矛盾，保障了首都的供水安全。南水北調西四環暗涵工程是南水北調中線京石段應急供水工程（北京段）總干渠在南干渠分水后向團城湖輸水的建筑物。西四環暗涵全長12.64 km，為總干渠末端的控制性工程。

暗涵分水口為暗涵主洞與永定河引水渠的分水聯絡通道，分為暗涵與豎井兩部分。豎井部分共8.2 m，分水暗涵共90.442 m。其平面及縱斷面圖見圖1、圖2。

圖1 西四環暗涵四標右分水口平面圖

其中，暗挖部分暗涵將穿越西四環輔路，金溝河橋樁，最后與主暗涵連接貫通。右分水口暗涵起點樁號YY0+000.00，終點樁號YY0+070.242，總長共計70.242 m。暗涵自樁號YY0+065.942起至YY0+014.00共41.942 m拱底高程逐漸下降8.217 m，平均每米下降約15.8 cm。暗涵開挖洞徑3.7 m，一襯初支后洞徑3.1 m。其中，拱頂距地面高程最短處為2.05 m。

主要工程量，暗涵總長70.242，共開挖土方755 m3，噴射C30砼225 m3，約進行循環140次，預計工期40天。

圖2 西四環暗涵四標右分水口縱斷面圖

2 暗涵施工方法簡介

淺埋暗挖法施工嚴格執行“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤監測”的十八字方針，減少對圍巖的擾動，保持隧洞安全。

暗涵采用淺埋暗挖上下臺階法進行施工，由大里程向小里程施工。暗涵開挖直徑3.7 m，斷面尺寸較小，分臺上臺下兩個臺階組織施工，分別按照打設小導管、開挖土體（注意預留掌子面的核心土）、鋪設拱部外側鋼筋網、架立拱部鋼格柵并打設鎖腳導管（節點鋼筋焊接）、焊接縱向連接筋、鋪設拱部內側鋼筋網、噴射拱部砼。在拱部上臺階各步序施工時，下臺階各步序也平行作業、及時跟進，保持臺階長度在3.7～4.5 m，使初支盡早封閉成環，成為可靠的受力體系。初支時預留注漿花管，以便及時對初支背后進行注漿，避免產生過大的沉降。施工全過程可歸納為：①探明各地下管線，測量放線；②打設前用φ25小導管注漿；③人工挖土（臺階法）；④架立格柵鋼架及網片；⑤預埋回填注漿管；⑥噴射C30混凝土；⑦回填注水泥漿（距掌子面5 m）；⑧監控量測全過程；⑨監理驗收評定。

3 施工中的重難點

3.1 底層松散，埋深淺

所施工開挖的地層是第四紀全新統地層，該地層多為砂卵礫石層，結構松散。埋深最淺處離地表只有0.97 m，且位于碼頭門處，施工時極易引起塌方。

3.2 暗涵隧道施工既快速下降又迅速轉彎

如圖1、圖2所示，暗涵在樁號YY0＋065.942高程開始下降，在樁號YY0＋051.296～樁號YY0＋063.863圓曲線段既有方向的轉彎，又有高程的下降。施工時掌子面容易坍塌，且暗涵的空間位置不易把握。

3.3 各地下管線較密，且大管徑污水管距開挖面距離較近

據圖紙及實地勘測，暗挖該段暗涵，共穿越16根各種地下管線，尤其是圖1中，在暗涵YY0＋027.850處開挖拱頂上方約0.97 m處有一直徑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開裂泄漏，甚至是管內污水的大面積泛濫，一旦污水管破裂，后果極為嚴重。

4 施工難點的解決方案

4.1 小導管注漿預加固地層

針對分水暗涵在靠近豎井部分埋深淺，且底層松散。在豎井挖設時，在豎井壁上沿頂拱180°范圍埋設預留鋼管，見圖3。豎井施作完畢后，向預留鋼管重打設長2.5m直徑Ф32的無縫鋼管，灌注水泥水玻璃混合漿液，在洞口應力較小變化時，將連立的兩榀加強格柵支設完畢。進洞后的施工，嚴格按照設計圖紙的要求，開挖前在拱頂部位打設足夠量的超前小導管并注漿，且在質地情況較差及管線較近地段加密打設，加強注漿，見圖3。從監控測量的情況分析（圖4），馬頭門施工對地表沉降控制較好，最大沉降值6.10 mm。

圖3 馬頭門超前小導管橫剖面圖

圖4 馬頭門沉降點回歸分析

4.2 詳盡的管線調查及超前探測

在熟悉圖紙的情況下，組織人員對暗涵所穿越地層進行實地管線勘測，繪制詳細的管線位置及高程圖，向全體施工人員進行技術交底。暗涵開挖施工中，使用洛陽鏟等工具對即將開挖的地層進行超前探測，為小導管打設及注漿提供充足數據，使得遇到注水玻璃漿液對地層加固作用不大的特別松散的地層，如全礫石層時，注水泥水玻璃混合漿液，而非按設計圖紙只灌注水玻璃漿液，保證開挖安全。其次，在土層開挖過程中，對前方地層進行觀察，做好地質編錄，并對下一地層進行推斷，結合洛陽鏟等工具超前探測結果，知道下一循環的施工，如此往復，保證對地層地質情況的嚴密監控，控制并避免出現開挖施工事故。

4.3 監控測量

監控測量緊跟施工每一個步驟，包括地表沉降監測及洞內收斂監測。

地表沉降測量是保證下一步施工正常進行的一個重要的數據依據。開挖施工前，沿暗涵中心線開挖方向，結合地表建筑物情況，每5 m布置1個監測點。施工時對每個點每天進行一次測量，對于個別沉降較大或沉降速度較快的點一天兩測。并結合各方面情況對沉降較大的點進行分析，找出導致沉降異常的原因，并及時進行處理，保證開挖施工安全。

洞內收斂監測點為沿暗涵壁環向方向，隨施工進度，5 m一個斷面進行布置。施工時，每個斷面每天一測。發現收斂較大的點時，及時進行第二次、第三次回填灌漿，保證已經支護完成的暗涵安全，施工的順利進行。

4.4 堅持快封閉原則

暗涵開挖要穿越西四環輔路，為了使得地表沉降量最小，施工中加強管理，保持上下臺階的長度，不得超過4 m，使支護完畢的頂拱盡快成環，最大化地降低施工引起的地表沉降。

5 工程經驗

5.1 有效地控制了沉降

施工驗收完成后的監控測量表明，整段分水暗涵的地表最值為10.3 mm，低于業主要求的15 mm的警戒值。其中，位于樁號YY0+058處的yfs-8點在暗涵開挖施工兩天后沉降速率變大，達到1.31 mm/天，發現此情況后，馬上安排人員注漿，及時控制了沉降的進一步加劇，事故后分析，事故原因應為原底層孔洞因開挖擾動造成的地表沉降加劇。

5.2 保證開挖施工安全

眾多的城市地下工程事故分析可知，地下污、雨水管線是造成事故的一個重大隱患。而分水暗涵頂端距某污水管線的最大距離僅0.97 m，稍有不慎，將使污水管拉裂或小導管施工破壞管壁，后果不堪設想。施工中，測量及技術人員精確測量、放線，對開挖施工嚴密控制，使得暗涵成功地安全穿越各地下管線，尤其是安全穿越大孔徑污水管，保證了施工安全和質量。

6 結束語

（1）埋深淺的地下隧洞開挖前，必須做好地下管線的詳盡勘查，并精確放線，保證開挖施工的安全。

（2）預加固地層要根據地層的變化及時調整材料用量及施工方法，不可教條地按圖施工，既要使材料使用經濟化，又要保證下一步的開挖施工。

（3）監控測量一定要及時準確，實事求是，認真及時地發現問題，并采取科學的處理方法，把可能出現的事故消滅在萌芽狀態。

（4）及時封閉成環和及時回填灌漿是阻止地表沉降的重要方法和注意事項，施工時一定要認真落實，保證施工質量。

（5）洞徑小、變坡大的箱涵施工時，一定要采取一定的機械及技術方法，改進出碴方式，在保證安全及質量的前提下加快施工進度。作者簡介：王鑫，男，1983年2月出生，太原理工大學在職研究生，助理工程師。