明挖法下穿北運河隧道工程防洪評價及補救措施

（河北浩川工程咨詢有限公司，石家莊 050000）

1 項目概況

1.1 建設方案

廣渠路東延道路工程起點為北京怡樂西路，終點為東六環路，是北京中心城與城市副中心通州區的重要聯系通道。工程全長6.126km，全線均為地下隧道，設計速度80km/h。工程于運通橋下游13～29m處下穿北運河，結構頂板距河底6.02～7.19m。

1.2 施工方案

1.2.1 施工方法

工程采用明挖法在非汛期施工［2］，施工方法為放坡+鉆孔灌注樁+鋼支撐。明挖施工通過控制施工過程和堤防回填質量，可更好的控制由施工過程帶來的不利因素：一方面在施工開挖過程中應減少圍巖擾動，及時對圍巖進行支護；另一方面施工結束后對堤防進行恢復，嚴格控制堤防回填和恢復質量、提高筑堤回填質量。

1.2.2 圍堰選型

北運河為北京市主要防洪排澇河道及城市景觀河道，非汛期蓄水深2.5～3.0m，且河道相對較窄。拉森鋼板樁具有強度高、施工進度快、占地空間小、防水性能好的優點，且可以回收利用，對于本工程較為適用。為進一步增強穩定性，本次選用雙層拉森鋼板樁圍堰（SP-IV型）。

1.2.3 導流時段及施工步驟

導流1期自2017年11月1日至2018年5月25日，先在河道左半幅打設圍堰，采用架泵抽排的方法將圍堰內存水抽排至束窄后的河道內，使圍堰內形成干場后清理淤泥，平整場地，拆除隧道支護結構范圍內原有護岸結構，進行隧道地下連續墻施工，地下連續墻強度達到設計要求后，進行基坑開挖及隧道主體結構施工，待隧道主體結構完成且強度達到設計強度75%后，拆除地下連續墻至沖刷線高程以下2m，進行基坑回填、復堤、河底防沖護砌、河道水利設施及景觀綠化恢復。1期圍堰順河向長180.7m，總長423.2m。導流2期自2018年9月10日至2019年5月25日，完成右半幅河道段隧道主體結構、河道恢復防護及復堤工程。2期圍堰順河向長174.1m，總長415.8m。

2 河道概況及水利規劃

根據《北運河通州段河道治理工程規劃》［3］，工程所在河段河道防洪標準為50年一遇，斷面型式為梯型復式斷面。目前該段河道已基本按照規劃整治完成，主河槽寬190.0m，上口寬325.0m，河底高程15.0m。主河槽通過1︰3混凝土斜坡接寬2.0m干砌石平臺，平臺上為混凝土擋墻，墻身高1.3m，干砌石平臺高程17.0m，混凝土擋墻頂高程18.3m，現狀水深2.5m?，F狀左右堤大部分達到50年一遇洪水位+超高1.5m防洪標準，交叉斷面處右堤頂寬8m，高程22.8m，左堤頂為市政路，寬40m，高程22.1m。

根據 《北京城市副中心防洪工程方案專題論證報告》［4］，堤防超高由原1.5m增至1.9m，對于已建堤防超高不足段在內側堤肩處設防浪墻形式加高。

3 防洪評價

3.1 設計洪水

工程位于北運河干流北關攔河閘下游3.7km，防洪標準100年一遇。攔河閘附近設通州水文站，下游有通惠河匯入，根據《海河流域防洪規劃》，北運河設計洪水成果如表1。

表1 交叉斷面設計洪峰流量

導流圍堰設計洪水標準20年一遇。本次利用上游通州站非汛期68年的實測洪水系列，采用P-Ⅲ型頻率曲線求得20年一遇的洪峰流量，然后用面積比法推求交叉斷面位置的洪峰流量，為319.2m3/s。

3.2 洪水位

根據現場查勘情況及相關規劃，北運河主槽糙率0.0225，灘地糙率0.05，道縱坡0.0187%。根據實測縱橫斷面資料及選取糙率，采用天然河道水面線法，由下游斷面向上游斷面逐段推算，成果如表2。

表2 洪水位計算成果

3.3 壅水

工程埋設于地面以下，不減小行洪面積，較修建前洪水位不變，不造成壅水影響［5］。

施工期導流圍堰布設會束窄河道過流斷面，1期圍堰布置后，河道主槽過流斷面底寬僅72.0m。本工程堰前上游水深3.0m，圍堰縱向長180m，縱向圍堰長與上游水深之比為60，大于20，因此采用SL623—2013《水利水電工程施工導流設計規范》附錄B導流設計水力計算方法—明渠恒定漸變流能量方程計算洪水位。本次洪水位推求自導流圍堰下游橫向端頭下50m處起，自圍堰上游橫向端頭上游10m。下游起推水位采用明渠均勻流進行推求，為16.98m。1期圍堰布設期間河道過流能力計算成果如表3，可知1期圍堰堰前水位高程為17.43m。2期圍堰與1期對稱布置，堰前水位17.43m。

表3 河道過流能力計算成果

根據前述分析，圍堰布設前交叉位置洪水位17.00m，圍堰搭設后堰前水位17.43m，產生壅水高度0.43m，壅水長度4598.9m。水位仍低于主槽兩岸岸頂高程18.3m，洪水不出主槽，對兩岸無影響。

3.4 圍堰堰頂高程分析

前述圍堰堰前水位按河道內水工建筑物敞泄計算，但由于項目區段北運河為城市防洪排水及風景觀賞河道，設計常水位18.0m，水深3.0m。本次圍堰堰頂高程按兩種工況綜合考慮，選取較大值作為設計最低堰頂高程值。

圍堰安全加高參照SL623—2013《水利水電工程施工導流設計規范》中4～5級別中的混凝土圍堰、漿砌石圍堰的安全加高下限值0.3m，堰頂最低高程計算如表4。

表4 圍堰最低堰頂高程 單位：m

3.5 沖刷

因工程下穿河道，不減小行洪面積，洪水流勢流態不會發生變化，交叉位置沖刷主要為河道一般沖刷，考慮到工程上游緊鄰現有北運河大橋，為安全起見，本次考慮運通橋墩臺局部沖刷深度。根據設計單位提供的地質查勘資料，項目所在河段地層主要粉砂、細砂，平均厚度3m，再往下為中砂，平均厚度5m，河床質中值粒徑D50取0.20mm。本次采用JTG C30—2015《公路工程水文勘測設計規范》中推薦的64-1修正式計算沖刷深度，成果如表5。

表5 沖刷深度計算成果

3.6 項目防洪安全

交叉位置處河道沖刷深度3.48m，穿越段結構頂板頂面位于現狀河底以下6.02～7.19m，位于沖刷線以下2.54～3.71m，滿足大于2m的防洪安全要求［6］。

計算圍堰堰頂最低高程18.54m，本工程設計圍堰頂高程19.0m，滿足防洪安全要求。

4 補救措施

4.1 堤防恢復

4.1.1 筑堤材料及填筑標準

采用黏粒含量10%～30%的壤土和6%～8%水泥混合土回填至堤基線以下2m，填筑壓實度不小于0.95。堤基線以下2.0m至設計堤頂采用黏性土回填，黏性土采用黏粒含量10%～35%、塑性指標7～20的均質土，不得含植物根莖、磚瓦垃圾等雜質，含水率與最優含水率的允許偏差不大于±3%，填筑壓實度不小于0.95。

4.1.2 新老堤防結合面設計

為使新老堤防緊密銜接，對老堤進行削坡臺階處理，臺階高0.4m，寬1.0m，整體坡度不陡于1∶2.5。施工時在連接處灑水并刨毛后沿水平層面鋪設黏性土后碾壓。同時，隧道結構上部回填黏性土與兩側削坡后回填黏性土連接處自堤基線以下2m至設計堤頂鋪設土工格柵網，格柵網寬5m，豎向間距1m，網孔39mm×39mm，抗拉強度不小于30kN/m。

4.1.3 堤身斷面

按照規劃要求，將左堤回填至23.10m，右堤回填至23.20m，同時預留0.3m沉降量，新老堤防平順銜接；堤頂寬度、堤坡均維持現狀。

4.2 河道防護

工程完工后，按設計要求全面恢復河道并進行河底防護。防護范圍包含隧道穿河段沿河道投影及結構外邊線下游80.0m，上游至現狀運通橋下游結構邊線外延12.4m，共計長156.7m。河底防沖護砌采用高鍍鋅鉛絲石籠護砌。石籠厚0.5m，上覆1.0m厚土層，下鋪300g/m2無紡布一層。同時在河底防護護砌上下游端頭設置齒墻（后戧），后戧戧底高程為100年一遇最低沖刷線高程-2m，即9.52m。

4.3 水質保護

項目所在河段有景觀蓄水，施工期間，應做好污水、垃圾等有害物質的處理，杜絕一切對水質產生不利影響的活動。

5 結語

（1）施工期圍堰安全是隧道施工的重要保障，鑒于近年來極端天氣頻發，應于施工前編制防汛應急預案，并定期監測水位，確保圍堰安全。

（2）沖刷計算應盡量采用多種方法復核，并考慮臨近工程對河道沖刷深度的影響，使成果更加合理準確。

（3）隧道施工期及運行期應委托資質單位對主體結構及堤防變形、滲透壓力進行監測，并及時預報，發現異?，F象，迅速采取補救措施。

參考文獻：

［1］水利部.河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則（試行）［S］.2004.

［2］何書琴，徐林春，鄭國棟.穿河穿堤工程防洪影響評價技術審查要點分析［J］.廣東水利水電，2012（7）.

［3］北京市城市規劃設計院.北運河通州段河道治理工程規劃（北關閘～甘棠橡膠壩）［R］.2006.

［4］中水北方勘測設計研究有限公司.北京城市副中心防洪工程方案專題論證報告［R］.2016.

［5］劉艷秋.穿河隧道防洪評價與補救措施［J］.水科學與工程技術，2017（4）.

［6］水利部海河水利委員會.海委審批權限范圍內涉河建設項目技術審查規定（試行）［R］.2013.