中心城區深埋暗挖車站利用綜合管廊洞內降水的綜合施工技術優化探討

王海明

（中國土木工程集團有限公司，北京 100018）

1 引言

目前，國內外需要降水的地鐵工程，無論明挖、暗挖，其施工降水的方法主要是由地面打設降水井進行抽排降水施工，占用地面面積較大、需要占道施工，而且在中心城區繁華地段，周邊建筑物眾多、地下管線密集，在征地困難的情況下難以實施，無地面降水條件。如果單純采用洞內降水，需要沿車站四周額外開挖一條隧道進行降水井的施工，用降水導洞降水代替地面降水井降水[1，2]，在地鐵車站施工完成后再行回填、廢棄，投資額增大、地下空間浪費。基于此，本文以北京地鐵8號線三期王府井北站降水工程為工程研究背景，采用地下綜合管廊與地鐵車站降水導洞相結合[3]，同期共同建設，在施工過程中研究了洞內降水小型化、電動化的機械改造方案、泥漿池的優化以及大揚程排水系統的設置方法，研究結果可為同類工程的設計施工提供借鑒。

2 工程概況

北京地鐵8 號線三期王府井北站為深埋暗挖車站，該車站為兩層三跨14 m 島式車站，車站總建筑面積為15 714 m2，車站主體結構采用PBA 工法施工，結構拱頂覆土約13 m，下導洞埋深30 m，地下水豐富，因工程地處核心商業區，周邊建筑物眾多、地下管線密集，地面無降水條件，故利用綜合管廊做車站洞內降水施工。本工程土層從上至下主要為：雜填土、黏質粉土、細砂-中砂、卵石、粉質黏土及細砂-中砂。地下共分布有3 層地下水，分別為上層滯水、層間水及潛水承壓水。上導洞拱頂位于細中砂層，下導洞拱底位于承壓水卵石地層（水面以下4 m）。

為保證地鐵車站的正常開挖，在車站上導洞的上方兩側設置與綜合管廊相結合的降水導洞[4]，該導洞前期作為車站的降水導洞使用，后期作為綜合管廊，降水導洞位于車站外側上方，水位線以上，既可保證降水導洞開挖可實施性，又能保證后期降水的輻射范圍及不影響地鐵施工。

3 綜合管廊兼降水導洞開挖支護

綜合管廊兼降水導洞采用暗挖法施工，考慮滿足入廊管線布置要求，開挖斷面尺寸為7.6 m×5.55 m，分上、下2 個洞室，設置1 層臨時仰拱，調整初期支護形式及臨時仰拱位置，為下層施作降水井創造空間，下層凈寬≥3.5 m，凈高≥4.5 m，以保證鉆井機械活動空間。降水導洞上層導洞超前加固采用小導管注漿或深孔注漿的形式，采用全斷面開挖的方式，并預留核心土，待上層導洞開挖進尺符合設計要求后進行下層導洞開挖，下層導洞采用臺階法開挖，臺階長度保證3～5 m。嚴格遵循設計和施工規范，采用格柵鋼架、鋼筋網、鎖腳錨管、超前小導管及濕噴混凝土組成的聯合支護方式及時進行初期支護[5]。綜合管廊兼降水導洞開挖工序如圖1 所示。

圖1 綜合管廊兼降水導洞開挖工序圖

4 洞內降排水施工優化措施

4.1 降水機械選擇和改進

地下洞內降水施工工藝與地面降水工藝類似，不同的只是施工場地由地面轉至地下，相比地面施工，地下洞內施工場地狹小，因此，對施工設備有一定的要求，如設備尺寸要滿足洞內施工要求，設備動力只能采用電力這類清潔能源。根據本工程地質情況和降水導洞下導洞尺寸，選用改進8JH-80 型履帶式反循環鉆機成井，如圖2 所示。

圖2 改進8JH-80 型履帶式反循環鉆機

鉆機高度為4.2 m、寬度為2.3 m，鉆機主要通過以下改進以適用洞內降水井作業：（1）將行走方式由輪胎改為履帶式，以降低作業高度；（2）鉆桿長度改為1 m/根（通常是2 m/根），立塔高度從5.5 m 降低為4.2 m；（3）通過對作業平臺的優化，鉆機作業面積也大幅度減小，機械所需作業空間較小，適用范圍廣，適合多種地形及空間作業[6]；（4）將動力由以往的柴油機優化為電動機，最大負荷100 kW，降低對洞內空氣的污染，從而提高洞內作業環境的空氣質量。

4.2 洞內泥漿池的施工技術優化

在洞內降水井施工過程中，因洞內空間有限，泥漿的制備和出渣尤為重要，傳統泥漿池是以開闊的場地無地下管線時直接地面挖坑作為泥漿池，或用井管圍設泥漿池，這種泥漿池，池體不穩固且不便于對現場文明施工管理。洞內降水泥漿池要求小型、靈活、易于文明施工管理[7，8]。為保證鉆進過程中水流循環及保存鉆孔出渣，并且不破壞洞內施工通道，采用鋼板拼裝式泥漿池，各塊鋼板間采用栓接，以便裝拆，拼裝式泥漿池底部鋪墊彩條布、塑料布，施工時防止泥漿滲漏，完成后方便集中棄渣，確保洞內文明施工和綠色施工。

4.3 排水系統技術優化

傳統排水系統一般由降水井—排水支管—排水主管—沉淀池組成[9]。由于洞內降水導洞埋深較大，而且洞內空間較小，因此優化排水系統在洞內增設二揚系統。在車站兩個聯絡通道與降水導洞交叉點附近的導洞內設置鋼結構集水池，集水池內布置二揚系統。洞內降水排水系統優化為：降水井—排水支管—排水主管—洞內集水池—二揚系統—地面沉淀池[10]，如圖3 所示。

圖3 車站洞內排水系統示意圖

一般按涌水量、滲透系數，井點管數量與間距、降水深度及需用水泵功率等綜合數據來選定水泵的型號。根據車站水文地質報告，車站日涌水量1.7×104m3，水泵及排水管選擇如下：管井內水泵采用5.5 kW 的潛水泵，配套口徑為50 mm 的塑料管抽水，洞內集水池內配45 kW 的立式螺桿泵做二揚泵，二揚泵配口徑為219 mm 的鋼管抽水（見圖4），保證抽排高度要求及管線布設的規范合理。為減少對地鐵暗挖車站施工時出土、下料等工作的干擾，二揚泵抽水管通過橫通道頂部人工挖孔樁排至地面沉淀池內，再通過地面排水系統排至周邊市政管道內。

圖4 降水導洞內二揚系統布置

5 結語

通過以上多措施并舉以及綜合管廊洞內降水方案優化，本工程降水施工取得預期降水效果，暗挖車站開挖時保證了無水作業，車站結構順利優質完成，施工質量得到保證。利用綜合管廊洞內降水，解決了城市中心區地面無降水條件下富水工程的施工難題。項目部也在方案優化調整實施過程中，總結出一套切實可行的在中心城區深埋暗挖車站洞內的降水施工工藝，為類似工程積累了寶貴的經驗。