南水北调南干渠工程穿越风险地段的施工方法

王进平，胡文利

（中国人民武装警察部队水电第一总队第一支队，河北 唐山 063004）

0 引言

南干渠工程是北京市南水北调配套工程的重要组成部分，工程承担着为北京城南地区水厂等提供南水北调水源的任务。第Ⅲ标段位于北京市丰台区卢沟桥地区永定河左堤外，老庄子至北天堂之间，沿大兴灌渠布置。中心导线全长1 708 m，桩号2+612.04～4+320.04， 包括2座竖井 （4、5号）。 输水隧洞为2条内径3.4 m的钢筋混凝土圆涵，采用浅埋暗挖法施工。暗涵洞身开挖直径为4.6 m，初衬为25 cm厚喷射混凝土，二衬为35 cm厚模筑混凝土。

1 地质情况

该段地质结构为砂、砾 （卵）二元结构Ⅰ段及粘、砂、砾 （卵）多元结构Ⅱ1段。由地质钻孔资料可知，桩号2+612.04～3+886.00为砂、砾 （卵）二元结构Ⅰ段，地表覆盖有人工填土或第四系全新统冲洪积粉土，人工填土在灌渠两侧，厚度为1.9～2.5 m；其下为细砂层，厚度2～3 m，最厚达7 m，属强透水层；下伏圆砾层及卵石层，局部夹有漂石。桩号3+200～3+620处为垃圾填埋坑。桩号3+886.00～4+320.04为粘、砂、砾 （卵）多元结构Ⅱ1段，地表覆盖有人工填土，厚度为0.8～2.0 m；其下为粘性土、粉细砂层，厚度为4～6 m；在下为细砂层，厚一般为2～3 m，下部为砾石及卵石层。区内地下水较低，但受侧向地下径流及大气降水、地表水影响大，尤其受西面永定河侧向补给十分明显。该地区地震动峰值加速度为0.20 g。

2 风险地段难点分析

（1）整个输水隧洞位于大兴灌渠下面。大兴灌渠为常年污水河道，原渠道虽有衬砌，但大部分多年失修，存在渗漏问题。该段地质结构单一，以厚层卵石为主，透水性强，永定河及地表水的入渗直接影响施工安全。

（2）在桩号4+111处穿越北天堂村北桥。隧洞中心线与桥桩基础有交叉，桥墩障碍无法正常施工。施工中围岩的扰动对桥基础影响较大，易引起墩体的变形和位移，影响桥梁的正常使用。

（3）在桩号3+200～3+620处穿越深埋垃圾坑。坑底位于隧洞顶板之上或距离隧洞顶板厚度不大，地层中存有松散、虚空土体，给施工造成极大难度，容易发生地表下沉，甚至塌方。

（4） 在桩号 2+612.04～3+886.00处属砂、 砾（卵）二元结构Ⅰ段，主要为砂、砾 （卵）石层，结构松散，不易成洞，围岩不能自稳，属极不稳定类土层结构，极易冒顶而影响施工安全。

此外，该隧洞左侧为丰台铁路线，右侧为五环公路线，地下有多处通信及煤气等管线，施工时容易因地表沉降而造成路面及地下管线的损坏。

3 穿越风险地段的施工办法

3.1 大兴灌渠

（1）采用全断面铺设土工膜防渗处理，确保大兴灌渠施工期间不渗漏。铺设土工膜时，先在岸坡顶部挖30 cm×50 cm的土槽，将土工膜嵌入后覆土，在坡脚拐角处采用砂袋固定，第一幅土工膜铺好后，将第二幅叠铺在第一幅膜上，两副膜搭接10 cm后，采用焊接方式进行连接。

（2）日常污水导流采用预制混凝土承插管。大兴灌渠污水流量为0.5 m3/s，沿灌渠右侧坡脚铺设DN500 mm混凝土承插管将污水排到下游；两岸排污沟、管排出的污水由DN500 mm混凝土承插管引至主管；入渠管沟与导流支管、支管与主管连接处以及主管较大转弯处均采用砖砌方井连接。污水导流涵管布置于土工膜之上。对接缝隙采用水泥砂浆包缝处理。

（3）汛期导流采用现浇混凝土方涵进行导流。导流方涵过流断面宽4.2 m，高 3.2 m。方涵采用C25钢筋混凝土，底板及侧墙厚度均为0.6 m，顶部为20 cm厚预制钢筋混凝土板，过水断面抹3 cm厚砂浆防渗。

3.2 北天堂村北桥桥墩

南干渠三标洞线在下游R4+111附近穿越北天堂北桥，右线洞线与桥桩基础有交叉。因此，对右线洞线平面进行局部调整，并采取以下工程措施：

（1）对右线洞线平面进行局部调整，调整后右线洞线从桥桩中间穿过。两桥墩间距7.5 m，桥区曲线设计时隧道中线与桥中线重合，以增加的工程量最少及下步工序二衬台车顺利通行为宜。为了减少工程量，在进行曲线设计时以最小化曲线半径及最大化曲线超高为目标，引入公路曲线设计原理，考虑原设计水的流速，计算出曲线半径为400 m，两段成 “S”形，直线连接。长度比原设计增加了约0.99 m。

（2）密排R4+103.5～R4+118.5范围内的钢格栅，中心间距由0.50 m调为0.33 m，超前注浆小导管加密，每榀钢格栅注浆一次。在桥桩范围内靠桥桩侧洞中心线30°～45°范围内采用短小导管注入水泥浆，长度由1.7 m调为1.2 m。

（3）加强过桥段洞内监测，对施工安全性进行判别，以保证桥梁的安全。对洞周收敛及拱顶沉降进行监测，由原来每20 m布置一个观测点改为在过桥处15 m范围内增设5个沉降观测点，监控量测最大控制值为20 mm。监测结果表明，隧洞结构净空收敛最大值为-0.08 mm，拱顶最大沉降值为-0.7 mm，均在正常范围内。

3.3 垃圾坑

4号竖井下游两个工作面需穿越垃圾坑，地质情况比较复杂。施工中做了以下工作：

（1）安全教育和技术交底。针对此处风险源，事前对现场管理人员、班组带班人员以及现场作业的每个工人进行有针对性的安全教育和安全技术交底工作。

（2）超前勘测。首先进行雷达物探，根据雷达实测扫描图确定前方地质情况有无异常；在开挖过程中使用洛阳铲在掌子面进行人工超前勘探，深度为4 m，孔数为3个，以确定前方地质情况；在勘探过程中遇到土质变化时及时通知管理技术人员，确定采取的措施。同时，加强洞内通风，使掌子面空气与外界空气及时更换、循环，在工作面安置气体采样器，定期进行采样检测，确保空气质量。

（3）做好塌方应急准备。在施工中要早喷锚，强支护，尽快封闭成环。根据地质情况，制定可行、可靠、有效的注浆方案；备够一定数量的加气块、方木、方钢、编织袋等应急材料；同时，组织塌方应急安全撤离演练，让每名工人熟练掌握紧急情况下自救和互救方法，防患于未然。

3.4 二元地质结构地层

左洞下游桩号L3+140.017，右洞下游桩号R3+125.014处，地层主要由卵砾组成，含砂量很少，空隙率大，渗透性强，不能自稳，易塌易流动。针对这种情况，采取了以下措施：

（1）注水泥-水玻璃双液浆。经现场试验，用水灰比1∶0.8配制的水泥浆，用40波美度 （°Bé）的成品水玻璃按水玻璃与水1∶1.43的比例配制成20°Bé的水玻璃，两种浆液按体积比1∶1配制成双液浆，初凝时间为36 s，终凝时间为4 min 13 s。每根小导管注浆量为83～90 L。

（2）稳定掌子面土质，保证核心土的稳定性。把超前小导管由1.7 m加长至2 m，有效地增大固化地层长度，掌子面及核心土部位均布设小导管注浆，并喷射混凝土进行封闭处理。

（3）保证开挖的稳定性。采用短开挖的形式将格栅进行密排处理，间距由0.50 m改为0.33 m，有效地减少对围岩的扰动，最大程度地保证开挖的稳定性。

4 结语

浅埋暗挖法施工工程风险源控制至关重要，在南水北调南干渠Ⅲ标实际施工中，以降低风险为目的，并实施可靠、可行、有效的技术措施，创造安全稳定的施工局面，从而为工程的顺利进行提供了可靠的保障。