中心城区深埋暗挖车站利用综合管廊洞内降水的综合施工技术优化探讨

王海明

（中国土木工程集团有限公司，北京 100018）

1 引言

目前，国内外需要降水的地铁工程，无论明挖、暗挖，其施工降水的方法主要是由地面打设降水井进行抽排降水施工，占用地面面积较大、需要占道施工，而且在中心城区繁华地段，周边建筑物众多、地下管线密集，在征地困难的情况下难以实施，无地面降水条件。如果单纯采用洞内降水，需要沿车站四周额外开挖一条隧道进行降水井的施工，用降水导洞降水代替地面降水井降水[1，2]，在地铁车站施工完成后再行回填、废弃，投资额增大、地下空间浪费。基于此，本文以北京地铁8号线三期王府井北站降水工程为工程研究背景，采用地下综合管廊与地铁车站降水导洞相结合[3]，同期共同建设，在施工过程中研究了洞内降水小型化、电动化的机械改造方案、泥浆池的优化以及大扬程排水系统的设置方法，研究结果可为同类工程的设计施工提供借鉴。

2 工程概况

北京地铁8 号线三期王府井北站为深埋暗挖车站，该车站为两层三跨14 m 岛式车站，车站总建筑面积为15 714 m2，车站主体结构采用PBA 工法施工，结构拱顶覆土约13 m，下导洞埋深30 m，地下水丰富，因工程地处核心商业区，周边建筑物众多、地下管线密集，地面无降水条件，故利用综合管廊做车站洞内降水施工。本工程土层从上至下主要为：杂填土、黏质粉土、细砂-中砂、卵石、粉质黏土及细砂-中砂。地下共分布有3 层地下水，分别为上层滞水、层间水及潜水承压水。上导洞拱顶位于细中砂层，下导洞拱底位于承压水卵石地层（水面以下4 m）。

为保证地铁车站的正常开挖，在车站上导洞的上方两侧设置与综合管廊相结合的降水导洞[4]，该导洞前期作为车站的降水导洞使用，后期作为综合管廊，降水导洞位于车站外侧上方，水位线以上，既可保证降水导洞开挖可实施性，又能保证后期降水的辐射范围及不影响地铁施工。

3 综合管廊兼降水导洞开挖支护

综合管廊兼降水导洞采用暗挖法施工，考虑满足入廊管线布置要求，开挖断面尺寸为7.6 m×5.55 m，分上、下2 个洞室，设置1 层临时仰拱，调整初期支护形式及临时仰拱位置，为下层施作降水井创造空间，下层净宽≥3.5 m，净高≥4.5 m，以保证钻井机械活动空间。降水导洞上层导洞超前加固采用小导管注浆或深孔注浆的形式，采用全断面开挖的方式，并预留核心土，待上层导洞开挖进尺符合设计要求后进行下层导洞开挖，下层导洞采用台阶法开挖，台阶长度保证3～5 m。严格遵循设计和施工规范，采用格栅钢架、钢筋网、锁脚锚管、超前小导管及湿喷混凝土组成的联合支护方式及时进行初期支护[5]。综合管廊兼降水导洞开挖工序如图1 所示。

图1 综合管廊兼降水导洞开挖工序图

4 洞内降排水施工优化措施

4.1 降水机械选择和改进

地下洞内降水施工工艺与地面降水工艺类似，不同的只是施工场地由地面转至地下，相比地面施工，地下洞内施工场地狭小，因此，对施工设备有一定的要求，如设备尺寸要满足洞内施工要求，设备动力只能采用电力这类清洁能源。根据本工程地质情况和降水导洞下导洞尺寸，选用改进8JH-80 型履带式反循环钻机成井，如图2 所示。

图2 改进8JH-80 型履带式反循环钻机

钻机高度为4.2 m、宽度为2.3 m，钻机主要通过以下改进以适用洞内降水井作业：（1）将行走方式由轮胎改为履带式，以降低作业高度；（2）钻杆长度改为1 m/根（通常是2 m/根），立塔高度从5.5 m 降低为4.2 m；（3）通过对作业平台的优化，钻机作业面积也大幅度减小，机械所需作业空间较小，适用范围广，适合多种地形及空间作业[6]；（4）将动力由以往的柴油机优化为电动机，最大负荷100 kW，降低对洞内空气的污染，从而提高洞内作业环境的空气质量。

4.2 洞内泥浆池的施工技术优化

在洞内降水井施工过程中，因洞内空间有限，泥浆的制备和出渣尤为重要，传统泥浆池是以开阔的场地无地下管线时直接地面挖坑作为泥浆池，或用井管围设泥浆池，这种泥浆池，池体不稳固且不便于对现场文明施工管理。洞内降水泥浆池要求小型、灵活、易于文明施工管理[7，8]。为保证钻进过程中水流循环及保存钻孔出渣，并且不破坏洞内施工通道，采用钢板拼装式泥浆池，各块钢板间采用栓接，以便装拆，拼装式泥浆池底部铺垫彩条布、塑料布，施工时防止泥浆渗漏，完成后方便集中弃渣，确保洞内文明施工和绿色施工。

4.3 排水系统技术优化

传统排水系统一般由降水井—排水支管—排水主管—沉淀池组成[9]。由于洞内降水导洞埋深较大，而且洞内空间较小，因此优化排水系统在洞内增设二扬系统。在车站两个联络通道与降水导洞交叉点附近的导洞内设置钢结构集水池，集水池内布置二扬系统。洞内降水排水系统优化为：降水井—排水支管—排水主管—洞内集水池—二扬系统—地面沉淀池[10]，如图3 所示。

图3 车站洞内排水系统示意图

一般按涌水量、渗透系数，井点管数量与间距、降水深度及需用水泵功率等综合数据来选定水泵的型号。根据车站水文地质报告，车站日涌水量1.7×104m3，水泵及排水管选择如下：管井内水泵采用5.5 kW 的潜水泵，配套口径为50 mm 的塑料管抽水，洞内集水池内配45 kW 的立式螺杆泵做二扬泵，二扬泵配口径为219 mm 的钢管抽水（见图4），保证抽排高度要求及管线布设的规范合理。为减少对地铁暗挖车站施工时出土、下料等工作的干扰，二扬泵抽水管通过横通道顶部人工挖孔桩排至地面沉淀池内，再通过地面排水系统排至周边市政管道内。

图4 降水导洞内二扬系统布置

5 结语

通过以上多措施并举以及综合管廊洞内降水方案优化，本工程降水施工取得预期降水效果，暗挖车站开挖时保证了无水作业，车站结构顺利优质完成，施工质量得到保证。利用综合管廊洞内降水，解决了城市中心区地面无降水条件下富水工程的施工难题。项目部也在方案优化调整实施过程中，总结出一套切实可行的在中心城区深埋暗挖车站洞内的降水施工工艺，为类似工程积累了宝贵的经验。