地铁出入口浅覆土暗挖下穿市政道路及管线施工风险控制

魏 民

（北京住总集团有限责任公司，北京 100029）

0 引言

地铁工程一般位于城市核心区域，在车站出入口与道路接驳部位，周边环境较为复杂，场地狭窄，市政管线较多，往往采用暗挖法下穿市政道路及管线。隧道开挖时，如果施工方案中针对性保护措施不力，将面临土体坍塌和管线渗漏等风险，造成严重的经济损失和社会影响[1-3]。本文依托地铁16号线地铁工程对浅覆土暗挖下穿道路及市政管线施工风险进行分析，并制定针对性的管控措施，降低其施工风险，避免对市政道路及管线运营造成不利影响。

1 工程概况

北京地铁16号线工程永丰站，位于永祥北路与北清路交叉路口以东，沿北清路东西向布置。永丰站南侧设置C出入口，其中出入口与车站相接段29.4m（位于北清路道路正下方、道路红线内的部分）采用暗挖法施工。

该出入口覆土浅，约3.05～4.1m，且上方有较多重大市政管线D1200雨水管、DN800上水管、DN500高压天然气管，均沿东西方向垂直于C出入口设置，见图1示。

图1 C出入口结构与管线相对位置平面图及剖面图

根据《风险工程分级与设计指南》要求，C出入口暗挖段施工共3个环境风险工程，具体情况见表1。

表1 环境风险工程情况汇总表

2 水文地质条件

C出入口暗挖段地质纵断面见图2，C出入口结构顶拱主要位于粉土②及杂填土①1层，结构穿越地层主要为粉土②层、粉质黏土②1层，结构持力层主要位于粉质黏土②1层及粉土③层。围岩等级Ⅵ级。

图2 C出入口暗挖段地质纵断面

C出入口勘察深度范围内，实际测量到三层地下水，地下水类型分别为上层滞水、潜水、承压水，各层地下水情况见表2。根据表2水文地质条件进行分析，存在以下不良地质作用：

表2 地下水特征一览表

（1）人工填土：拟建场地区域内地表分布有人工堆积填土层，一般厚度为1.8～3.6m。填土的堆积时间短，结构松散，成分复杂，力学性质差异较大，稳定性差，如有雨、污水管线渗漏，易形成空洞，造成地面塌陷。

（2）新近沉积土：拟建场地浅部分布有新近沉积土层，层厚约9～10m，粉土②层的Es100为5.9～11.1MPa，高～中高压缩性，呈中密状态，结构较差；粉质黏土②1层液性指数为0.25～0.68，呈软塑～可塑状态，高～中高压缩性，土质较软；新近沉积土层的工程性质较差。

3 存在的风险

3.1 地表沉降过大

该出入口覆土约3.05～4.1m，且隧道上方交通荷载频繁，极易引起地表沉降过大，甚至地表坍塌的风险。另隧道下穿市政管线，对于上水管及燃气管带压管线的变形控制要求：沉降量≤10mm；雨水管变形控制要求：沉降量≤20mm。而一般地铁标准断面隧道开挖地表沉降控制值为30mm，对施工中地表沉降控制要求较高[5]。

3.2 降水困难

开挖揭露含水层底板时，存在界面出水问题；潜水含水层局部厚度较薄，且含水层渗透性较差，依靠重力释水疏干含水层中的地下水，难度较大。

3.3 管线渗漏

隧道开挖过程中存在一根已改移废弃的D1000污水管，位于QC断面上拱部位，隧道下穿D1200雨水管、DN800上水管，存在管线渗漏的风险，在隧道开挖时，可能出现土体失稳的问题[6]。

4 浅覆土暗挖施工风险控制措施

4.1 管线调查与保护

（1）施工前应对工程所在场地周边地下管线进行复探，并应通过管线所属的管理单位了解掌握管线的现状，制定专项保护及应急措施。

（2）在有条件的情况下，施工前应进入洞内探明雨水管线的现状及渗漏水情况，并对管线渗漏形成的水囊或空洞进行地面注浆处理。

（3）针对C出入口破除已改移废弃的D1000污水管，施工前应将该污水管采用混凝土充填，开挖至污水管前进行超前探测。

4.2 下穿市政管线施工步序控制

4.2.1 初支施工步序

（1）超前深孔注浆。

（2）开挖1号洞室，并预留核心土，架立钢格栅，采用锁脚锚杆加固墙脚，挂网喷射初支混凝土，及时进行初期支护背后注浆，循环施工下穿市政管线。

（3）1号洞室洞通后开挖2号洞室；2号洞室洞通后开挖3号洞室；3号洞室洞通后开挖4号洞室。初支施工见图3所示。

图3 初支施工示意图

4.2.2 二衬施工步序

（1）初支施做完毕后,根据施工监控量测情况，分段逐步（4～6m）破除仰拱厚度范围内的临时中隔壁，剔除初支混凝土及钢筋网，凿除临时中隔壁范围内的混凝土，保留工22a型钢，铺设防水层，浇筑仰拱二次衬砌，未截断的工22a型钢做防水处理，见图4（a）。

（2）待仰拱二衬达到设计强度后，分段逐步拆除临时仰拱，铺设防水层，浇筑侧墙二衬。左右对称进行，保留格栅主筋400mm长在二衬范围内，见图4（b）。

（3）分段截断顶拱范围内临时中隔壁，剔除初支混凝土及钢筋网，施作拱部防水层，凿除临时中隔壁范围内的混凝土，保留工22a型钢，铺设防水层，浇筑顶拱二次衬砌，见图4（c）。

（4）待二衬混凝土达到设计强度后，拆除二衬范围内的临时结构，见图4（d）。

图4 二衬施工步序示意图

4.3 孔注浆施工要点控制

下穿重要市政管线前超前注浆加固开挖面前方土体，深孔注浆浆液对于粉土层采用水泥水玻璃双液浆，对于杂填土层采用单液水泥浆。深孔止水注浆后的土体应满足：土体有良好的均匀性和自立性，渗透系数不大于1.0×10-6cm/s，无侧限抗压强度不小于0.5MPa。

对于开挖过程中注浆效果不好的地方应采用超前小导管补充注浆，过管线段采用洞内深孔注浆效果不好时可采用地面注浆补注。

4.4 降水施工要点控制

C出入口暗挖段，位于粉土、粉质黏土地层，基底标高34.436，初见水位标高37.96，采用真空管井降水，具体施工参数见表3。

表3 降水井施工参数

4.5 路面保护措施

开挖前地面C出入口正上方道路满铺30mm厚钢板，并将钢板可靠焊接（焊缝高度不小于8mm），钢板连接及深孔注浆加固效果达到要求后方可进行出入口的暗挖施工。

5 监测分析

在出入口暗挖段初支、二衬施工期间，现场加强管线上方地表沉降监测，管线监测平面图见图5，根据得到的沉降数据，绘制管线监测最终沉降曲线图，如图6。

图5 暗挖下穿管线监测布置平面图

图6 管线监测最终沉降曲线图

由监测数据可知，暗挖段上方地表最终沉降曲线基本呈马鞍形分布，最大沉降量为8.82mm，满足带压管线沉降量≤10mm变形控制要求。

6 结束语

在该工程C出入口暗挖下穿道路和市政管线风险源施工过程中，主要采取以下风险管控措施：做好管线调查工作，明确管线埋深与结构距离等，初支施工时加强超前探测，对结构范围内废弃雨水管线进行有效封堵；按照施工步序，初支小导洞分部开挖全部贯通后，根据监测数据分段逐步拆撑并施工二衬；采取水平、地面深孔注浆加固土体，严格控制注浆质量；根据水文地质情况，采用真空管井降水，保证工作面无水作业；加强对道路的保护，上方敷设钢板并专人进行交通引导，避免施工期间出现超载情况。

监测数据表明，通过采取以上措施，C出入口暗挖段下穿风险源施工过程中周边土体稳定、市政道路及管线安全运营，有效控制了施工风险，为类似地层相似工程问题的施工提供了参考。