熱力隧道穿越復雜市政地下設施風險控制措施

周 學，尉婧明，李 賀

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037）

1 工程概況

本工程新建熱力隧道起于成壽寺路與肖村路交叉口北側，沿成壽寺路敷設，終點位于成壽寺路與肖村路交叉口南側，隧道全長120.8m。擬建熱力隧道采用淺埋暗挖法施工，復合式襯砌結構型式，其中拱頂直墻斷面內(nèi)凈空尺寸包括3.6m×2.5m（寬×高）和4.4m×4.4m（寬×高）兩種，平頂直墻斷面內(nèi)凈空尺寸為3.6m×1.4m（寬×高），隧道拱頂覆土厚度3.9～5.5m，縱坡0.2%/1.4%。

擬建熱力隧道垂直穿越地鐵亦莊線盾構區(qū)間，豎向凈距約0.8m。擬建熱力隧道下穿管線主要有：雨水管線，豎向凈距約0.14m；上水管線，豎向凈距約1m。

擬建熱力隧道與風險源縱斷位置關系圖及擬建隧道標準段橫斷面圖如圖1～2 所示。

圖1 本工程熱力隧道與風險源縱斷位置關系

本工程新建熱力管線主要穿越地層為細砂、粉砂③1層、粉質(zhì)粘土②2層、黏質(zhì)粉土③層，現(xiàn)狀亦莊線盾構段所在土層為黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土層。擬建隧道基本位于地下潛水水位以上，部分地下水位位于隧道底板以上，局部有上層滯水，隧道開挖過程中應考慮適當?shù)闹顾胧?/p>

2 本工程風險源

圖2 隧道標準橫斷面

本工程主要風險源有：①新建隧道上穿地鐵盾構區(qū)間，兩者豎向凈距約0.8m，需嚴格把控施工質(zhì)量，以確保既有地鐵結構的安全；②新建隧道近距離下穿φ1000 雨水管線，兩者豎向凈距約0.14m，為了保證能夠穿越施工，此處斷面壓縮為平頂直墻斷面，進一步加大了施工風險，既有雨水管線變形控制指標為10mm（沉降）；③新建隧道開挖寬度為4.6m，隧道覆土厚度3.9～5.5m，屬于超淺埋隧道，且拱頂位于粉細砂層，本工程下穿現(xiàn)狀成壽寺路，根據(jù)道路養(yǎng)護部門相關要求，在隧道施工期間，在其影響范圍內(nèi)路面絕對沉降量最大控制值為15mm。

3 穿越風險防護措施

3.1 穿越地鐵防護措施

3.1.1 選擇合理的結構平面路由、縱段、橫斷面

通常隧道的平面路由應將穿越點設置在埋深相對較淺、結構體型簡單處，同時為避免同一變形段兩端產(chǎn)生過大差異沉降，沉降點應盡量靠近兩變形縫連線中點；隧道縱向路由主要由隧道功能要求、周邊既有管線、地下構筑物和地鐵結構共同影響，應盡量從地鐵結構上方穿越。本工程通過局部壓縮斷面，采取了上穿地鐵的方式，保證地鐵結構的安全。

3.1.2 采用合理的施工方法

淺埋暗挖法中“短開挖”是指減小隧道施工對周圍土層的擾動，每次開挖循環(huán)進尺要短，同時縮短開挖和支護時間。“強支護”是指要加強抵抗隧道周圍土體的變形能力，主要表現(xiàn)在支護結構的剛度。在穿越地鐵段隧道采取加強支護措施尤為重要，如格柵密排、中隔壁用型鋼支撐等。“快封閉”是指開挖過程中隧道斷面的及早封閉，同時采用背后注漿提高土體自穩(wěn)能力，減少周圍土體沉降。本工程采用CD 法開挖，加強支護及背后回填注漿，減少對地鐵的擾動。

3.1.3 施工監(jiān)測

在穿越施工過程中，地鐵變形監(jiān)測的準確與否直接影響運營安全。施工期間對影響范圍內(nèi)的地鐵結構變形進行監(jiān)測，及時反饋可靠的數(shù)據(jù)和信息，通過數(shù)據(jù)評價工程穿越施工對既有線的影響，并使各部門及時應對施工期間各種緊急情況，避免事故發(fā)生。在工程竣工后，對既有地鐵持續(xù)監(jiān)測，直至變形穩(wěn)定為止，并以此作為本工程施工對既有地鐵影響的評價依據(jù)。為達此目的對既有地鐵的主要監(jiān)測項目如下：①隧道及軌道結構的豎向變形；②隧道結構及道床裂縫、道床與結構脫離情況；③軌道結構軌距、水平、高低、方向變化及線路偏差。

3.1.4 軌道防護措施

軌道防護設計主要為了提高既有線的承載力，減少新建工程施工過程中對既有線的正常運營的影響。本工程通過在施工前對軌道結構采取加軌距拉桿和防脫護軌進行預加固，提高線路抵抗變形能力，確保地鐵安全運營。

3.2 下穿φ1000 雨水管線風險源防護措施

本工程下穿雨水段，綜合考慮的熱力工藝專業(yè)要求、運營使用要求及施工要求，隧道斷面優(yōu)化為平頂直墻斷面，同時為了保證下穿雨水施工過程中既有雨水管線結構安全及施工安全，通過數(shù)值模擬輔助分析確定如下施工關鍵措施：

（1）開挖前對熱力隧道側墻及拱頂進行注漿預加固，可采取對向注漿方式，注漿漿液為改性水玻璃，注漿后土體無側向抗壓強度不小于0.5MPa。

（2）穿越雨水段施工前從拱頂一側打設管棚進行預支護，管棚長L=5.7m，直徑89mm，t=4.5mm，間距300mm，管棚內(nèi)灌注水泥砂漿，打設前應探明雨水管線位置，避免與雨水管線造成沖突，引發(fā)地面沉降。

（3）在距離雨水管線較近處初支臨時封端，探明既有管線情況，若不具備打設管棚條件，需根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整既有管線臨時支頂措施。

（4）下穿雨水管線熱力隧道采用CD 法施工，密排格柵，中隔壁采用工25b，鋼支撐埋入二襯中，待二襯混凝土達到設計強度后，將鋼支撐切除，切除位置做好防水措施。

（5）施工期間須對穿越影響范圍內(nèi)的道路結構、現(xiàn)狀管線及地下構筑物進行第三方監(jiān)測，及時向道路管理單位、建設單位反饋信息、指導施工及現(xiàn)場管理，各方建立暢通的信息渠道。

3.3 超淺埋覆土（拱頂粉細砂層）穿越成壽寺路風險防護措施

本工程熱力隧道拱頂位于粉細砂層，采用深孔注漿加固時，注漿漿液的選擇決定了注漿效果的好壞，研究表明[3]，對于粉細砂地層，改性水玻璃注漿效果最為明顯，本工程新建隧道采用CD 法施工，施工前對隧道拱頂采用深孔注漿加固+超前小導管預注漿加固措施，注漿漿液采用改性水玻璃，注漿后周圈土體無側限抗壓強度不小于0.5MPa，施工前應進行注漿試驗，優(yōu)化注漿工藝，明確注漿壓力、擴散半徑等參數(shù)，注漿施工時應注意控制注漿壓力，避免造成路面隆起。

4 工程實施效果

本工程目前隧道施工已經(jīng)完成，通過采取以上多種變形控制措施，從施工開始至上部隧道二襯完成澆筑，各風險源變形均滿足安全使用要求，其中既有地鐵結構累積最大上浮變形為0.5mm，在此期間既有地鐵按正常行駛速度運營，工程得以順利完成。

5 結論

本工程熱力隧道建設涉及眾多風險源，且各風險源有相互影響疊加的效果，對于各個風險源的防護措施尤為重要，工程施工期間，北京運營地鐵不采取限速措施運行，保證了地鐵的安全運輸任務，萬壽路正常通車，既有雨水管線也得到了有效保護。本文將工程成功的設計施工經(jīng)驗總結為以下幾個要點，供以后類似工程參考借鑒：

（1）新建熱力隧道在滿足使用要求的前提下盡量選擇上穿地鐵方式，即使距離較近，相比下穿施工，也更容易控制既有地鐵結構變形。

（2）新建熱力隧道與既有地鐵結構平面關系盡量采用垂直穿越，降低空間效應的復雜性。

（3）新建熱力隧道近距離下穿大直徑雨水管線施工時，創(chuàng)新性采用局部壓低斷面，采用預打設管棚支護、注漿預加固、減少初支二襯受力轉換等措施，可以有效控制既有管線結構安全及使用安全。

（4）對于超淺埋隧道穿越既有道路，且拱頂位于粉細砂層時，采用CD 法施工輔以改性水玻璃超前深孔注漿加固措施，可以有效控制拱頂坍塌及地面沉降，嚴格按照要求施工前提下可滿足既有道路的運營要求。