1 工程概述

永定河倒虹吸是南水北调中线工程最早开工的项目之一, 是北京段的重要建筑物。倒虹吸位于北京市丰台区, 在卢沟桥下游约3km处, 先后穿越大宁水库副坝、大宁水库、永定河右堤、永定河主河道, 于末端穿越永定河左堤和新建的五环路及辅路。五环路车多流量大, 不允许断路施工。为保障五环路的正常交通, 采用暗挖法施工。永定河倒虹吸断面采用4孔3.8m×3.8m钢筋混凝土箱涵, 两孔一联。暗挖段尺寸不变, 为方便施工, 分孔采用平顶直墙法暗挖。暗挖段全长87m(左2孔86m,右2孔88m),与五环路交角82°55′, 最大覆土深度11.9m。

暗挖层工程地质结构为砂砾双层结构。卵砾石成分以辉绿岩、安山岩等岩浆岩为主, 灰岩为辅。粒径一般3-12cm, 有中细砂、细砾及勃性土充填, 局部夹壤土。含水量14.78%,内摩擦角35°,渗透系数（9.26-11.6）×10-2cm/s。多年平均地下水位低于暗挖影响范围, 不需进行施工排水。

2 平顶直墙法设计

永定河倒虹吸断面采用4孔3.8m×3.8m钢筋混凝土箱涵, 暗挖段涵身尺寸不变。如采用传统拱形暗挖法, 受力结构较好、施工工艺成熟、技术可靠, 但开挖方量大、需要分期浇注二衬结构或改变涵身结构形式。设计中采用了平顶直墙法分孔单独暗挖。该方法可以减小开挖空间和方量、避免拱形结构衔接和局部拆除的不便与浪费, 并克服了施工过程中由于支护替换过多不能形成整体连续拱、受力转换复杂的缺点, 不需要改变涵身结构形式。如开挖中一次支护的变形偏大、内部应力水平过高, 可采用中隔支撑以确保一次支护的安全。

由于倒虹吸横断面开挖跨度大, 将近22m, 位于交通十分繁忙的五环路下, 暗挖施工几乎是在连续不断的活荷载作用下进行, 并且五环路路面沉降要求很高, 如何有效地控制地面沉降是设计过程中首先要考虑的问题。二次衬砌实施前由初衬承担全部土压力及地面荷载, 此时大部分沉降已经形成, 因此初衬支护效果显得至关重要。由于卵砾石地层胶结不好, 自稳能力差, 不易成拱, 但注浆效果好, 设计中考虑了大管棚和小导管注浆2种方法。由于部分卵砾石粒径较大, 如采用大管棚加固, 不易成孔且成本较高。经综合比较, 采用小导管超前注浆的方法, 在开挖前注浆加固土体。由于初衬净空及开挖跨度达5.6m, 为确保掌子面稳定和及时支护, 采用上下台阶法开挖。由于平顶结构受力不如拱形结构, 增设中隔支撑, 以减小洞室的开挖跨度。

暗挖段结构设计采用了理论计算与工程类比相结合的方法, 采用复合衬砌型式。考虑土压力及地面荷载, 初衬采用30cm厚c35喷射混凝土, 二衬采用60cm厚c30现浇混凝土, 每孔自成框架。初衬预制格栅采用4根φ22钢筋,榻距50cm, 榻间用内外双排φ22纵向连接筋连接, 格栅双侧挂φ6间距100mm×100mm的钢筋网。注浆小导管采用φ32钢花管, 长1.7m, 导管一端做成尖锥形, 侧壁交叉钻φ8的孔, 外露20cm与格栅焊接。掌子面小导管长1.2m。上半幅格栅底脚设注浆锁脚锚杆, 采用φ40钢花管,长2.5m, 端部与