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摘要：西四环暗涵工程以其工程难度大、工期长成为南水北调中线工程的主要控制性工程之一。在设计中将浅埋暗挖技术首次应用于大流量有压输水暗涵, 进一步拓展了适用于城市输水工程的工程技术手段。对结构及全封闭防水层的设置进行了专门的论证分析, 突出了监控量测的重要地位, 并将第三方监测引入到水利工程中。

 

关键词：南水北调 浅埋暗挖 设计

 

浅埋暗挖技术自问世以来, 己在地下铁道、城市交通道路、人防等工程广泛应用, 在城市煤气、电力、给排水及污水管道应用也不鲜见, 但应用在大型输水工程, 尤其十几公里长有压输水管线全部建在城市快速路下, 目前国内尚无先例。南水北调中线京石段应急供水工程（北京段）西四环暗涵工程是采用浅埋暗挖技术在城市快速路下修建的大型城市供水工程其主要工程难点有全线穿越大粒径卵砾石地层、穿越五棵松地铁站、23座立交桥、2座铁路桥及近百条地下管线, 其设计要点的解决成为工程成败的关键, 现剖析如下。

 

1 工程概述

 

南水北调中线工程的功能为跨流域向北京市提供生活、工业用水, 从根本上解决北京水资源的供需矛盾, 保障首都供水安全。西四环暗涵全长12.64km,其中路由与西四环路中心线重合段长10.96km。

 

西四环暗涵主要结构型式为由2孔分离φ4.0m钢筋混凝土圆涵组成的有压输水暗涵。

 

暗涵处在卵砾石层中, 卵石含量60%左右, 粒径最大650mm以上；渗透系数50-80m/d；其密实度及承载力高, 但凝聚力为零, 自稳性差, 易滑塌、冒顶；工程区地震设防烈度为8度。

 

地层的特殊性、有压输水要求及交叉构筑物众多,使工法选择、结构设计、交叉构筑物穿越成为设计要点, 并对监控量测提出了更高的要求。分述如下。

2 暗挖工法比选

 

1998年西四环路通车以后, 工程由明挖施工改为暗挖。可采用的暗挖方法主要为浅埋暗挖法和盾构法,工法的选择直接关系到工程成败及工期, 对此进行了深入比选。

 

2.1 浅理暗挖法

 

浅埋暗挖法是近10多年针对城市地下工程的特点发展起来的一种新方法。该方法沿用了新奥法（natm）的基本原理, 创建了信息化量测反馈设计和施工的新理念。具有开挖方法灵活多变（有正台阶法、单侧壁导洞法、中隔墙法、双侧壁导洞法等）, 对地面建筑、道路和地下管网影响不大, 拆迁占地少, 不扰民, 不污染城市环境等优点。

 

该工法于1986年5月—1987年5月首次应用于北京地铁复兴门折返线工程设计与施工中。该工法采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系, 初期支护按承担全部基本荷载设计, 二次模筑衬砌作为安全储备；初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。其正式提出的“ 管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” 十八字方针推动了该工法的广泛应用。

 

浅埋暗挖法无需大型机械；对松散卵砾石地层适应能力强；地表沉降易于控制；有成熟的施工信息反馈处理系统。但施工机械化程度较低；需施工降水。

 

2.2 质构法

 

利用盾构修建地下隧道至今已有170余年的历史, 我国于1956年开始使用。70年代以后, 技术的进步使盾构法成为在闹市区的软弱地层中修建地下工程的最好的施工方法之一。

 

盾构法施工方法先进, 机械化程度高无需施工降水。但适用于本工程地质条件的盾构只有半机械掘削式盾构（加辅助工法即注浆加固地层和降水）和土压式盾构中的泥土盾构另外洞径与地铁不一致, 设备仅一次性使用, 因工期限制, 设备潜力存在较大浪费；施工工艺要求较高。

 

半机械掘削式盾构施工方法是介于浅埋暗挖与先进盾构之间的工法, 比较适用于本工程条件及我国国情, 但目前国内外均很少采用。工法选择主要在浅埋暗挖法与泥土盾构之间进行。

 

2.3 工法选择

 

选定工法的主要因素如下

 

（1）地层适应性。根据本工程地质条件, 所处卵砾石地层粒径大, 砾石含量高。浅埋暗挖法对卵砾石地层适应性较好。因卵砾石地层为非均质地层, 加上含砾量大, 盾构适应性较差。

 

（2）地下水影响。先进盾构无需施工降水。而浅埋暗挖法需施工降水。根据本工程水文地质条件, 地下水埋深较大, 对暗涵浅埋暗挖法施工无影响。

 

（3）场地限制。因工期较紧, 浅埋暗挖法布置竖井13座, 共有工作面48个, 井位布置灵活, 增减方便, 并可保证规划批准的西