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摘要：本文以北京地铁虎坊桥站通道暗挖施工为例，介绍暗挖近距下穿大直径市政管线施工技术。关键词：暗挖；近距下穿；大直径污水管；超前加固；管线施工
Abstract: This paper take the Beijing subway Hu Fangqiao station channel excavation construction for example, introduced the large diameter municipal pipeline construction in the Undercutting close beneath.
Key words: Excavation; close beneath; large diameter sewers; ahead of reinforcement; pipeline construction
中图分类号：TU990.3文献标识码：A文章编号：
前言
地铁工程多位于旧城区中施工，地下管线密集，尤其是近距下穿大直径含水地下管线存在施工安全和环境风险安全，管线保护则尤其必要给予重视。本文以虎坊桥站通道暗挖施工为例，主要介绍暗挖近距下穿大直径市政管线施工技术。
工程概况
虎坊桥车站为北京地铁七号线第6座车站，位于珠市口西大街与南新华街的十字交叉路口下，全长226.6m，见结构平面图1，主体采用PBA暗挖逆做法施工。其中1号临时施工竖井位于珠市口西大街与南新华街交叉口东北侧，竖井深27.159 m，净空为5.0 m×7.0 m，采用“倒挂井壁法”施工。横通道在车站主体外部分采用多层导洞，主体内采用上下分离导洞形式。
图1虎坊桥站结构平面
2.1施工通道
施工通道采用矿山法施工（小导管超前支护+格栅+网喷C20混凝土支护）。采用双排小导管超前加固前方拱部地层，上排小导管为DN25水煤气管，环向间距300 m m ,角度50°；下排小导管为DN25水煤气管，环向间距300mm，角度22°，预注改性水玻璃浆；每榀格栅钢架打设一环。拱部环形开挖预留核心土，其他部上下台阶法开挖；初期支护采用格栅钢架＋钢筋网+350 mm厚C20喷砼联合支护型式。初支封闭后及时进行回填注浆。1#临时竖井及横通道纵断面见图2。
图21#临时竖井及横通道纵断面
2.2地质水文
竖井及施工通道范围内的地基土主要为杂填土、粉土、粉细砂层、卵石圆砾层、粉质粘土层、卵石层等地层，通道上层标准段全部位于粉细砂层，渐变段及挑高段顶板位于砂质粉土及粉细砂层交界部位，开挖施工时，注意防止塌方事故；下层顶板位于砂质粉土及卵石层交界部位，通道其他部位全部位于卵石层。本区域施工影响范围内地下水是层间潜水，含水层主要为卵石层，透水性好，水位埋深在22.50～24.50m。施工范围内地下水分布连续，含水层渗透系数大，为强透水层。施工期间用管井降水达到无水施工。
2.3下穿管线
因为竖井及横通道主要为虎坊桥站主体施工设置，通道进入车站范围前开挖高度16.060 m，开挖宽度4.7 m，需要下穿多条管线，包含大直径的雨水、污水、上水、天然气和热力，其中φ1750污水管距离横通道顶0.42 m，属于一级风险源，开挖施工过程中，土体的大范围卸载会给结构上方的管线带来较大变形，可能会造成管线的开裂，甚至是断裂；该管线常年有水 ，且水深约1.2m，大量的污水将涌入隧道，会造成类似2006年1月3日京广桥坍塌重大事故；存在安全风险。通道下穿重要地下管线统计见表1。
3.1横通道施工
横通道采用台阶法施工，施工中严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，早封闭，勤量测”的原则。施工顺序为：①双排超前小导管加固并预注浆；②拱部环形开挖预留核心土；③初期支护：初喷5cm混凝土，架设格栅钢架，挂网，喷混凝土；④开挖核心土，封闭下台阶和临时仰拱；⑤第二层土体开挖；⑥第二层初期支护：接边墙、仰拱格栅钢架并挂网、喷混凝土封闭成环；适当保持距离施工第三层、第四层通道。
3.2下穿管线施工技术
横通道拱顶距市政管线竖向距离大于4.0 m，属于开挖后地层塑性变形影响范围内，需要加强超前支护，减弱影响。开挖前采取双层超前小导管注浆加固地层，控制地层塑性变形区，减少通道开挖对管线的影响。通道拱顶与φ1750污水管低仅有0.42m的间距，且该处地层为粉细砂层，属于强影响区，无法控制变形。为保证污水管线的使用安全和通道开挖安全，降低施工难度，保证施工过程安全可控，通道施工时采取全断面注浆加固、洞内深孔加固注浆等措施，改善通道上方土体应力，减小因拱顶沉降对管线破坏的施工风险，保证管线和通道安全。
3.2.1全断面注浆加固
超前小导管全断面注浆加固地层技术是通过对整个开挖面向前钻孔安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的。该技术是软弱、松散围岩施工中防坍塌的常用辅助技术措施。
主要参数：每2m设置一循环，在每一循环掌子面上按扇形布置，对掌子面进行全断面注浆；采取2.5m的小导管打入地层，在小导管的前端间距控制在0.8m，打设采取风镐顶入。小导管在每循环开挖完成后可以进行回收重复利用。
注浆：浆液用改性水玻璃，硫酸稀释到25%，水玻璃浓度调整到25Be℃；配合比：二浆液按照体积比1:1拌制，注浆采用液压注浆泵，按照注浆压力和注浆量的双控指标。
施工作业顺序：先外圈，后内圈，间隔钻孔注浆。
效果检查：注浆完成后保证开挖结构的自稳，不出现滑裂。
图3全断面注浆加固
3.2.2深孔加固注浆
深孔注浆是在洞内开挖面前方沿隧道轮廓，利用工程钻机按照设计间距钻孔至设计长度后，开始注浆，同时边后退边注浆；使浆液从钻头处的喷嘴射出，与土体结合、填充地层空隙，形成整体性较好的加固体。由于高压注浆对土体具有挤压、渗透作用，固结体周围土层的物理力学性能得到显著提高。
本工程采用二重管后退式注浆施工工艺，注水泥水玻璃双浆液，每10m一个循环。
主要参数：在每一循环掌子面上按扇形布置，在钻孔的前端间距控制在1.0m，采用工程钻机成孔，套管施工、注浆。
注浆：浆液用水泥水玻璃双液浆，水泥浆浓度控制在1:0.8，水玻璃浓度调整到25Be℃；配合比：二浆液按照体积比1:1拌制，注浆采用液压双液注浆泵，按照注浆压力指标控制，注浆压力控制在1.0 MPa。
施工作业顺序：先外圈，后内圈，间隔钻孔注浆。
效果检测：注浆后土体无侧向抗压强度0.5 MPa，采取洛阳铲开挖取芯，点测计测算，在试验段施工时做过一次试验，加固体能够达到0.52 MPa。每次开挖8 m，预留4 m的注浆搭接，如图4所示；开挖施工如发现有注浆薄弱地段，及时进行补充注浆。
图4 超前深孔预注浆立体示意
施工监控量测
施工阶段的监控量测是地下工程信息化施工的重要组成环节，通过监测掌握围岩、支护结构、地表及临近管线的动态，及时预测和反馈，用其成果调整设计，指导施工，并为今后工程做技术储备。必须严格按照设计要求进行监测工作，如有异常，及时反馈。
通道从4月26日开挖，9月06日完成，开挖过程中从洞口到K0+20 m范围出现超挖（200 mm内）或小量的坍塌（小于500 mm）4次，深孔注浆段(包含通道抬高爬坡段)未出现100 mm以上的超挖。监控量测结果为：2011年9月10日的监测报表显示地表沉降最大10.55 mm，位于通道上方，竖井開马头门影响范围内；其他管线最大沉降雨水管：12.85 mm，φ1750污水管沉降最大是5.36 mm（注：管线点埋设采取地表标准点代替，埋置深度1.2 m）。洞内拱顶沉降：最大是12.3 mm，φ1750污水管下方拱顶沉降：4.6 mm。
以上监测沉降值都在可控范围，满足设计要求及地铁工程监控量测技术规程(DB11/490-2007)要求。
综合分析
5.1工程安全及环境风险
下穿φ1750污水管段采取全断面深孔注浆加固和全断面加固，经实践验证有效控制通道暗挖的变形对环境的影响，且在粉细砂层能够确保不出现坍塌现象，有助于控制周边环境风险和确保工程安全、顺利施工。
5.2施工进度
未深孔注浆加固段每天施工2个循环，进尺1.0 m；深孔注浆后开挖减少超前加固环节，每天能够完成2.5个循环，进尺折合1.25 m，深孔注浆每循环5 d完成（8 m）。
通道每8 m施工时间：不采取深孔注浆段8. d，采用深孔注浆约11.4 d。平均每段进度约增加3 d，采取深孔注浆对工期会有一定延长，进度不利。
5.3工程成本
由于增加了深孔注浆，工程直接成本多出深孔注浆的费用，根据投标合同原则计算，该通道每延米增加约8000元；但是减少超挖或者坍塌，还有大大降低工程风险的费用无法估算。综合成本分析下穿风险源段采取深孔注浆加固有助于降低工程大成本。
通过以上三方面分析、对比，结合该工程所处的外部环境，建议在砂层中暗挖通过含水管线时，采取深孔注浆配合全断面加固，有利于控制工程风险，使工程不发生事故，保证工程的有效成本、工期可控、安全。
结语
通过本工程实例验证，在仅有42cm的近距暗挖穿越直径1750mm的污水管，采取全断面注浆和深孔注浆加固措施能够保证环境安全，施工风险可控。从工程安全与环境风险、施工进度、工程成本等方面综合分析，在如此复杂的环境和风险条件下采取措施，保证工程自身和周边环境安全是首要的，建议在类似工程中可采取深孔注浆配合全断面加固。
另外地下工程有很多不确定性，不是一种措施或者施工方法就是哪里都能适用，如粘土、中微风化岩层中就不需要注浆加固，需要根据地层情况适时选用。
参考文献：
[1]王梦恕. 中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.
[2] GB50299-1999，地下铁道工程施工及验收规范（2003年版）[S].
[3] 张鹏，谭忠盛. 浅埋隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准[J]. 北京交通大学学报，2008，（4）：140-143.
[4] 骆建军，王梦恕，张顶立，等. 浅埋地铁施工地表沉降监测分析[J]. 地下工程与隧道，2006，（1）：27-30，38.
[5] 王夢恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2005.
[6] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
Abstract: This paper take the Beijing subway Hu Fangqiao station channel excavation construction for example, introduced the large diameter municipal pipeline construction in the Undercutting close beneath.
Key words: Excavation; close beneath; large diameter sewers; ahead of reinforcement; pipeline construction
中图分类号：TU990.3文献标识码：A文章编号：
前言
地铁工程多位于旧城区中施工，地下管线密集，尤其是近距下穿大直径含水地下管线存在施工安全和环境风险安全，管线保护则尤其必要给予重视。本文以虎坊桥站通道暗挖施工为例，主要介绍暗挖近距下穿大直径市政管线施工技术。
工程概况
虎坊桥车站为北京地铁七号线第6座车站，位于珠市口西大街与南新华街的十字交叉路口下，全长226.6m，见结构平面图1，主体采用PBA暗挖逆做法施工。其中1号临时施工竖井位于珠市口西大街与南新华街交叉口东北侧，竖井深27.159 m，净空为5.0 m×7.0 m，采用“倒挂井壁法”施工。横通道在车站主体外部分采用多层导洞，主体内采用上下分离导洞形式。
图1虎坊桥站结构平面
2.1施工通道
施工通道采用矿山法施工（小导管超前支护+格栅+网喷C20混凝土支护）。采用双排小导管超前加固前方拱部地层，上排小导管为DN25水煤气管，环向间距300 m m ,角度50°；下排小导管为DN25水煤气管，环向间距300mm，角度22°，预注改性水玻璃浆；每榀格栅钢架打设一环。拱部环形开挖预留核心土，其他部上下台阶法开挖；初期支护采用格栅钢架＋钢筋网+350 mm厚C20喷砼联合支护型式。初支封闭后及时进行回填注浆。1#临时竖井及横通道纵断面见图2。
图21#临时竖井及横通道纵断面
2.2地质水文
竖井及施工通道范围内的地基土主要为杂填土、粉土、粉细砂层、卵石圆砾层、粉质粘土层、卵石层等地层，通道上层标准段全部位于粉细砂层，渐变段及挑高段顶板位于砂质粉土及粉细砂层交界部位，开挖施工时，注意防止塌方事故；下层顶板位于砂质粉土及卵石层交界部位，通道其他部位全部位于卵石层。本区域施工影响范围内地下水是层间潜水，含水层主要为卵石层，透水性好，水位埋深在22.50～24.50m。施工范围内地下水分布连续，含水层渗透系数大，为强透水层。施工期间用管井降水达到无水施工。
2.3下穿管线
因为竖井及横通道主要为虎坊桥站主体施工设置，通道进入车站范围前开挖高度16.060 m，开挖宽度4.7 m，需要下穿多条管线，包含大直径的雨水、污水、上水、天然气和热力，其中φ1750污水管距离横通道顶0.42 m，属于一级风险源，开挖施工过程中，土体的大范围卸载会给结构上方的管线带来较大变形，可能会造成管线的开裂，甚至是断裂；该管线常年有水 ，且水深约1.2m，大量的污水将涌入隧道，会造成类似2006年1月3日京广桥坍塌重大事故；存在安全风险。通道下穿重要地下管线统计见表1。
3.1横通道施工
横通道采用台阶法施工，施工中严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，早封闭，勤量测”的原则。施工顺序为：①双排超前小导管加固并预注浆；②拱部环形开挖预留核心土；③初期支护：初喷5cm混凝土，架设格栅钢架，挂网，喷混凝土；④开挖核心土，封闭下台阶和临时仰拱；⑤第二层土体开挖；⑥第二层初期支护：接边墙、仰拱格栅钢架并挂网、喷混凝土封闭成环；适当保持距离施工第三层、第四层通道。
3.2下穿管线施工技术
横通道拱顶距市政管线竖向距离大于4.0 m，属于开挖后地层塑性变形影响范围内，需要加强超前支护，减弱影响。开挖前采取双层超前小导管注浆加固地层，控制地层塑性变形区，减少通道开挖对管线的影响。通道拱顶与φ1750污水管低仅有0.42m的间距，且该处地层为粉细砂层，属于强影响区，无法控制变形。为保证污水管线的使用安全和通道开挖安全，降低施工难度，保证施工过程安全可控，通道施工时采取全断面注浆加固、洞内深孔加固注浆等措施，改善通道上方土体应力，减小因拱顶沉降对管线破坏的施工风险，保证管线和通道安全。
3.2.1全断面注浆加固
超前小导管全断面注浆加固地层技术是通过对整个开挖面向前钻孔安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的。该技术是软弱、松散围岩施工中防坍塌的常用辅助技术措施。
主要参数：每2m设置一循环，在每一循环掌子面上按扇形布置，对掌子面进行全断面注浆；采取2.5m的小导管打入地层，在小导管的前端间距控制在0.8m，打设采取风镐顶入。小导管在每循环开挖完成后可以进行回收重复利用。
注浆：浆液用改性水玻璃，硫酸稀释到25%，水玻璃浓度调整到25Be℃；配合比：二浆液按照体积比1:1拌制，注浆采用液压注浆泵，按照注浆压力和注浆量的双控指标。
施工作业顺序：先外圈，后内圈，间隔钻孔注浆。
效果检查：注浆完成后保证开挖结构的自稳，不出现滑裂。
图3全断面注浆加固
3.2.2深孔加固注浆
深孔注浆是在洞内开挖面前方沿隧道轮廓，利用工程钻机按照设计间距钻孔至设计长度后，开始注浆，同时边后退边注浆；使浆液从钻头处的喷嘴射出，与土体结合、填充地层空隙，形成整体性较好的加固体。由于高压注浆对土体具有挤压、渗透作用，固结体周围土层的物理力学性能得到显著提高。
本工程采用二重管后退式注浆施工工艺，注水泥水玻璃双浆液，每10m一个循环。
主要参数：在每一循环掌子面上按扇形布置，在钻孔的前端间距控制在1.0m，采用工程钻机成孔，套管施工、注浆。
注浆：浆液用水泥水玻璃双液浆，水泥浆浓度控制在1:0.8，水玻璃浓度调整到25Be℃；配合比：二浆液按照体积比1:1拌制，注浆采用液压双液注浆泵，按照注浆压力指标控制，注浆压力控制在1.0 MPa。
施工作业顺序：先外圈，后内圈，间隔钻孔注浆。
效果检测：注浆后土体无侧向抗压强度0.5 MPa，采取洛阳铲开挖取芯，点测计测算，在试验段施工时做过一次试验，加固体能够达到0.52 MPa。每次开挖8 m，预留4 m的注浆搭接，如图4所示；开挖施工如发现有注浆薄弱地段，及时进行补充注浆。
图4 超前深孔预注浆立体示意
施工监控量测
施工阶段的监控量测是地下工程信息化施工的重要组成环节，通过监测掌握围岩、支护结构、地表及临近管线的动态，及时预测和反馈，用其成果调整设计，指导施工，并为今后工程做技术储备。必须严格按照设计要求进行监测工作，如有异常，及时反馈。
通道从4月26日开挖，9月06日完成，开挖过程中从洞口到K0+20 m范围出现超挖（200 mm内）或小量的坍塌（小于500 mm）4次，深孔注浆段(包含通道抬高爬坡段)未出现100 mm以上的超挖。监控量测结果为：2011年9月10日的监测报表显示地表沉降最大10.55 mm，位于通道上方，竖井開马头门影响范围内；其他管线最大沉降雨水管：12.85 mm，φ1750污水管沉降最大是5.36 mm（注：管线点埋设采取地表标准点代替，埋置深度1.2 m）。洞内拱顶沉降：最大是12.3 mm，φ1750污水管下方拱顶沉降：4.6 mm。
以上监测沉降值都在可控范围，满足设计要求及地铁工程监控量测技术规程(DB11/490-2007)要求。
综合分析
5.1工程安全及环境风险
下穿φ1750污水管段采取全断面深孔注浆加固和全断面加固，经实践验证有效控制通道暗挖的变形对环境的影响，且在粉细砂层能够确保不出现坍塌现象，有助于控制周边环境风险和确保工程安全、顺利施工。
5.2施工进度
未深孔注浆加固段每天施工2个循环，进尺1.0 m；深孔注浆后开挖减少超前加固环节，每天能够完成2.5个循环，进尺折合1.25 m，深孔注浆每循环5 d完成（8 m）。
通道每8 m施工时间：不采取深孔注浆段8. d，采用深孔注浆约11.4 d。平均每段进度约增加3 d，采取深孔注浆对工期会有一定延长，进度不利。
5.3工程成本
由于增加了深孔注浆，工程直接成本多出深孔注浆的费用，根据投标合同原则计算，该通道每延米增加约8000元；但是减少超挖或者坍塌，还有大大降低工程风险的费用无法估算。综合成本分析下穿风险源段采取深孔注浆加固有助于降低工程大成本。
通过以上三方面分析、对比，结合该工程所处的外部环境，建议在砂层中暗挖通过含水管线时，采取深孔注浆配合全断面加固，有利于控制工程风险，使工程不发生事故，保证工程的有效成本、工期可控、安全。
结语
通过本工程实例验证，在仅有42cm的近距暗挖穿越直径1750mm的污水管，采取全断面注浆和深孔注浆加固措施能够保证环境安全，施工风险可控。从工程安全与环境风险、施工进度、工程成本等方面综合分析，在如此复杂的环境和风险条件下采取措施，保证工程自身和周边环境安全是首要的，建议在类似工程中可采取深孔注浆配合全断面加固。
另外地下工程有很多不确定性，不是一种措施或者施工方法就是哪里都能适用，如粘土、中微风化岩层中就不需要注浆加固，需要根据地层情况适时选用。
参考文献：
[1]王梦恕. 中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.
[2] GB50299-1999，地下铁道工程施工及验收规范（2003年版）[S].
[3] 张鹏，谭忠盛. 浅埋隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准[J]. 北京交通大学学报，2008，（4）：140-143.
[4] 骆建军，王梦恕，张顶立，等. 浅埋地铁施工地表沉降监测分析[J]. 地下工程与隧道，2006，（1）：27-30，38.
[5] 王夢恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2005.
[6] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。